外用電源深井陽極陰極保護(hù)技術(shù)在鄭州市地下燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用

1、外用電源深井陽極陰極保護(hù)技術(shù)在鄭州市地下燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用作者：宋金會(huì)摘要：城市區(qū)域內(nèi)埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)的防腐蝕問題是燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，單靠外防腐涂層防腐還不能從根本上解決埋地管網(wǎng)的腐蝕問題。本文闡述了使用“外用電源深井陽極陰極保護(hù)技術(shù)”解決陳舊性城市埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)腐蝕的問題，說明了在城市埋地管網(wǎng)中推行該項(xiàng)技術(shù)的前景是積極的、可行的，是適合城市燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的。 一、引言外用電源深井陽極陰極保護(hù)技術(shù)在國外已應(yīng)用到城市埋地管網(wǎng)的仿腐蝕，在國內(nèi)大部分應(yīng)用在油田和長(zhǎng)輸管線上。最先把這一技術(shù)應(yīng)用在城市地下燃?xì)夤芫W(wǎng)的是福州市煤氣公司，該公司在1989年建設(shè)燃?xì)夤芫W(wǎng)的同時(shí)采取了深井陽極陰極保護(hù)措施，主要保

2、護(hù)城市中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)，未保護(hù)低壓燃?xì)夤芗巴ピ汗芫W(wǎng)。鄭州市燃?xì)夤臼抢^福州市之后把這一技術(shù)應(yīng)用到城市地下燃?xì)夤芫W(wǎng)的城市燃?xì)夤?，與福州市煤氣公司不同之處在于鄭州市燃?xì)夤臼前堰@一技術(shù)應(yīng)用到在用的陳舊性埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)上，主要保護(hù)城市中壓輸氣干管、中壓輸氣分配管、低壓輸氣管、庭院中壓輸氣管、部分庭院低壓管。保護(hù)面積和保護(hù)范圍均大于福州市。二、鄭州市埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)現(xiàn)狀分析鄭州市天然氣管網(wǎng)始建于1986年，到2001年底已形成長(zhǎng)達(dá)75公里的開鄭長(zhǎng)輸管線，1640公里的市區(qū)輸配主干線和庭院管網(wǎng)；城區(qū)管網(wǎng)覆蓋面積90平方公里，燃?xì)夤芫W(wǎng)表的面積為32萬平方米。管網(wǎng)外表涂層主要采用石油瀝青加玻璃絲布加強(qiáng)級(jí)防腐，長(zhǎng)輸管

3、線在建設(shè)的同時(shí)采取了外加電流（淺埋陽極）陰極保護(hù)技術(shù)，市區(qū)輸氣管網(wǎng)未采用陰極保護(hù)措施。由于鄭州市區(qū)某些其余內(nèi)土壤電阻率低（屬于強(qiáng)腐蝕性或叫強(qiáng)腐蝕性土壤）、局部地區(qū)有垃圾回填土，京廣鐵路、隴海鐵路橫貫市區(qū)，雜散電流干擾作用強(qiáng)，原有的外防腐涂層質(zhì)量差，地區(qū)環(huán)境相差懸殊而構(gòu)成的宏觀腐蝕電池作用顯著等諸多原因，造成早期鋪設(shè)的天然氣管網(wǎng)腐蝕泄露嚴(yán)重。自1995年起市區(qū)天然氣管網(wǎng)即陸續(xù)出現(xiàn)腐蝕穿孔泄露現(xiàn)象，且有逐年上升趨勢(shì)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1995年起至1998年8月，三年健全鄭州市共發(fā)現(xiàn)97處嚴(yán)重腐蝕穿孔漏氣，并發(fā)生過因腐蝕穿孔泄漏造成的天然氣爆燃傷人事故。1997年河南省啄木鳥地下管線檢測(cè)公司探測(cè)發(fā)現(xiàn)

4、260km長(zhǎng)的天然氣管線上竟有露鐵點(diǎn)9638處，平均露鐵點(diǎn)密度370處/10km遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出SY/T008795鋼質(zhì)管到及儲(chǔ)罐腐蝕與防腐調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的露鐵點(diǎn)密度小于8處/10km的技術(shù)要求。時(shí)隔一年后的1998年，725所又經(jīng)過坑探腐蝕調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域內(nèi)的67個(gè)探測(cè)坑為中，100余米的管段上有21處露鐵點(diǎn)，露鐵點(diǎn)的密度明顯高于1997年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。腐蝕速度高達(dá)0.7mm/a。嚴(yán)重威脅管網(wǎng)的安全運(yùn)行。自1997年以后，鄭州市燃?xì)夤镜奶烊粴夤芫W(wǎng)腐蝕泄漏情況日益嚴(yán)重，雖然每年都花費(fèi)200多萬元以上的維修資金，也取得了很大的成效，但是并沒有從根本上解決或扭轉(zhuǎn)天然氣地下管網(wǎng)的腐蝕狀況。而開鄭長(zhǎng)輸管線由

5、于在建設(shè)的同時(shí)采取了陰極保護(hù)措施，多年來一直完好如初，未發(fā)生因腐蝕而造成的管道泄漏現(xiàn)象。這種情況啟發(fā)了鄭州燃?xì)夤绢I(lǐng)導(dǎo)，結(jié)合本公司和外地燃?xì)夤镜南冗M(jìn)經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)鄭州市天然氣地下管網(wǎng)追加陰極保護(hù)措施。為了保證天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)工程的成功實(shí)施，鄭州燃?xì)夤鞠群笙驀鴥?nèi)多家權(quán)威性的防腐蝕科研單位進(jìn)行了技術(shù)咨詢，他們通過對(duì)鄭州市天然氣管網(wǎng)基本情況和城市狀況的調(diào)查了解，均認(rèn)為在鄭州市建設(shè)天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)是可行的，可以從根本上解決天然氣管網(wǎng)的防腐蝕問題。根據(jù)前期調(diào)研和技術(shù)咨詢工作的結(jié)果鄭州燃?xì)夤緵Q定采取以外加電流深井陽極方式為主的綜合性陰極保護(hù)方式對(duì)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。為此委托洛陽725所對(duì)鄭州市

6、地下天然氣燃?xì)夤芫W(wǎng)的腐蝕情況及腐蝕原因進(jìn)行全面的調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查的情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上作出鄭州市天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)可行性研究報(bào)告。根據(jù)可行性報(bào)告和鄭州市天然氣管網(wǎng)的實(shí)際情況，鄭州燃?xì)夤緵Q定進(jìn)行地下天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)項(xiàng)目的建設(shè)，同時(shí)委托洛陽725所承擔(dān)設(shè)計(jì)施工任務(wù)。三、鄭州市天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)工程的建設(shè) 洛陽725所在于1999年7月完成了施工設(shè)計(jì)工作。主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下： a）鄭州市天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)工程的有效限期為25年。 b）在有效保護(hù)期內(nèi)，天然氣的保護(hù)電位負(fù)于-0.85V（相對(duì)于CSE，下同）；或者較腐蝕自然電位負(fù)移300mV以上，饋點(diǎn)電位正于-2.5V。 c）有效保

7、護(hù)期內(nèi)，保護(hù)度大于90%。 d）有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)的天然氣管道的腐蝕基本上得到控制，原先的腐蝕漏點(diǎn)逐年減少，二年后不再有新的漏點(diǎn)。e）有效保護(hù)期內(nèi)，以及保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，對(duì)其它金屬結(jié)構(gòu)物不產(chǎn)生干擾作用。其設(shè)計(jì)方案主要有以下特點(diǎn)：在國內(nèi)大城市中第一個(gè)采用綜合保護(hù)方式較全面地保護(hù)燃?xì)獾叵鹿芫W(wǎng)；在國內(nèi)第一次采用100米深的陽極井；在國內(nèi)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)陰極保護(hù)工程中第一次采用具有國家專利技術(shù)的先進(jìn)的組合式陽極體。該項(xiàng)工程于2000年5月26日正式開工?？傮w上分為三個(gè)階段，第一階段：外加電流深井陽極保護(hù)站的建設(shè)；從2000年5月26日至2000年12月，主要進(jìn)行了主體工程深井陽極床的建設(shè)，原設(shè)計(jì)井深

8、為100米，實(shí)際平均井深為96米，陽極體采用的是725所自己制造的具有專利技術(shù)的組合式陽極體。第二階段的工作于2001年3月開工，2001年6月30日完成，主要工作有：陰極保護(hù)站房的建設(shè)和恒電位儀等設(shè)備的安裝調(diào)試及外用電源的申請(qǐng)和安裝。均壓系統(tǒng)施工，共計(jì)300處，其中包括交叉管線均壓94處，平行管線均壓11處，管線縱向跨接195處。測(cè)試管地自然腐蝕電位991個(gè)，其中主干管線上530個(gè)，庭院管線461個(gè)。2001年7月1日整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)通電投入試運(yùn)行。16座陰極保護(hù)站的輸出電流和輸出電壓穩(wěn)定，回路電阻均小于0.5，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在投入試運(yùn)行之后，測(cè)試管網(wǎng)的保護(hù)電位443個(gè)點(diǎn)，其中只有部分的管

9、網(wǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的保護(hù)電位，項(xiàng)目組的同志針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了專門的研討，鄭州市天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)工程情況十分復(fù)雜，在初次通電后保護(hù)效果未達(dá)標(biāo)也是可以理解的。同時(shí)也對(duì)造成未達(dá)標(biāo)的原因作了分析：（1）鄭州市區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)密度之大在全國首屈一指，過密的燃?xì)夤芫W(wǎng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)造成一定的屏蔽作用影響保護(hù)效果。（2）原設(shè)計(jì)方案對(duì)庭院燃?xì)夤芫€與各種非保護(hù)管線和金屬構(gòu)筑物搭接等原因造成的保護(hù)電流大量流失狀況估計(jì)不足。例如在工程機(jī)械廠家屬院4號(hào)樓其天然氣管線上的保護(hù)電位為-1.92v，而與其臨近的熱力管線上電位也達(dá)到了-1.57v以上（該處的管地自然腐蝕電位是-0.50-0.65v），自來水管線上也不同程度的存在電位升

10、高的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在庭院管網(wǎng)很普遍。（3）19992000年兩年之內(nèi)新增加的天然氣管線長(zhǎng)度為200余公里，表面積為4.5萬平方米，占原設(shè)計(jì)被保護(hù)管道總面積的17%以上，對(duì)原設(shè)計(jì)的保護(hù)范圍造成了明顯的影響。（4）鄭州市市區(qū)的地下天然氣管網(wǎng)自然腐蝕電位普遍偏正，施加陰極保護(hù)時(shí)，不易達(dá)到最佳保護(hù)電位。（5）過路套管消耗陰極保護(hù)電流過大，產(chǎn)生明顯的屏蔽作用。（6）陰極保護(hù)系統(tǒng)通電時(shí)間短，保護(hù)范圍還未擴(kuò)大到穩(wěn)定狀態(tài)。分析了原因就需要研究對(duì)策：大部分的庭院管網(wǎng)露鐵點(diǎn)嚴(yán)重超標(biāo)，大量消耗陰極保護(hù)電流，直接影響了陰極保護(hù)的范圍；部分庭院低壓管網(wǎng)與其它管網(wǎng)達(dá)接嚴(yán)重，陰極保護(hù)電流大量旁流需要采取整改措施；但由于搭接

11、點(diǎn)都在地下，不易查找，如工程機(jī)械廠的低壓管網(wǎng)在絕緣之后其它管線上仍有保護(hù)電流，使用多種儀器查找，均未發(fā)現(xiàn)搭接點(diǎn)，又不能全部開挖查找。大量的陰極保護(hù)電流旁流，不僅影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果而且會(huì)增大陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，因此鄭州燃?xì)夤煞莨舅谓饡?huì)總經(jīng)理根據(jù)鄭州燃?xì)夤芫W(wǎng)的實(shí)際情況提出對(duì)庭院低壓管網(wǎng)采取絕緣措施。選用何種方式進(jìn)行絕緣，也是一個(gè)值得研究的課題，昆明市采取的是在每個(gè)樓棟入戶管上加裝絕緣法蘭，福州市大部分是區(qū)域調(diào)壓站低壓供氣，在調(diào)壓站的出口端加裝絕緣法蘭；上述兩種方法都不適用于鄭州市，鄭州市是中壓供氣樓棟調(diào)壓，大約有30萬用戶，平均6戶一個(gè)入戶管，總計(jì)需要5萬個(gè)入戶管，如每個(gè)管上加裝絕緣法

12、蘭，按當(dāng)時(shí)每一個(gè)絕緣法蘭的安裝和材料價(jià)格約100元計(jì)算，全部下來約需要500萬元，根據(jù)宋金會(huì)總經(jīng)理的建議，洛陽725所和項(xiàng)目組的同志經(jīng)過研究采用了在現(xiàn)有的調(diào)壓箱出口端利用原有的法蘭采取絕緣措施代替絕緣法蘭使低壓庭院管絕緣，在工程中共絕緣調(diào)壓箱5000余個(gè)，只花費(fèi)了14.35萬元。既滿足了陰極保護(hù)系統(tǒng)的要求，又節(jié)約了大量的資金。對(duì)和其它管線和構(gòu)筑物搭接造成陰極保護(hù)電流嚴(yán)重旁流的中壓庭院管網(wǎng)和低壓供氣區(qū)，我們采用加一個(gè)絕緣短節(jié)的方式在中壓接管點(diǎn)之后進(jìn)行絕緣，共做了20個(gè)庭院。在上述工作結(jié)束之后，經(jīng)過測(cè)試，這兩種方法都可以滿足絕緣工程技術(shù)要求，效果良好。是一種創(chuàng)新的技術(shù)方法。 對(duì)新增的大口徑干管采用

13、電性絕緣并適量埋設(shè)鎂合金陽極犧牲加以保護(hù)。增加4座陰極保護(hù)站，以滿足不斷增加的市區(qū)管網(wǎng)。（不增加原工程投資）將原設(shè)計(jì)采用300支22kg重的鎂合金犧牲陽極，根據(jù)試運(yùn)行階段的測(cè)試結(jié)果，變更為8kg、11kg、22kg三種規(guī)格的鎂合金犧牲陽極塊共600余支。按照以上方案，從2001年9月開始的整改工作，到2001年底完成了絕緣、排流、以及加埋部分犧牲陽極的工作。通過采取上述整改措施，到2001年12月底，全市天然氣管網(wǎng)的陰極保護(hù)電位達(dá)標(biāo)率達(dá)到了70%以上。市區(qū)西北部區(qū)域（設(shè)計(jì)圖上劃分的02區(qū)）天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)電位達(dá)標(biāo)率達(dá)到了94%以上。2002年3月至2002年5月初完成了增加4座陰極保護(hù)站的建

14、站，新增的四座陰極保護(hù)站也具備通電運(yùn)行條件。到2002年9月15日陰極保護(hù)工程第三階段工程完工后，經(jīng)檢測(cè)市區(qū)天然氣主干管網(wǎng)的陰極保護(hù)電位達(dá)標(biāo)率達(dá)到了90%以上。整個(gè)陰極保護(hù)工程項(xiàng)目包括以下內(nèi)容： A、100米左右深的輔助陽極井20眼。B、組合陽極體117組。C、磚混結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)站站房20間。D、150A/100V型磁飽和恒電位儀32臺(tái)，150A/100V硅整流器4臺(tái)。E、長(zhǎng)壽命參比電極40套。F、380v/50Hz交流供電系統(tǒng)20套。G、8、11、22kg/支高效鎂合金犧牲陽極600余支。H、縱橫向均壓300處。I、排流和絕緣設(shè)施約5000處。J、測(cè)試樁52個(gè)。四、陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行

15、鄭州市天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)自2000年7月1日投入試運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，輸出電流、電壓穩(wěn)定，以鄭州市天然氣管網(wǎng)西區(qū)為例：陰極保護(hù)站巡檢表 序號(hào)站名輸出電壓V輸出電流A參比電位V1工程機(jī)械廠55.499.53.332省建五公司62.5982.623電纜廠52992.94測(cè)繪學(xué)院51972.35火車頭體育場(chǎng)44972.26鄭州大學(xué)37972.87機(jī)械安裝四公司701103.4注：參比電位（相對(duì)于CSE）保護(hù)電位巡檢記錄 序號(hào)位置自然電位保護(hù)電位1冉屯路43號(hào)測(cè)試莊0.4611.502桐柏路44號(hào)測(cè)試莊0.3900.733伏牛路45號(hào)測(cè)試莊0.4311.354電廠路47號(hào)測(cè)試莊0.550.86

16、5冉屯路48號(hào)測(cè)試莊0.460.996電廠路51號(hào)測(cè)試莊0.50.817嵩山北路38號(hào)測(cè)試莊0.490.848大學(xué)路34號(hào)測(cè)試莊0.430.929西站路40號(hào)測(cè)試莊0.470.8710鄭上路52號(hào)測(cè)試莊0.420.7311航海路32號(hào)測(cè)試莊0.440.8612隴海路33號(hào)測(cè)試莊0.450.7713大學(xué)路35號(hào)測(cè)試莊0.431.4214大學(xué)路36號(hào)測(cè)試樁0.460.7815大學(xué)路37號(hào)測(cè)試樁0.470.9016興華南街39號(hào)測(cè)試樁0.450.6517工人路41號(hào)測(cè)試樁0.461.0218文化公路42號(hào)測(cè)試樁0.470.8019伏牛路46號(hào)測(cè)試樁0.432.2220伊河路49號(hào)測(cè)試樁0.431.0

17、121汝河路50號(hào)測(cè)試樁0.410.77自2000年7月1日從陰極保護(hù)系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，在保護(hù)區(qū)與內(nèi)因腐蝕造成天然氣管網(wǎng)泄漏而搶險(xiǎn)的次數(shù)不斷下降，其社會(huì)效益不可估計(jì)。歷年西區(qū)搶險(xiǎn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)： 年份搶險(xiǎn)次數(shù)保護(hù)區(qū)域未保護(hù)區(qū)域備注1999 2000 200127627 200286383 五、投資效果 陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)：每個(gè)站每月用電平均在4000度左右，按每度0.50元計(jì)算，每月2000元，全系統(tǒng)每年的電費(fèi)48萬元。在其使用期限25年內(nèi)，預(yù)計(jì)電費(fèi)為1200萬元。系統(tǒng)投入運(yùn)行之后每年可以平均節(jié)約200余萬元的市區(qū)天然氣管網(wǎng)防腐層檢漏和修補(bǔ)費(fèi)用。另外，由于市區(qū)天然氣管網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)建成后，可延長(zhǎng)市區(qū)天然氣管網(wǎng)使用壽命25年，等于節(jié)約了現(xiàn)有的鄭州市天然氣管網(wǎng)重建資金，可以節(jié)約資金約1億元。 六、經(jīng)驗(yàn)與體鄭州市地下土壤大部分屬強(qiáng)腐蝕性土壤，天然氣管網(wǎng)在建設(shè)之初只采用了涂層防腐，未采取陰極保護(hù)防腐技術(shù)是造成天然氣地下管網(wǎng)嚴(yán)重腐蝕的主要原因之一。我公司在今后的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)中應(yīng)提高管網(wǎng)外方涂層的質(zhì)量，改石油