某埋地管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)失效分析及對策

1、24 全面腐蝕控制2004年第18卷第6期某埋地管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)失效分析及對策孟超曲政(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所,青島266071摘要:結(jié)合某污水處理廠埋地海洋放流管的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng),對可能造成系統(tǒng)失效的原因進(jìn)行分析,查明失效原因,并且將系統(tǒng)恢復(fù)到原設(shè)計(jì)的狀態(tài)。關(guān)鍵詞:外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)失效InvalidationAnalysisandImprovedMeasuresofBuriedPipelineImpressedCurrentC athodicP rotectionS ystemMengChaoQuZheng(QingdaoResearchInstituteforMa

2、rineCorrosion,CISRI,Qingdao266071Abstract:Impressedcurrentcathodicprtectionsystemofonesewagetreatmentplantwasdisabled,weanalyzedinvalidation resultsandmadethesystemrecoverd.Keywords:impressedc urrent;c athodicp rotections ystem;i nvalidation1前言某污水處理廠海洋放流管為DN2400碳鋼管道,總長約1610m,其中陸上埋地管道長480m,并且外壁套有DN26

3、00的鋼筋混凝土管道,其余約1130m 管道位于海底,相對現(xiàn)在的路面,整條管道埋深約20m。管道埋設(shè)采用石塊、沙土等回填,透水性很強(qiáng),距離海岸又非常近,因此整條管道外壁基本處于海水環(huán)境中,為了保證該管道的長期使用壽命,在管道建設(shè)時就對其實(shí)施了外加電流陰極保護(hù),整個項(xiàng)目于1998年初完工,并投入使用。該外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行四年后,檢查發(fā)現(xiàn)無輸出電流,至2003年7月系統(tǒng)已停運(yùn)一年多時間,應(yīng)用戶單位的邀請,我們于2003年9月對該系統(tǒng)進(jìn)行了檢測。2外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成通過現(xiàn)場的檢查及查閱早期施工的圖紙資料,發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)由六個陽極井、兩個參比井和六臺恒電位儀組成。六個陽極井分別位于放流管

4、的兩側(cè),距放流管距離分別為30m 和23.5m,每側(cè)三口,同側(cè)陽極井之間的間距為6m,每口陽極井中有單重80kg的高硅鑄鐵陽極9支。兩個參比電極井位于放流管的同側(cè),相距約30m,每口井中有兩支飽和銅/硫酸銅參比電極。六根陰極電纜匯在一起,接至管道的同一位置。3失效原因分析3.1控制儀器檢查檢查恒電位儀的狀況,可用負(fù)載模擬外接系統(tǒng)(見圖1對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試,調(diào)試模擬系統(tǒng)運(yùn)行正常,排除恒電位儀的因素,斷定失效原因?yàn)橥饧与娏麝帢O保護(hù)系統(tǒng)回路出現(xiàn)故障。圖1模擬外接系統(tǒng)圖3.2陰極電纜檢查測量引出的六根陰極電纜中任意兩根之間的電阻值,檢測數(shù)據(jù)見表1。該項(xiàng)目的交工資料中指出,六根陰極電纜是匯在一起然后焊接到管

5、道上的,而從以上數(shù)據(jù)可以看出,任意兩電纜間電阻值均在千歐級,表明電纜間均不導(dǎo)通,即原來的焊點(diǎn)出現(xiàn)問題造成陰極電纜斷路。全面腐蝕控制TOTALCORROSIONCONTROL 第18卷第6期2004年12月Vol.18No.6Dec.2004表1陰極電纜間電阻值(kB C D E FE-3.23.3參比電極性能測試用便攜式硫酸銅參比電極(以下稱為標(biāo)準(zhǔn)參比電極來校核原系統(tǒng)埋設(shè)的A、B兩支飽和Cu/CuSO4參比電極,A參比電極相對于標(biāo)準(zhǔn)參比電極電位為-41m V,B參比電極相對于標(biāo)準(zhǔn)參比電極電位為5mV,兩支參比電極均可正常工作。3.4陽極井性能測試用ZC-8型接地電阻測量儀測量陽極井的接地電阻,

6、六個陽極井(A-F的接地電阻分別為:1.90、1.90、1.90、2.00、1.95、1.90,接地電阻值表明陽極井是可以正常使用的。在過去,國內(nèi)不少單位都強(qiáng)制規(guī)定了陽極接地電阻不得大于1,在鋼管陽極時代似乎很有必要,而且也很容易做到,但到1978年以后,輔助陽極已進(jìn)入了難溶陽極時代,石墨、高硅鑄鐵以及混合金屬氧化物陽極的相繼開發(fā)和利用,這一規(guī)定就顯得不夠科學(xué)、合理,而且也不必要。國外文獻(xiàn)中有美國哥倫比亞氣體公司建設(shè)的12組陽極地床的數(shù)據(jù),其接地電阻小于1的只有一組,在12之間的有七組,在3.811之間的有四組。在國內(nèi)管道建設(shè)中,首次采用招標(biāo)形式,由西德PLE公司和中國石油天然氣管道勘察設(shè)計(jì)院

7、聯(lián)合承包的南海石油瓊深輸氣管道設(shè)計(jì)中,其接地電阻為3和11兩種。因此輔助陽極設(shè)計(jì)壽命是主要的,接地電阻不應(yīng)做硬性規(guī)定。3.5模擬輸出測試為了更準(zhǔn)確的判斷系統(tǒng)失效的原因,利用原有的恒電位儀、陽極井,以就近的來水管道作為陰極建立外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)并運(yùn)行,記錄儀器輸出電壓和輸出電流,數(shù)據(jù)見表2。并且從甲方的運(yùn)行維護(hù)資表2模擬系統(tǒng)輸出參數(shù)表3運(yùn)行初期輸出參數(shù)從以上兩表可以看出,運(yùn)行初期陽極井回路電阻在0.30.7之間,兩運(yùn)行四年后陽極井回路電阻在0.60.7之間,兩者相比只有A陽極井回路電阻增大較多,但均符合陰極保護(hù)規(guī)范中對回路電阻的要求,因此我們認(rèn)為陽極井能正常工作,可以繼續(xù)使用。3.6系統(tǒng)綜合評

8、定經(jīng)過對放流管外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)各組成部分的分項(xiàng)檢測,得出結(jié)論如下:系統(tǒng)中的控制電源、陽極井及參比電極均能正常工作,可以繼續(xù)使用,系統(tǒng)的失效是由于陰極電纜焊接點(diǎn)的斷開而造成系統(tǒng)回路斷路,從而沒有輸出電流。在檢測過程中發(fā)現(xiàn)的問題:埋地部分管道外壁套有厚度約27cm的鋼筋混凝土管道,由于混凝土管道對內(nèi)部鋼管的屏蔽作用使得這部分管道的外壁得不到陰極保護(hù),并且兩支飽和Cu/CuSO4參比電極均埋設(shè)在混凝土管道外側(cè),其檢測到的電極電位并不是管道的實(shí)際保護(hù)電位。料中得到了運(yùn)行初期輸出電壓和輸出電流的數(shù)據(jù),見表3。254系統(tǒng)恢復(fù)4.1回路恢復(fù)要恢復(fù)陰極保護(hù)系統(tǒng)的回路必須重新從管道上焊接陰極電纜?？孛鞴艿赖拇_定位置,在管道正上方人工開挖1500mm的井直到挖到管道,焊接五根VV22116的電纜,為避免陰極電纜的失效,五根電纜焊接在管道的不同點(diǎn),并用環(huán)氧樹脂和玻璃絲布作防腐密封處理。4.2系統(tǒng)調(diào)試由于參比電極無法準(zhǔn)確地檢測管道的保護(hù)電位,只能對系統(tǒng)進(jìn)行恒電流控制,根據(jù)管道的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算,管道所需保護(hù)電流為120A,對系統(tǒng)的各部分及電纜線路進(jìn)行檢查后,恒電位儀開機(jī)調(diào)試,觀察48小時無異常情況,六口陽極井由四臺儀器控制,輸出參數(shù)見表4。表4系統(tǒng)修