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1、管道外加电流阴极保护设计案上海 xxx 设计研究总院二一二年十二月三日、概述管道由1条DN1428低碳钢焊接管组成，总长约1.5Km,采用顶管和开挖排管相结合 的施工法进行敷设。根据类似工程数据，管道埋设深度土层的平均土壤电阻率510Qm。全部钢管外防腐均采用熔融环氧粉末防腐涂层。顶管连接焊缝处采用专用液态环氧 树脂补口涂料涂封。二、设计案本工程敷设的管道口径较大、埋设深度深、采用顶管法敷设在中继间切割及密封焊 接会造成该处管道外涂层损伤。因此管道阴极保护选用外加电流法。管道设计采用独立的外加电流阴极保护系统。清水管道在两端各设计 1 个阴极保护 站。每个阴极保护站在距管道 3050m 处设计
2、 1座深井阳极、在靠近排气管处埋设 1支 长效硫酸铜参比电极、在阴极保护站设计安装 1 台直流电源。中间流量井 1 处需采用电缆跨接确保管道良好电连续连接。 本工程顶管施工完成后大部分工作井不拆除，由于其混凝土井壁、井底会对外加电 流产生屏蔽使井浸在水中或土中的管道无法获得有效保护，为此在每个井设计安装埋设 2 支镁合金牺牲阳极对井管道实施阴极保护。三、设计依据的标准及规1、GB/T21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规。2、GB/T21246-2007 埋地钢质管道阴极保护参数测量法。3、SY/T0086-95 阴极保护管道的电绝缘标准。4、SYJ4006-90 长输管道阴极保护施
3、工及验收规四、设计指标1、阴极保护设计使用寿命20年。有效保护期间管道极化电位应满足以下第 2或3条 要求。2、施加阴极保护后，管道阴极极化电位为-0.851.25V （相对于CSE电极），应考虑 排除IR降。3、在阴极保护极化形成或衰减时，测取被保护管道表面与土壤接触、稳定的参比电 极之间的阴极极化电位差不应小于 100mV。4、 当土壤或水中存在硫酸盐还原菌，且硫酸离子含量超过0.5%时，通电保护电位应 达到-0.95V或更负（相对于CSE电极）。五、技术设计5.1、设计参数管道自然电位：-0.55V最小保护电位：-0.85V最大保护电位：-1.25V管道金属电阻率（普碳钢）：0.135m
4、m2/m平均保护电流密度：0.002A/m 2平均土壤电阻率：10 m钢管外径X壁厚：1428 x 14mm5.2、设计计算单位长度管道纵向电阻计算：R。T（D，）式中：Ro单位长度管道纵向电阻（Q /m ）p t管道金属电阻率（Qmm2/m ）D管道外径（mm ）S管道壁厚 （mm）将有关计算参数代入上式后：Ro =0./3.14 X （1428-14） X 14=2.172 X 10-6522最大保护距离计算2L08 VLDoJsRo式中：2Lo两侧保护长度或两站最大间距（m）Vl最大保护电位与最小保护电位之差（V）（取0.4V ）Do管道外径（m）Js保护电流密度（A/m2）Ro单位长度
5、管道纵向电阻（Q /m）7.5 衰减系数将有关参数代入上式后：2Lo =8 X 0.4 -（3.14X 1.428 X 0.002 X 2.172 X 10-6） ?=12.82km计算结果表明，两站最大保护距离 12.82Km大于清水管道长度1.5Km。在管道2端 设计阴极保护站能满足保护要求。管道连接和绝缘保护管道与非保护地下金属结构应无金属连接或搭接。524保护电流计算Io = D oXnX LX Js式中：I。管段保护电流（A）L管道长度（m）将有关数据代入后：Io = 1.428 X 3.14X 12300 X 0.002=110A设计计算总保护电DN1428清水管保护电流110A。
6、考虑排气管和排水井管保护电流,流为112A。深井阳极接地电阻计算Rva In乙丄2 L d式中：Rv -深井阳极接地电阻(Q)L 阳极长度，（含填料）(m)取24md -阳极直径，（含填料）(m)取 0.35mP a 阳极埋点平均土壤电阻率，（Q .m）取10Q .m将有关数据代入后：Rv=(10/2 X 3.14X 24) X ln(2 X 24/0.35)=0.327 Q5.2.6 回路总阻抗计算Rz=R c+Rl + Rg式中：Rz 回路总阻抗（Q）Rc 阴极过度电阻（Q）本工程为 0.5 Q,Ri 电缆总电阻（Q）本工程（0.2Km/16 mm2x 1单芯电缆1.16Q/Km取电缆长度
7、 100m 为 0.232 QRg 辅助阳极接地电阻（Q）本工程按 0.327 Q经计算： Rz=1.06 Q5.2.7 直流电源设计计算Vo=2+1/2I 0x Rz式中： Vo 电源输出电压（ V）I。保护电流（A）取110A2 阳极反电压（ V）经计算： V0=60V清水管道设计选用输出 75V/75A 直流电源。设备输入电源为三相四线 380V;50HZ;12KVA 交流电源。5.2.8 直流电源选型用于外加电流阴极保护的直流电源可采用手动调节的可调式整流器, 也可采用自动跟 踪调节的恒电位仪。手动调节的可调式整流器具有结构简单,环境适应好,可靠性高, 维护简单等优点。适用于被保护结构
8、围介质变化较小不需要进行频繁调节以及对可靠性 要求高和设备维修不便的场合,例如地下管道、储罐的外加电流阴极保护系统。恒电位仪通常用于被保护结构围介质变化较大,需连续进行跟踪调节的场合。如船舶 船体、大型海水泵的阴极保护系统。恒电位仪的优点是,可自动跟踪系统变化条件快速 调节输出使被保护金属结构始终处于设定的保护围。恒电位仪由于结构相对复杂,元器件较多，且电子元件易受环境因素、老化以及强电磁冲击干扰造成失效，因此性相对可 调式整流电源其可靠较低、维护维修技术要求及成本较高。根据本工程情况，管道位于地面下 46m深处土壤介质基本稳定，不需要频繁调节。因此，外加电流阴极保护系统的直流电源设计选用可调
9、式整流器。可调式整流器箱体结构为室安装型，可安装在单独阴极保护间也可安装在电气控制室。采用单独设计的阴极保护间时，建筑面积应 16m2;通风良好。电源电缆截面积应6mm2。电源配电箱应安装有防雷及漏电保护装置。5.2.9 牺牲阳极设计每个工作井设计埋设2支22Kg镁合金牺牲阳极。牺牲阳极电缆与排气管或排水管连 接。六、施工设计6.1 、主系统部分外加电流阴极保护主系统由电源设备、辅助阳极地床、参比电极及连接电缆组成。阴极保护站安装 1套独立的电源配电箱为直流电源及日常维修提供电源。直流电源输 入为三相 50Hz 380V/20KVA 交流电。1. 辅助阳极采用深井式地床，地床位于距管道垂直距离
10、 3050米处。阳极井深70 米，井安装埋设 12支组装式金属氧化物阳极及导气管。2. 深井地床地表砌筑井座井盖用以保护导气管。3. 深井地床附近安装 1个阳极接线箱， 12根阳极电缆在接线箱并联后由阳极汇流电 缆引到直流电源。4. 在站距排气管 0.2m 处埋设 1支长效硫酸铜参比电极， 埋设深度为地面以下 1.5m0.8m 。5. 电缆应按标准图集 D164 的要求铺沙盖电缆盖板敷设，埋设深度不小于6. 电缆选型为： 阳极电缆 阳极汇流电缆 阴极电缆 参比电极电缆 电源线2YJV220.5KV/1 X 14mm22VV220.5KV/1 X25 mm2VV220.5KV/1 X25 mmV
11、V-0.5KV/2 X10 mm2RVV-0.5KV/3 X6 +1X4mm26.2、辅助部分阴极保护辅助部分主要包括：测试桩的安装，部分绝缘装置的跨接等。1. 测试桩的安装为便于及时掌握阴极保护设施的运行情况，大约间隔1Km安装1个测试桩。测试桩规格为 108X 4X 2900mm。每支测试桩附近管道上埋设1支长效硫酸铜参比电极，埋设深度为地面以下1.5m，参 比电极电缆引入测试桩。测试桩的测量零电缆可焊接在排气管或排水井管上，焊点必须按规定的法密封。2. 跨接为了确保阴极保护管道的电性连接，管道中间的绝缘接头和螺栓连接的法兰应采用跨接电缆连接。跨接电缆型号为 VV22-0.5KV/1 X
12、25mm2 ，管道与电缆的连接采用铝热 焊法焊接，焊点必须按规定的法密封。绝缘接头 2 侧焊接的跨接电缆引入接线桩，在桩连接；螺栓连接的法兰 2 侧直接用 电缆跨接。七、施工技术要求1直流电源的安装应格按说明书进行。电缆与设备的连接应先连接铜鼻子，然后再 与设备相应的接线柱连接，并保证电气连接良好。2阳极井的具体位置由设计人员根据设计及现场实际情况确定。辅助阳极安装施工 应注意保护好阳极及电缆，特别应注意防止破坏电缆外皮。3阳极接头的密封质量决定了阳极地床的使用寿命，故焊点的密封应格按有关工艺进行并格检验。4电缆敷设上间隔 50 米应埋设 1 个水泥电缆标志。5采用铝热焊时，不允 1 个焊点焊两根电缆，焊点必须按规定的法密封。6施工过程中，应及时测量并记录有关数据。
