长输管道外加电流阴极保护系统

文章发布时间:2015-2-4 16:50:27 文章作者cnshichuang 浏览次数:

    燃气、原油、成品油、化工原料、淡水等埋地钢质管道,长度从几十公里到几千公里,均属于长输管道,为延长长输管道的使用寿命和保证管道的安全,长输管道必须实施阴极保护。长输管道被保护的部分包括:长输管道首站入地点至末站出地点所有埋地部分的钢质管道、阀门、大型管道穿越部分等。长输管道一般采用强制电流保护,分设若干个阴极保护站,特殊地质条件需要牺牲阳极进行辅助保护。辅助阳极地床一般采用浅埋阳极地床,靠近城市郊区使用深井阳极地床。辅助阳极一般使用MMO管状阳极或含铬高硅铸铁阳极。长输管道阴极保护是应用最早的项目,也是阴极保护应用技术最成熟的项目。外加电流阴极保护技术已得到世人的公认,要实现这一技术要有合适的阳极地床。因此,在阴极保护设计中,阳极地床是外加电流阴极保护设计中很关键的部分,其设计合理与否、施工是否符合要求,直接关系到阴极保护系统能否正常运行,关系到能否对管线或设备提供有效的保护。

    1阳极地床

    11辅助阳极工作原理

    阳极地床有一组辅助阳极组成。在不含Cl-的土壤中,在惰性电极上主要反应是O2的析出和H2的形成。土壤环境中,由于粘土的透气性差,使得阳极生成物的气体(O2Cl2)排放不畅,造成阳极接地电阻的增加,在电化学保护中称之为“气阻”。因此,阳极地床采用填料来抑制“气阻”。因为碳素回填料具有下列作用:等效地增加了阳极的体积,降低了阳极与土壤的接触电阻;把阳极与土壤的工作界面转移到了填料与土壤界面上,减少阳极消耗,延长阳极寿命;颗粒界面电阻低;良好的导电率;利于阳极产生的气体逸出,防止“气阻”;耐阳极产物。

    12阳极选择

    辅助阳极应具有以下基本性能:

    (1)消耗率低,具有与环境或阳极氧化形成的腐蚀产物无关的性质;

    (2)阳极极化低,并与阳极反应无关;

    (3)良好的导电性及低的电解质/阳极电阻;

    (4)可靠性高;

    (5)足够的机械强度和稳定性,能承受住建筑物施工和维修时可能遭受到的应力下不损坏;

    (6)材料易得,价格低廉;

    (7)容易制造成各种形状。

    121阳极种类选择

    (1)一般土壤中均可选择高硅铸铁、深井阳极。目前实际工程设计中多采用深井阳极。

    (2)盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中可选择含铬高硅铸铁。

    (3)覆盖层差及位于复杂管网或地下金属构筑物区域内可采用柔性阳极,但不宜在含油污水和盐水中使用。

    122阳极地床位置选择

    阳极地床位置的选择要从投资费用、安全可靠性、用电情况等方面考虑。通常有以下要求:

    (1)阳极地床宜埋设于地下水位较高或潮湿低洼处。

    (2)阳极地床宜埋设于土壤电阻率50Qm以下的地点。

    (3)阳极地床宜埋设于土层厚,无石块,便于施工处。

    (4)阳极地床宜埋设于对邻近的地下金属构筑物干扰小,与被保护管道之间不宜有其他金属构筑物。

    (5)阳极地床与管道的垂直距离不宜小于50m。当采用柔性阳极时,对于裸管道阳极的最佳位置是距管道10倍管径处;对有良好覆盖层的管道可同沟敷设,最近距离为03m;对于大型储罐应将其置于沥青砂层下。

    123阳极埋设

    (1)阳极埋设可采用浅埋和深埋方式。浅埋阳极应置于冻土层以下,埋深一般不宜小于1m;深埋阳极埋深宜为15300m

    (2)阳极通常采用立式埋设;在沙质土、地下水位高、沼泽地可采用水平浅埋;在复杂环境或地表电阻率高的情况下可采用深埋阳极。

    124阳极接头的施工

    阳极与引出导线接头的质量要求是保证该阳极获得充分使用的关键。一方面接头部位是受力部位;另一方面阳极在电解质中工作,一旦发生电解质渗入到接头部位,该部位就处于强电解质状态,大量的腐蚀产物排放不出去,就会导致阳极接头胀裂而报废。所以对接头的要求如下:阳极体与引出线连接牢固可靠,拉脱力数值应大于阳极自身重量的15倍;阳极与引出线的接触电阻应小于001Q,接头密封可靠,在强电解质状态下渗不进电解质()。

    2阳极地床设计

    阳极地床有多种分布形式,在克拉玛依油田长输管道阴极保护中阳极采用的是垂直分布式;站区管线采用深埋阳极;大型储罐采用柔性阳极。现将这几种分布方式的设计简述如下:

    21长输管道阴极保护中阳极采用的是垂直分布式其具有安装费用低、受土壤环境影响小,电流输出稳定,阳极间距小,彼此干扰小,利用系数高等优点。该种埋设方式适用于一般场合。

    211设计方案

    选用单接头高硅铸铁阳极,阳极地床与管道的距离为200500m,位置可按现场情况选取,通常不小于200m。阳极地床埋设时选择土壤电阻率较低的地方,在阳极埋设位置挖D300500mm的孔,将阳极放在其正中,在其内填满焦碳渣,焦碳渣含碳量宜大于85%,最大粒径宜小于15mm,填充厚度为100mm;上方填料粒径为510mm的砾石或粗砂,砾石层宜加厚至地面以下500mm,然后浇水浸透焦碳,最后回填土壤。

    212电缆连接

    阳极电缆采用VVl1X10mm的铜芯电缆。把阳极引出电缆与主电缆用压接钳压接,采用铜或锡焊接,用热缩套密封绝缘。

    213电缆与管道连接

    采用铝热焊或锡焊,焊接处裸露的管壁或导线采用与管道覆盖层相适应的材料防腐绝缘。

    22站区管线常用深井阳极

    地表土壤电阻率比较高、地下构筑物比较集中、占地面积受到限制等地区可采用深埋阳极。深埋阳极地床接地电阻小,对周围干扰小,消耗功率低,电流分布比较理想;但其施工复杂、技术要求高、单井造价高。

    221设计方案:

    选用单接头高硅铸铁阳极数个。阳极井的直径与地床的设计有关,常用直径为1530cm。井的深度决定于地层情况和阳极的数量与长度。贵金属氧化物深井阳极,它特别适用于高电阻率环境,管道防腐层质量恶劣的场合;还适用于储罐底部保护。能有效的降低接地电阻,避免对其他金属的干扰。

    222电缆连接:

    阳极电缆采用VVl1X10mm的铜芯电缆。每支阳极或阳极组应有一根导线引向地面,中间应避免接头。把阳极引出电缆与主电缆用压接钳压接,采用铜或锡焊接,用热缩套密封绝缘。

    223电缆与管道连接

    采用铝热焊或锡焊,焊接处裸露的管壁或导线采用与管道覆盖层相适应的材料防腐绝缘。

3施工要点及说明

(1)阳极埋设前,表面应清除干净,严禁涂油漆、焦油和沥青;

(2)焦碳最大粒径小于15mm,含炭量大于85%,不得混人泥土等杂物;

(3)地床埋设时务必用水浇透焦碳,尤其在较干旱的地区,这样能有效地降低阳极与土壤的接触电阻,增加导电性;

(4)尽量使用整条电缆,以减少和避免电缆有过多的接头。若避免不了,电缆与电缆之间的连接务必牢固可靠;

(5)阳极埋设后测接地电阻,接地电阻应不小于1欧姆,否则,应检查各连接处是否牢同紧密;

(6)碳素回填料;在土壤环境中工作的阳极地床,为了避免“气阻”,延长阳极寿命,通常都采用碳素回填料;

(7)辅助阳极地电场的电位梯度不应大于5Vm,设有护栏装置时不受此限制。


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