《牺牲阳极组在埋地钢质管道防腐中的设置》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牺牲阳极组在埋地钢质管道防腐中的设置（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 油 气 储 运 2006年 防腐保温牺牲阳极组在埋地钢质管道 防腐中的设置曹 波3(中国石化集团洛阳石油化工工程公司)曹 波:牺牲阳极组在埋地钢质管道防腐中的设置,油气储运,2006 ,25(6) 2426 ,30。摘 要 分析了管道覆盖层的性能,根据设计规范和工程手册中提供的计算公式,不同的防腐 层,不同的管径,就有不同方案的牺牲阳极组可供选择。结合实际应用经验,通过理论计算,比选出 最佳组合,使牺牲阳极组的有效使用寿命与覆盖层和被保护管道相匹配。指出合理的牺牲阳极组及布置方式,可以保证牺牲阳极的有效性和可靠性,减少管道工程初期投资和未来的维护管理 费用。主题词 管道 防腐层 牺牲阳极 设
2、计 使用寿命一、 管道的防腐原理绝缘防腐与阴极保护联合使用是目前防止埋地 金属管道外壁腐蚀最为合理、 经济的手段1。埋地管道外壁防腐覆盖层是以增加金属腐蚀电池回路电 阻,减小腐蚀电流来控制腐蚀的。阴极保护是通过阴极极化,降低腐蚀电位从而达到的电化学保护,该 保护又分为外加电流法和牺牲阳极法。牺牲阳极是 靠阳极自身腐蚀而提供阴极保护电流。管道外覆盖 层均采用电绝缘材料,以隔绝土壤与金属管道直接 接触,防止腐蚀。但完整无损的覆盖层是不存在的,例如,预制好的管道在运输装卸、 施工吊装、 搬运、 下 沟、 回填等过程中都有可能造成覆盖层局部破损,因而埋地管道中这些局部破损的部位,极易发生点蚀 和腐蚀穿
3、孔。阴极保护是在覆盖层缺陷或针孔处施 加阴极电流,使金属管道表面阴极极化,从而防止了 埋地金属管道的腐蚀。而对于钢管道外表面,绝大 部分都是有覆盖层保护的,使得阴极保护所需电流 减小。覆盖层电阻越大,需要的保护电流密度越小。对于裸管,因所需保护电流过大,耗电量过大而不经 济,甚至不可能实现。因此,绝缘防腐与阴极保护相 辅相成。3 , 蒲家宁:管道水击分析与控制,机械工业出版社(北京) ,1991。4 , 胡建华 张仁坤:石油库的水击及其控制,油气储运,2000 ,19(6)。5 , 姚彦东:我厂至禄口航煤长输线水击分析,南炼科技,1997 ,4(2)。6 , Hanif Chaudry M :
4、 Applied Hydraulic Transients , British Co2lumbia Hydro and Power Authority Vancouver , British Colum2bia ,Canada ,1979。7 , Parmakian J : Waterhammer Analysis , Prentice - Hall , Inc. ,Englewood Cliffs ,N.J ,1995(Dover Reprint ,1963) .8 , Streeter V L and Wylie F B : Hydraulic Transients , McGraw -H
5、ill Book Co. ,New York ,1967.9 , Lister F E:The Numerical Solution of Hyperbolic Partial Differ2ential Equations by the Method of Characteristics , chapter inRef.1 ,165179.10 , 陈 鑫 鲁传敬等:输油管道系统水击分析与计算,油气储运,2002 ,21(12)。11 , 史秀敏 张国忠等:安 延输油管道水击保护措施,油气储运,1997 ,16(9)。(收稿日期:2005207218)编辑:孟凡强3471003 ,河南省洛阳
6、市;电话:(0379)64887926。42二、 管道防腐材料性能分析目前,在管道防腐中应用的高性能覆盖层主要有环氧粉末(FBE)和三层结构(3PE) ,与过去常用的石油沥青、 环氧煤沥青相比具有对钢铁粘结力大、良好的膜完整性、 优秀的耐阴极剥离性能、 耐土壤应力大、 耐磨损、 透气性好、 吸水率极低和优异的机械性能等特点。一般认为,石油沥青的覆盖层电阻为1104 m2,环氧粉末的覆盖层电阻为5104 m2,3PE的覆盖层电阻为10104 m2;石油沥青覆盖层的使用寿命为1525年,环氧粉末的使用寿命为5060年,3PE的使用寿命在60年以上2。根据有关设计规范的要求,当管道覆盖层采用某种材质
7、后,其最小保护电流密度不能小于某一给定值。根据公式3,单支牺牲阳极发生电量为:IA=EP-Ea R=E RC+ RV+ RS(1)RC=RTrT 2 th(L /2)(2)RT=RP D(3)=rT RT; rT=T ( D -)式中 EP 保护体的最小保护电位,V ;Ea 牺牲阳极工作电位,V ;E 牺牲阳极的驱动电压,V ;RS 导线电阻,;RC 阴极(管道)/土壤界面过渡电阻,;RV 单支阳极接地电阻,;RT 覆盖层电阻率,m ;RP 覆盖层电阻,m2; 管道衰减因数,m- 1;T 钢管电阻率,m ;rT 单位长度管道电阻,/ m ;D 钢管直径,m ;L 被保护管道长度,m ; 钢管厚
8、度,m。当选好牺牲阳极块后,其埋地钢质管道的最小保护电位确定,因此,牺牲阳极的驱动电压一定。如果要增加牺牲阳极发生电量,就必须减小阴极(管道)/土壤界面过渡电阻和阳极接地电阻。阳极组的 接地电阻主要取决于土壤电阻率和阳极块(组)的个 数。土壤电阻率在特定情况下也是确定的,增大阳 极块的个数,虽然可以减小阳极的接地电阻,但是导 致了牺牲阳极组的使用寿命延长,远远超出管道的使用寿命。若要提高牺牲阳极发生电量,只有减小 阴极(管道)/土壤界面过渡电阻是经济可行的4。由式(2)可知,如果增加两汇流点的距离,即增 大两组阳极块之间管道的距离(L) ,就可以减小阴 极(管道)/土壤界面过渡电阻,增加牺牲阳
9、极发生电量;电流增大,管道的极化电位更负,保护效果更理 想。对牺牲阳极来说,不会产生管道的极化电位过 负,根据SY/ T0036 - 2000埋地钢质管道强制电流 阴极保护设计规范,最大保护电位的限制以不损坏 覆盖层的粘结力为准,推荐的最大保护电位分别为:石油沥青为- 1. 5 V ,环氧粉末为- 2. 0 V (相对饱 和硫酸铜参比电极)。3PE的底层也是环氧粉末,因 此它的最大保护电位为- 2. 0 V。对牺牲阳极来 说,覆盖层采用FBE和3PE ,不会产生管道的极化 电位过负,但两组阳极块之间管道的距离不宜过大,否则需要保护的电流增大,牺牲阳极发生电量不能 满足要求,保护效果不理想。 对
10、外加电流法,极化电位应严格控制,不能超过 最大保护电位。在常规参数选取时,石油沥青覆盖 层最大保护电位为- 1. 25 V ,假如覆盖层为环氧粉末或者3PE ,最大保护电位应提高到- 1. 5- 1. 8V ,以增大单座阴极保护站的距离。三、 应用举例以牺牲阳极为例探讨阳极块的布置,假如管道 直径D= 0. 508 m ,管道厚度= 0. 006 4 m ,管道覆 盖层为环氧粉末,覆盖层电阻RP= 5104 m2,管道材质为X52 (API SPEC. 5L)高强度钢,钢管电 阻率T= 0. 16610- 6 m。单位长度管道电阻rT= 1.6510- 5/ m ,覆盖层电阻率RT= 3.13
11、104m ,管道衰减因数= 2.2910- 5m- 1。 取被保护管道长度L= 1 000 m ,保护电流密度JS= 1010- 6A/ m2,依据SY/ T0036 - 2000埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范,保护电流I0=DJSL= 1610- 3A ,阴极(管道)/土壤界 面过渡电阻RC= 31.35。52第25卷第6期 曹 波:牺牲阳极组在埋地钢质管道防腐中的设置 1、 计算方法一 选梯形截面重14. 5 kg的镁合金阳极,其形状 及尺寸由SY/ T0019 - 97埋地钢质管道牺牲阳极 阴极保护设计规范 提供,土壤电阻率= 30m , 填包料电阻率a= 2. 5m ,阳极长度L
12、= 0. 7 m ,阳极填料层长度La= 0. 9 m (填料层厚度200mm) ,阳极中心至地面的距离t= 2. 15 m。阳极块 上截面A= = 100 mm ,阳极块下截面B= 120 mm , 阳极块等腰梯形斜边截面C= 101 mm。则阳极等 效直径为:d=A+B+ 2C = 134.410- 3(m)填料层直径(填料层厚度为200 mm)为:D=A+B+ 2C+ 4200 = 389.210- 3(m)单支阳极接地电阻的计算为:RV= 2Lln2La D+1 2ln4t + La 4t + L+a lnD d=30 2 0.7ln20.9 389.210-3+1 2ln42.15+
13、0.9 42.15-0.7+2.5 30ln389.210-3134.410-3=11.67 ()取被保护体的最小保护电位EP= - 0. 85 V ,牺 牲 阳 极 工 作 电 位Ea= - 1. 55 V ,导 线 电 阻RS= 0. 005 8,则单支牺牲阳极发生电量为:IA=16. 310- 3A根据国家有关规范的要求,阳极块至少有一备 一用,备用系数f= 2 ,所需阳极数量( N)为:N=fI0 IA= 216 16. 3= 2 (支)一组阳极块所需的总电阻( Rz)为:Rz=kRV N= 1. 0811. 67 2= 6. 3 ()一组阳极块所产生的总电流( Iz)为:Iz=- 0
14、. 85 - ( - 1. 55) 31. 35 + 6. 3 + 0. 005 8= 18. 610- 3(A)阳极组所产生的电流大于所需要保护的电流。2、 计算方法二按照同样的方法分别计算镁合金阳极梯形截面 重为7. 7 kg、14. 5 kg、22. 68 kg在管道保护长度分 别为1 000 m、2 000 m、3 000 m、4 000 m时,阳极块 组发生的电量和满足条件下的使用寿命,计算结果 见表1。表1 牺牲阳极块布置的性能对比表管道保护长度(m)镁合金阳极梯形截面重(kg)成组布置阳极组产生的电流(mA)管道需保护电流(mA)备注使用寿命(a)1 0007. 703个一组 2
15、个一组17. 90 15. 8016 16不满足1121 00014. 503个一组 2个一组19. 56 18. 6016 16182 1332 0007. 703个一组29. 9032不满足2 00014. 503个一组 2个一组34. 90 31. 8032 32不满足1063 00014. 503个一组 2个一组47. 00 42. 0048 48不满足 不满足3 00022. 683个一组 2个一组48. 00 42. 9048 48不满足1214 00022. 683个一组51. 0064不满足以上只是理论计算,存在如下许多不确定因素。 (1)管道在运输、 吊装、 施工、 回填等过程中,覆盖层的偶然损伤。(2)土壤电阻率受土壤中腐蚀介质的含量以及温度、 含水量等影响很大,特别是岩石地段,埋设阳 极组附近的土壤,虽然经过特殊处理,暂时小于30 m ,但以后就很难确定。 (下转第30页)62油 气 储 运 2006年 装有接地电池,2号端子接管道保护端,5号端子接 管道非保护端,3号、6号端子接接地电池,接地电池通过2号、5号端子与管道连接。2004年1月10
