中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司煉油廠（以下簡(jiǎn)稱煉油廠）始建于上世紀(jì)60年代初，共有埋地水管道930條，94.9km。管道采用金屬材料。運(yùn)行至今，許多埋地管腐蝕問題嚴(yán)重。通過腐蝕現(xiàn)狀調(diào)查，煉油廠廠區(qū)（以下簡(jiǎn)稱廠區(qū)）內(nèi)管道的特點(diǎn)是38.6%的鋼質(zhì)管道接近覆蓋層的使用壽命；有48%的鋼質(zhì)管道超過了覆蓋層的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，漏點(diǎn)較多時(shí)一年有近100處，處理水漏需要費(fèi)用約100萬元，年，水量損失120200kt/a,造成了水資源的浪費(fèi)。

另外廠區(qū)土壤電阻率很低，鹽含量比廠區(qū)外高出幾倍，存在著菌群腐蝕，屬于化工污染強(qiáng)烈的強(qiáng)腐蝕性土壊區(qū)域。而且廠區(qū)地下管網(wǎng)涂層老化，破損處多，已不能對(duì)埋地金屬管道形成有效防護(hù)。除一部分更換新管外，絕大多數(shù)管道正處于漏點(diǎn)多發(fā)時(shí)期，減輕和解決腐蝕問題已成為一個(gè)迫切需要解決的課題。

管網(wǎng)地下管道腐蝕原因

① 大慶地區(qū)的水位較高，該管道有相當(dāng)一部分浸泡在非常潮濕的土壤中。

② 根據(jù)該地區(qū)的有關(guān)土質(zhì)資料介紹：該地區(qū)的土質(zhì)一般呈中性或堿性，大多數(shù)的金屬在土壤中的腐蝕屬于氧去極化腐蝕。

③ 地形變化、躲避地下障礙等原因使其管道沿路埋深不斷的變化，加之管道所途經(jīng)地段土壤含氣狀況不盡相同，造成長(zhǎng)距離管道各段土壤中氧含量的不同，這對(duì)于那些防腐蝕層破損的管段，將會(huì)形成氧濃差電池。對(duì)于土壤埋設(shè)較深的管段，由于氧含量相對(duì)埋深較淺的管段來說較低，成為陽極被腐蝕。

④ 直埋管道的混凝土固定墩也存在著氧濃差電池。

⑤ 管網(wǎng)中經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)直埋與架空兩種敷設(shè)方式，當(dāng)管道由架空轉(zhuǎn)入地下，或由地下轉(zhuǎn)出架空時(shí)，無論哪種情形都會(huì)出現(xiàn)直埋出（入）地管段與地面相交的現(xiàn)象，這將出現(xiàn)類似前述的“水線”腐蝕。

管道防腐蝕措施

對(duì)于解決舊埋地管道的腐蝕問題，將管道挖出重新進(jìn)行完整的涂層保護(hù)是不現(xiàn)實(shí)的，這既要耗費(fèi)大量資金又不能解決根本問題。煉油廠現(xiàn)有運(yùn)行的管道屬于埋地管道，要想控制管道的腐蝕現(xiàn)有的方法只能進(jìn)行陰極保護(hù)控制。

所謂陰極保護(hù)技術(shù)就是向被保護(hù)的鋼管通以足夠的直流電流（陰極電流），對(duì)鋼質(zhì)管道外表面進(jìn)行陰極極化,降低鋼質(zhì)管道在土壤中的腐蝕電位，使腐蝕電流減小甚至趨于零，進(jìn)而達(dá)到徹底阻止管道腐蝕的目的。這是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，采用涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合防腐蝕手段，可延長(zhǎng)地下管道的使用壽命一倍至幾倍。實(shí)施陰極保護(hù)的費(fèi)用只占埋地管線造價(jià)的1%~3%,而管線的使用壽命卻可以成倍地延長(zhǎng)，因此這項(xiàng)技術(shù)正被越來越多的人所認(rèn)識(shí)，并得到越來越廣泛的應(yīng)用。

陰極保護(hù)實(shí)施方案

由于廠區(qū)埋地水管道分布面積較大，方圓約20km2,并且錯(cuò)綜復(fù)雜，管徑為1020-100mm.另外，廠區(qū)屬于防爆區(qū)在技術(shù)上實(shí)施陰極保護(hù)要求是比較高的。通過設(shè)計(jì)核算，在上述埋地水管網(wǎng)平均分布了42處陰極保護(hù)點(diǎn)，各點(diǎn)自成體系又相互聯(lián)系，確保能夠覆蓋整個(gè)埋地管網(wǎng)。

3.1 陰極保護(hù)方法分類

根據(jù)直流電流的來源不同，陰極保護(hù)技術(shù)分為犧牲陽極和外加電流兩種保護(hù)法。兩種方法由于供電來源和系統(tǒng)組成存在差異，各有其特點(diǎn)。

3.2 設(shè)計(jì)思路

埋地管道的防腐蝕保護(hù)方法的選擇既要考慮技術(shù)的先進(jìn)、可靠性，又要考慮經(jīng)濟(jì)的合理性，并考慮沿線土壤的腐蝕性、管道材質(zhì)、管道布局等。所以在進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)前，必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)查，以確定埋地管道防腐蝕設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過對(duì)廠區(qū)內(nèi)的腐蝕調(diào)查和對(duì)廠區(qū)輸水管網(wǎng)及其腐蝕現(xiàn)狀有了詳盡的了解。廠區(qū)內(nèi)管網(wǎng)運(yùn)行多年、涂層破損嚴(yán)重、腐蝕環(huán)境惡劣，需要很大保護(hù)電流，所以應(yīng)選擇外加電流法為主的保護(hù)方法；煉油廠區(qū)內(nèi)管道密集、縱橫交錯(cuò)，再加上工業(yè)建筑基礎(chǔ)、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、輸配電網(wǎng)、接地網(wǎng)，構(gòu)成了極其復(fù)雜的地下金屬結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，所以應(yīng)設(shè)計(jì)使用深井陽極地床的輔助陽極，以解決進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)復(fù)雜金屬網(wǎng)絡(luò)的屏蔽問題。

方案的設(shè)計(jì)思路是，以采用80m深井陽極地床的外加電流陰極保護(hù)為主，對(duì)地下輸水管網(wǎng)中的鋼質(zhì)管道實(shí)施保護(hù)，在各別屏蔽的欠保護(hù)區(qū)域輔助以鎂合金犧牲陽極保護(hù)。

3.3 技術(shù)指標(biāo)

(1) 有效保護(hù)年限20年；

(2) 在有效保護(hù)期內(nèi)，管道的保護(hù)電位不高于一0.85V(相對(duì)于Cu/CuSO。參比電極)，全廠區(qū)的電位達(dá)標(biāo)率超過95%；

(3) 在有效保護(hù)期內(nèi)，管道的保護(hù)度高于90%；

(4) 在有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)的管道的漏點(diǎn)數(shù)量逐漸減少，在原腐蝕嚴(yán)重部位之外不再新發(fā)生腐蝕穿孔。

3.4 設(shè)計(jì)依據(jù)

(1) SY/T0019-97(埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(2) GB/T17731-1999(鎂合金犧牲陽極〉；

(3) SY0007-1999(鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(4) SY/T0036-2000(埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》；

(5) 新繪制的廠地下管網(wǎng)圖紙；

(6) 管道臺(tái)帳。

3.5 計(jì)算說明

(1) 保護(hù)對(duì)象：煉油廠管道總長(zhǎng)達(dá)94.9km,鋼質(zhì)和鑄鐵管道外表總面積達(dá)1050dam2；

(2) 保護(hù)電流密度的選取和保護(hù)電流的計(jì)算：金屬構(gòu)件施加陰極保護(hù)時(shí)，使金屬達(dá)到完全保護(hù)時(shí)所需要的電流密度為極小保護(hù)電流密度，在設(shè)計(jì)時(shí)稱為陰極保護(hù)電流密度，選取的陰極保護(hù)電流密度大小是影響金屬構(gòu)件防蝕效果的主要參數(shù)，它與極小保護(hù)電位(鋼為一0.85V)相對(duì)應(yīng)。如果選取的保護(hù)電流密度偏低，會(huì)造成保護(hù)不足，金屬構(gòu)件達(dá)不到全保護(hù)，產(chǎn)生不同程度的腐蝕；反之，將會(huì)造成不必要的材料浪費(fèi)和施工的投入。陰極保護(hù)電流密度與許多因素有關(guān)，如被保護(hù)金屬的種類、表面狀態(tài)、表面防腐蝕涂層的種類和質(zhì)量、介質(zhì)的性質(zhì)、有效保護(hù)年限以及外界條件的影響等。這些因素的差異可使陰極保護(hù)電流密度由幾個(gè)UA/rn2變化到數(shù)百個(gè)UA/m2.根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)和綜合考慮兩廠區(qū)的實(shí)際情況，在煉油廠區(qū)選取陰極保護(hù)電流密度為i=7mA/m2.結(jié)合“保護(hù)對(duì)象"中所給出的保護(hù)面積，計(jì)算廠區(qū)管線所需保護(hù)電流為：1=2.5i×s=2.5×7×10.5=1838(A)

3.6 電源設(shè)備及陽極地床

(1) 外加電流系統(tǒng)整流器：每座陽極地床釆用一臺(tái)75A/75V恒電位儀供電。考慮到外加電流系統(tǒng)余量以及廠區(qū)的實(shí)際情況，根據(jù)所需保護(hù)電流安裝恒電位儀42臺(tái)。

(2) 陽極地床：陽極地床釆用深井陽極地床，井深80m,每眼井安裝組合陽極體4支，單支規(guī)格為?377mmx6000mm,每支組合陽極體內(nèi)含3支規(guī)格為?75mmxl200mm、重量為50kg/支的高硅鑄鐵陽極。

3.7 均壓保護(hù)

均壓保護(hù)就是采用電纜或鍍鋅扁鋼將同溝鋪設(shè)、近距離平行或交叉走向的被保護(hù)管道，以及非焊接連接的同一條被保護(hù)管段間電性連接起來，達(dá)到均衡管道電位的目的。這種技術(shù)的實(shí)施，可減小管道之間的電位差，確保電位分布均勻，防止雜散電流腐蝕，擴(kuò)大陰極保護(hù)范圍。廠區(qū)設(shè)均壓線98處。

3.8 陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)

為進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常管理，及時(shí)可靠地掌握地下管網(wǎng)的腐蝕情況，需設(shè)計(jì)安裝測(cè)試系統(tǒng)。廠區(qū)共設(shè)立82個(gè)電位綜合測(cè)試樁，用于在保護(hù)期間內(nèi)測(cè)量管道的保護(hù)電位。

3.9 鎂合金犧牲陽極

由于廠區(qū)裝置地基和罐區(qū)的屏蔽影響，以及距離陽極井太遠(yuǎn)使之部分支線管道出現(xiàn)保護(hù)不足，所以在以外加電流保護(hù)為主的系統(tǒng)中輔以鎂合金犧牲陽極保護(hù)，解決局部保護(hù)不足問題.廠區(qū)共埋設(shè)210支鎂合金陽極。

陰極保護(hù)配置

2006年5月施工，2006年10月結(jié)束。安裝恒電位儀42臺(tái)，打80m深井42口，安裝組合陽極體160支，測(cè)試裝置82套，均壓線98處；埋設(shè)鎂合金犧牲陽極210支；埋設(shè)保護(hù)效果檢查片2套。

效果

2006年10月煉油廠埋地水管網(wǎng)陰極保護(hù)正式投入運(yùn)行。該系統(tǒng)達(dá)到了SY/T0036-2000《埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》的設(shè)計(jì)要求，保護(hù)電位在-0.85?一1.5V范圍內(nèi)，陽極地床接地電阻正常，恒電位儀輸出穩(wěn)定，工作正常。但是由于埋地管道的防腐蝕層的破損程度不同，造成的電能的消耗也各不相同。從陰極保護(hù)技術(shù)投用到2007年3月，煉油廠埋地水管網(wǎng)共發(fā)生泄漏45次，而2005年9月至2006年3月共發(fā)生泄漏87次。泄漏次數(shù)明顯減少,并且呈逐月遞減趨勢(shì)。說明陰極保護(hù)的工作狀況良好，能夠減緩管道的腐蝕速度。

結(jié)論

通過對(duì)埋地金屬管網(wǎng)的防腐蝕措施與強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)的綜合應(yīng)用，表明把埋地管網(wǎng)作為陰極進(jìn)行保護(hù)是一種防止管道電化學(xué)腐蝕的有效的方法。其優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓連續(xù)可自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持恒定保護(hù)電位；保護(hù)范圍大，能夠覆蓋整個(gè)埋地管網(wǎng)；42個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)平均分布在整個(gè)管網(wǎng)上，單個(gè)系統(tǒng)占地面積小，施工選址容易，適合對(duì)老廠區(qū)埋地管網(wǎng)追加陰極保護(hù)的情況。陰極保護(hù)與管道本身的防腐層互相補(bǔ)充,在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面能夠達(dá)到理想組合，是目前公認(rèn)的合理防腐蝕方案。