施工技術
專注陰極保護生產研發20年，中石油、中石化、中交集團入網單
位，燃氣公司指定供應商！
隨著城市建設事業的飛速發展，埋地管道的數量劇增。這些管道多采用碳鋼材質，為了延長管道的使用壽命，采取相應的防護措施尤為重要，其中涂層防腐和陰極保護聯合防護取得了良好的效果[1]。本文結合紹興天然氣利用工程的建設經驗，針對陰極保護設計和施工中的問題提出一些建議。
1 工程簡介
紹興天然氣利用工程于2004年4月22 日開工建設，2005年底建成門站(主要包括調壓計量裝置區、綜合樓、生產輔助用房等)1座、高壓管道29.5km、高一中壓調壓站2座。2006年7月建成濱海次高壓管道14.5 km、高一中壓調壓站2座。
紹興天然氣利用工程輸氣管道具有部分儲氣功能，高壓管道設計壓力為4.0MPa，管材材質為L415(X60)，管道外徑為508mm;一般管段選用螺旋縫埋弧焊鋼管，壁厚為11.9mm;穿越江河、立交橋處管段選用UOE直縫埋弧焊鋼管，壁厚為12.7mm管道外防腐采用擠塑聚乙烯三層復合結構，在工廠預制完成。
2 經驗與建議
①陰極保護方法的選擇
管道防腐通常采用涂層加陰極保護，常規陰極保護有兩種方法：外加電流法和犧牲陽極法。紹興天然氣工程高壓管道多在市區內，土壤電阻率約20Ω·m，保護電流密度為0.2mA/m2，自然電位為-0.4～-0.6V，管道保護電位(參比電極Cu/Cu-SO4)低于-0.95V。經過技術經濟比較，陰極保護采用犧牲陽極法較適宜，該法施工簡單，安全可靠，對鄰近金屬管道電干擾少，不用專人管理，可延長管道壽命1倍以上。
②帶狀鎂陽極的使用
帶狀鎂陽極由純鎂或鎂錳合金冷軋壓制而成，開路電位(參比電極Cu/CuSO4)為-1.7V，單位長度質量為0.37kg/m，宜在電阻率≥100Ω·m的環境中使用。鎂帶在電阻率為50Ω·m的土壤中輸出電流為10mA/m，在電阻率為150Ω·m的淡水中輸出電流為3mA/m。同等質量帶狀鎂陽極比錠狀鎂陽極表面積大很多，如11kg鎂錠表面積為0.27m2，而11 kg鎂帶長度為30m，表面積為1.9m2，是前者的7倍。陽極輸出電流與表面積成正比，與電阻率成反比。陽極質量決定陽極壽命。設計上應考慮當地土壤電阻率，在穿越段或套管內管道上纏繞鎂帶要考慮它的使用壽命應該與管道壽命相當。如果設計壽命為20年，而當地土壤電阻率較低，就不宜采用鎂帶，而應采用錠狀鎂陽極。
常規設計穿越段或套管內管道通常采用鎂帶纏繞安裝方法。紹興天然氣利用工程中采用的帶狀鎂陽極斷面尺寸為(19±0.5)mm×(9.5±0.5)mm，每根鋼管纏繞2條帶狀鎂陽極，纏繞方式為對稱分布于管道兩側，每隔1～2m設一處捆 綁帶，其材料為尼龍帶。電纜與鎂陽極采用灌錫焊。絕緣層采用復合絕緣結構，從內向外為環氧樹脂、電工膠布、塑料膠布、熱縮套、防腐膠布，各層膠布纏繞時搭接。電纜與管道采用雙點鋁熱焊連接，電纜蛇行并留有余量，兩焊點間距>10cm，涂層破口尺寸為3cm×3cm，補口尺寸大于5cm×5cm。但在實際施工中這種鎂帶纏繞安裝方法操作起來有困難，尤其是穿越段管道回拖時，纏繞的鎂帶會增加回拖阻力，且鎂帶容易脫落和斷裂。因此，對于穿越段管道，建議不采用鎂帶，而是在出、入土點兩處增設錠狀鎂陽極，并設置測試樁，定時檢測陽極消耗量。對套管內管道，建議鎂帶的安裝方法不采用纏繞，而是在不減少鎂帶量的前提下和管道平行安裝，這樣便于管道進入套管內而不損傷鎂帶。
③三層PE涂層的優越性
在當前管道防腐涂層中，三層PE是諸多涂層中性能較優的一種，它不但有良好的機械性能，而且有良好的抗腐蝕性能和抗陰極剝離性能。三層PE涂層與陰極保護配合使用，大大降低陰極保護電流密度，從而降低陰極保護的造價。眾多實例證實，新建PE涂層陸地管道所需保護電流密度約1～20μA/m2，海水管道所需保護電流密度約500μA/m2，大大低于其他防腐層。但在當前設計中，由于缺乏對三層PE性能及使用壽命的認識，往往設計過于保守，造成犧牲陽極材料使用量過大。
④絕緣裝置的安裝
陰極保護管道上的絕緣裝置有多種形式，主要是絕緣法蘭和絕緣接頭。絕緣法蘭必須架空，絕緣接頭可直埋入地。安裝絕緣裝置會出現兩個問題：a.如何保護絕緣裝置不受強電電涌的破壞。目前絕緣接頭有整體自放電型和無自放電型兩種。整體自放電型絕緣接頭由于內部有釋放高壓的裝置，可省去具有相同功能的接地電池。b.如何防止非保護管道不受陰極干擾而加速腐蝕。接地電池能減少管外壁陰極干擾強度，即減小保護段與非保護段之間 的電位差。但是與非保護段連接的鋅棒消耗較快，壽命較短，一旦消耗殆盡，保護段電位與非保護段自然電位的電位差會更大，會從非保護段流出較大的陽極腐蝕電流而加快非保護管段的腐蝕。解決的辦法是絕緣裝置兩側各10m內的管外壁做特加強防腐層，以減輕陰極干擾對非保護側管道的腐蝕。此外，非保護側仍需安裝一支犧牲陽極以減輕絕緣裝置兩端電位差造成的陰極干擾。
紹興天然氣利用工程高壓管道以埋地為主，因此選擇的絕緣裝置是絕緣接頭。我們在施工中遇到了絕緣接頭泄漏的情況，安裝前按照規范要求進行了試驗，可是埋地后與管道一起試壓時發生了泄漏。原因可能是沒有完全按照生產廠商提出的絕緣接頭安裝注意事項施工而造成了泄漏。建議絕緣接頭施工時應對產品安裝說明予以重視，不同的生產廠商產品安裝說明不盡相同。
⑤陽極導線的處理
犧牲陽極裝置中所有連接到陽極的導線都有被保護的可能，即使有銅線露出，也不易腐蝕。因此，犧牲陽極電纜與管道連接處的絕緣要求不很苛刻，但也應該很好地處理，以防電流泄漏及可能產生的銅一鐵電偶腐蝕。
⑥陰極保護過河管道安裝
管道穿越江河時，穩管大都采用砼壓塊，有時為保護外防腐層不受損壞在壓塊下還鋪一層橡膠片，這種做法會造成電屏蔽(壓塊與管道接觸的部分得不到保護或欠保護)及橡膠片下的縫隙腐蝕。原因是管道浸在導電介質中，由于金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內介質處于滯流狀態，引起縫內金屬的加速腐蝕。引起腐蝕的縫隙并非是用肉眼可以明辨的縫隙，而是指使縫內介質停滯的特小縫隙，其寬度一般為0.025～0.100 mm。對寬度>0.1 mm的縫隙，縫內介質不至于形成滯流，不會形成此種腐蝕。解決的辦法是：去掉保護用的橡膠片，避免縫隙腐蝕;在壓塊下管道的底部焊上小犧牲陽極塊，使保護電流沿壓塊與管道的縫隙中進入管道上半部分，避免砼壓塊造成的屏蔽作用。
⑦管道檢測
管道壽命初期的事故多發階段一般是在竣工后0.5—2.0 a內，這期間管道暴露出其內在質量問題，包括設計、管材質量、施工質量等方面的問題。因此我們在投產試運行前對新建高壓管道進行了一般性檢測，主要有管道防腐層的電流檢測、陰極保護檢測和管道埋深檢測。非開挖檢測結果顯示，12.7 k管道中發現防腐層漏點2處，其余防腐層質量優良鑒于這兩處防腐層漏點面積較小，且埋深較深，不采取開挖修復，而是加強陰極保護電位測試。陰極保護的檢測結果較好，但是局部設計過于保守，有犧牲陽極材料使用量過大的現象。管道埋深一般約1.5m，局部埋深不足1 m，因此對埋深不足管段加強巡檢。在3年內進行全面檢測，以后根據管道運行狀況每1～3年檢測1次。
參考文獻：
[1] 李永威，周凌.埋地管道外防腐與陰極保護的探[J].煤氣與熱力，2002，22(1)：32—33.
