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      城鎮燃氣埋地鋼質管道陰極保護的設計方案

      發布時間:2020-09-10  

      概述

        隨著城鎮燃氣地下管網的迅速發展,鋼質管道的腐蝕與防護問題也日益突出。為了延長埋地鋼質管道的使用壽命,確保城鎮燃氣供應安全、可靠,通常采用陰極保護方法保護埋地鋼質管道。

      1.陰極保護類型的確定

      陰極保護屬于電化學保護,是利用外部電流使金屬腐蝕電位發生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術。埋地鋼質管道陰極保護分為強制電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護兩種。

      強制電流陰極保護主要適用于郊區等地下管網單一地區的燃氣主管道或城鎮燃氣環網。其優點是輸出電流大而且可調,不受土壤電阻率影響,保護半徑較大;系統運行壽命長,保護效果好;保護系統輸出電流的變化可反映出管道涂層的性能改變。其缺點是需設專人維護管理,要求有外部電源長期供電,易產生屏蔽和干擾,特別是地下金屬構筑物較復雜的地方。

      犧牲陽極陰極保護主要適用于人口稠密地區和城鎮內各種壓力級制燃氣管道。其優點是不需外加電源,施工方便,不需進行經常專門管理,不會生屏蔽,對其他構筑物也不會產生干擾,保護電流分布均勻、利用率高。其缺點是輸出電流小,保護范圍有限;需定期更換,不能實時監測輸出電流分的變化,也不能反映管道涂層的狀況。

      根據以往的經驗和我們的實踐得知,城鎮燃埋地鋼質管道宜采用犧牲陽極陰極保護來減緩土壤對管道的電化學腐蝕。

      2.陰極保護電流的確定

      要使埋設的燃氣管道得到充分的保護,就要有足夠的電流使管道不受到腐蝕。鋼質管道需要的保護電流是陰極保護設計重要的參數之一,其計算公式如下:

      I=AIP                          (1)

      式中  I——管道所需保護電流,mA

      A——管道總表面積,m2

      IP——保護電流密度,mA/m2

      保護電流密度Ip是根據管道的防腐層種類、好壞來確定的,新建瀝青玻璃布防腐管道所需的Ip約0.1mA/m2,新建三層PE管道所需的Ip約0.001 mA/m2,舊管道的Ip取0.3mA/m2。

      3.犧牲陽極的選取

      ①土壤電阻率

      土壤電阻率反映了土壤介質的導電能力。一般電阻率低的土壤腐蝕性強,反之腐蝕性弱,通常根據土壤電阻率選取適宜的犧牲陽極。無論采用哪種犧牲陽極,都需要先測出管道所在位置的土壤平均電阻率。土壤中所含成分的比例不同,造成各個地方電阻率也不同,即使同一地點不同埋深的電阻率也不同,因此我們常采用管道所在埋深處的電阻率的平均值。

      ②犧牲陽極的選用

      犧牲陽極主要有兩大類型,即鎂合金陽極和鋅合金陽極。

      根據勘測出來的土壤電阻率(ρ),可以選擇采用鋅陽極或鎂陽極。一般ρ<5 Ω·m時,選用鋅陽極;5Ω·m≤p≤100Ω·113時,選用鎂陽極;p>100Ω·m時,選用帶狀鎂陽極。在土壤潮濕的情況下,鋅陽極使用范圍可擴大到30Ω·m。

      4.犧牲陽極的布置

      ①在布置犧牲陽極時,注意陽極與管道之間不應有金屬構筑物。

      ②犧牲陽極須埋設在冰凍線以下。在地下水位低于3m的干燥地帶,陽極應適當加深埋設。在河流下陽極應埋設在河床的安全部位,以防止洪水沖刷和挖泥清淤時損壞。

      ③ 犧牲陽極埋設方式有立式和臥式兩種。立式陽極采用鉆孔法在埋設陽極處將陽極以垂直于管道的方向埋入地下,這種方式不需大面積開挖,但保護效果不如臥式陽極,適用于已建管道。臥式陽極采用開槽法施工,在管道敷設時與管道同溝放置,既節省單獨開挖的費用,又起到良好的保護效果。陽極埋設位置在一般情況下距管道外壁3~5m,不宜小于0.3m,但由于考慮到同溝敷設的方便性.一般將間距控制到0.3~0.5m,留出一定操作空間即可。埋深以陽極頂部距地面不小于1m為宜。成組布置時,陽極間距以2~3m為宜。

      ④通常應在管段上相鄰兩組犧牲陽極的中間部位設置測試樁,測試樁的間距以不大于500m為官。

      5.設計修正

      當計算結束后,在管道上布置犧牲陽極時,還要考慮到一些特殊的情況,對總體設計進行調整。比如在定向鉆的穿越出入土點,當采用的犧牲陽極保護半徑不夠時,可在出入土點增加陽極的數量或增大陽極的規格,使其能夠起到完全保護穿越管道的作用。

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