石油化工企业埋地钢管道区域性阴极保护技术

汪海波，杨 鑫，杨朝辉，李 宁

(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，山东青岛 266071)

石油化工企业埋地钢管道区域性阴极保护技术

汪海波，杨 鑫，杨朝辉，李 宁

(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，山东青岛 266071)

以某化工企业地下水管网追加区域性阴极保护实施过程为事例，对相关问题进行了探讨。包括对现场情况的详细调查，追加阴极保护方案设计以及方案实施等内容。

埋地管道 区域性阴极保护

石油化工尤其是以化工为主业的企业，诸如消防水管网、工业水管网(主要为冷凝循环水管网)和工业管道等地下钢质管网星罗棋布。随着企业不断发展，产能不断扩张，地下管网扩建会不断持续下去，但企业用地有限，地下空间更加有限，所以管网布局纵横交错。

2004年在某大型石油化工企业调研发现，厂区中心区域上中下分布三层管网，纵向间距一米左右，最多一层横向排列各种规格钢质管道7根;每层管网建成年代相距五年以上，防腐蚀层状况大相径庭。

地下管网所处环境恶劣，除水、氧气外，还有大量腐蚀介质以及杂散电流存在。而尤其是消防水和工业水管网等地下钢质管网，其外防腐蚀层一般为防腐蚀等级较低的环氧煤沥青，且十年前建成的企业一般不增设阴极保护，年限一长，防腐蚀层出现老化、剥离和破损，露出基体。从电化学腐蚀角度考虑，破露点将作为电化学腐蚀的小阳极，防腐蚀层完好的部分作为电化学反应的大阴极，从而引发腐蚀性极其严重的大阴极小阳极的电化学过程，破露点处腐蚀速度会以几何数量级增加，穿孔等腐蚀现象也就司空见惯。

地下管网的腐蚀、泄漏造成危害不一样:原材料等工业管道泄漏会带来环境污染、起火爆炸等危害;消防水管网泄漏会带来消防安全隐患;工业水管网泄漏直接导致损失巨大的生产停产，某厂因停水检修一天的损失就达到千万元;泄漏发生后势必需要投入大量人力物力来进行抢修。

近年来，随着行业管理者以及企业自身的重视，阴极保护因其缓解直至停滞电化学腐蚀发生，延长地下管网使用寿命等功效，被大规模引用到石油化工企业地下管网上。新建厂区，建设初期一般即同步安装阴极保护装置;已建成厂区，条件允许，追加阴极保护装置。2005年华东某大型石化企业地下水管网追加阴极保护装置就是一个典型事例。

1 追加阴极保护装置准备工作

为得到详实的现场资料，给设计、施工提供足够的依据，2005年3－4月份，组织相关技术人员，对现场情况作了细致的调研。调研主要内容包括:管道基本情况(包括施工和竣工图纸、管材、材质、外防腐蚀层类型及等级、运行期间的维修情况等);土壤腐蚀特性;杂散电流分布;管道外防腐蚀层老化和破损情况等。应用的方法主要有:直接观察法、无损检测法、在线检测法和实验室理化分析法等。

调研结果发现:钢质管道分布较为规范，未发现分层埋设现象，但管径跨度较大，从φ80 mm～φ1 420 mm;部分管段运行期间泄漏、维修频次较高，每年至少停工检修2次以上;管道防腐蚀层状况较差，经评估达差与劣等级的占到30%左右(详见表1);管道周围土壤腐蚀性强，平均土壤电阻率25.8(Ω·m);部分区域存在杂散电流干扰。

表1 管道防腐蚀层检测状况

考虑相关领域未有统一的国标、行标对相关技术参数尤其是阴极保护电流密度作出明确规定，调研过程中，同时进行了多个管段的馈电试验工作，根据馈电实验结果，选定阴极保护电流密度为5 mA/m2。

2 方案设计

综合以上调研结果，考虑已建成厂区无法追加绝缘装置等现实，决定采用区域性阴极保护方法，把地下水管网作为一个保护整体进行设计;辅助阳极地床采用深井方式;阳极地床个数由整个管网所需保护电流除以单座阳极地床发出电流大小得出;阳极地床安装位置结合现场实际情况考虑，在服从整体布局基础上，每座阳极地床应有保护侧重点与针对性;在管段特别密集，大小管径交杂分布区域，引进近阳极地床概念，采用特制辅助阳极与管道同沟敷设方式，重点保护该段管道;为针对性保护近阳极地床，计算保护电流时该管段重复计算;辅助阳极采用自身质量轻，消耗率低、寿命长的贵金属氧化物阳极;配套使用碳质量分数为98%以上的石油焦;杂散电流干扰严重区域，安装排流装置;极少数特别偏远管段以及有明显屏蔽物管段，追加部分高电位镁阳极进行保护。设计参数见表2，设计结果见表3。

表2 设计参数

表3 设计结果

3 方案实施

方案实施过程需要重点考虑以下几个方面:

(1)施工技术:涉及深井阳极地床、近阳极地床、排流阳极、高电位镁阳极、通电点和测试桩等施工安装技术。重点关注深井阳极地床施工，本次工程采用辅助阳极借用支撑管固定、逐根并联安装模式，所以焦炭的填埋压实是需要重点控制的技术环节;同时，良好的排气效果是深井阳极地床寿命的保障，所以在支撑管已钻有足够排气孔的基础上，再套装一根管径稍细，排气孔数量、规格相同的专用排气管。通电点防腐蚀密封是另一个需要重视的技术环节;采用高等级的环氧树脂加热交联辐射收缩带双重防腐蚀密封方式能最大程度保障通电点与外界隔绝。

(2)安全、环保:因牵涉到在不停产状况下厂区大规模开挖、施工，安全、环保应放在第一位。施工时间的协调与合理安排，施工现场的整齐堆放与施工完毕的场地恢复，都是本环节需要重点考虑的对象。

(3)专业施工:根据石油化工企业自身特点，在焊接、电缆敷设以及绿化恢复等环节，最好聘请专业施工队伍进行施工。

在未干扰企业正常生产的情况下，项目组全体人员奋战30天时间，依据设计方案，保质保量完成了整个阴极保护系统的安装与调试工作。

4 效果

阴极保护效果记录见表4，系统输出记录见表5。

5 问题及探讨

(1)目前未有实用、可操作的区域性阴极保护统一标准，导致实施过程中，设计参数的选取、电位的测量等等，只能借鉴相近标准实施。

(2)针对石油化工企业的地下管网进行保护，电流密度的选取是最为关键的一步，在目前未有统一标准的情况下(因个体差异太大，恐怕也很难统一、硬性要求)，设计前进行馈电试验应该是一个行之有效的办法。

(3)区域性阴极保护过程中由于管道分布复杂，阳极地床选址受限，不可避免会出现电极锥对部分管段的干扰。根据实地检测，穿过阳极地床与阴极接点之间的管道局部会测到低于阴极给定点1V的电位差，所以区域性阴极保护过程中跨接电缆是必不可少的设施之一。

表4 阴极保护效果记录

表5 阴极保护系统输出记录

［1］胡士信 .阴极保护工程手册［M］.化学工业出版社.2000.10.

［2］贝克曼 W V，施文克 W.阴极保护手册［M］.北京:化学工业出版社，2005:03.

Cathodic Protection Technology for Buried Steel Pipeline Networks in Petrochemical Plants

Wang Haibo，Yang Xin，Yang Zhaohui，Li Ning
CISRI Qingdao Marine Corrosion Research Institute(Qingdao，Shandong 266071)

In a case study of the application of cathodic protection system in additional underground water pipeline networks for a petrochemical plant，the associated problems were studied，including detailed site investigation，design of additional cathodic protection system and implementation，etc.

buried pipeline，area cathodic protection

TQ174.41

A

1007－015X(2011)04－0020－03

2011－05－ 03;

2011－07－29。

汪海波，高级工程师，现就职于钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，常年从事阴极保护技术开发与应用工作。E-mail:haibowfs@163.com