阴极保护技术在直埋蒸汽管道中的应用

王宗超

摘 要：为了延长管道的使用寿命和保障安全生产，应在管道防腐中采用防腐蚀涂层与阴极保护相结合的双保护技术。防腐涂层可对管道与周围土壤介质起到物理隔离作用，优质的防腐涂层可有效降低阴极保护所需的保护电流密度；阴极保护可有效弥补防腐涂层具有的针孔、涂层老化等缺陷，从根本上抑制管道土壤腐蚀的发生和发展。通过两者的结合使用，可大大延长管道的使用寿命，这是目前公认的组合防腐蚀技术。

关键词：蒸汽直埋管道；阴极保护；镁合金阳极；防腐蚀技术

中图分类号：TG174.41 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.133

本文以无锡协联热电埋地蒸汽管道改造项目为例，具体阐述阴极保护在蒸汽热网埋地管道中的应用。2013年，无锡协联热电拟对市区解放环路内各埋地蒸汽管道进行全面改造，对各埋地蒸汽管道加装阴极保护为改造项目之一，从而延长管道的使用寿命。

1 设计依据

本设计参考《埋地钢质管道阴极保护技术规范》（GB/T 21448—2008）、《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》（GB/T 21246—2007）、《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》（SY/T 0017—2006）、《埋地或水下金属管道系统的外部腐蚀控制》（NACE RPO169—96）和无锡市区的地下水位、水质状况。

2 设计技术指标

保护电位：管道保护电位为-0.85 V（相对于饱和Cu/CuSO4参比电极）；设计使用年限t≥20年。

3 设计方案

阴极保护方法分为强制电流保护和牺牲阳极保护两种。根据本管道所处的环境状况和外涂层性质（在本设计中，埋地蒸汽管道外套钢管防腐层采用环氧煤沥青防腐层，防腐结构为“一底三布五油”，即“底漆—沥青—玻璃布—沥青—玻璃布—沥青—玻璃布—两层沥青”），本管道宜使用牺牲阳极法。牺牲阳极的作用分为2方面：①对管道实施有效保护；②起排流作用，以排除杂散电流的干扰。

4 牺牲阳极保护设计计算

4.1 保护面积

本项目埋地蒸汽管道外套管的外表面积为6 692 m2，详见表1.

4.2 平均保护电流的密度

根据本项目管道周围的工况条件、涂层品种、设计使用寿命等，考虑到需要阴极保护蒸汽管道的外套管具有一定的温度，并参考了其他工程的实践经验，设定本管道的平均保护电流密度为0.8 mA/m2。

4.3 阳极材料

选用镁合金牺牲阳极，阳极的化学成分和电化学性能应符合GB/T 21448—2008中的规定，详见表2和表3.

4.3.1 阳极的规格、型号

镁合金阳极的型号为MG-22，规格为700 mm×（130 mm +150 mm）×125 mm，质量为22 kg。

4.3.2 填充料的配方

在土壤环境中，为了降低牺牲阳极接地电阻和活化阳极的电化学性能，需要在镁阳极中配置专用化学填充料。填充料的成分为质量分数为15%的石膏粉、质量分数为35%的工业硫酸镁和质量分数为50%的膨润土。

4.3.3 填料包的规格

MG-22型阳极（22 kg/支）填料包的尺寸为φ300×1 000 mm。

4.4 阳极用量的计算

4.4.1 阳极接地电阻

阳极采用立式埋设，阳极接地电阻按以下公式计算：

将相关数据代入式（1），求得MG-22型阳极接地电阻RV=9.34 Ω。

4.4.2 单组阳极接地电阻的计算

单组阳极接地电阻的计算公式为：

4.4.5 牺牲阳极的用量

阴极保护所需的牺牲阳极数量按以下公式计算：

计算结果见表5.

考虑到阳极采取成组埋设的方式，所以，选取了148只阳极。

4.4.6 阳极间距

牺牲阳极埋设间距详见表6.

4.4.7 牺牲阳极使用寿命的计算

阳极的使用寿命可按以下公式计算：

经计算可得，T=20.55年，可满足设计中20年的年限要求。

〔编辑：张思楠〕