城市燃气管线阴极保护技术的应用探讨.doc

城市燃气管线阴极保护技术的应用探讨摘要:本文简要介绍了阴极保护技术在保护城市燃气管线方面的作用；详细叙述了北京市天然气管网阴极保护技术的应用情况和取得的实际效果；对阴极保护技术在城市燃气管网中应用的技术难点进行了系统的分析；对该技术的发展应用、系统的检测维护和运行管理等方面提出了建议。关键词:燃气 管线 阴极保护 1 前 言天然气是一种公认的清洁高效优质的能源，随着我国西气东输工程和四川盆地天然气输送两湖工程的实施，城市燃气在工业和民用领域有广泛的应用前景。为了加快发展天然气工业，必然要加快天然气管道的建设。如何建设好结构合理、安全可靠的长江中下游城市燃气管网是我国燃气行业的重要课题。 由于土壤对管道的腐蚀、管内输送介质的腐蚀、防腐层的缺陷和早期技术的限制，我国大部分在役城市燃气管线只采用了涂覆层而未采用阴极保护措施，使早期投入使用的燃气管线频繁发生腐蚀穿孔泄漏事故，导致管线经常出现非计划维修或更换，严重影响燃气管网的安全运行，缩短了管线的使用寿命，造成了较大的经济损失。实践证明，城市燃气管线外防腐措施采用涂覆层加阴极保护的所谓“双保护技术”是有效的，管线安全性得到了更可靠的保证，管线使用寿命延长一倍以上，事故明显减少，经济效益得到很大提高。近十年来，北京市天然气新旧管线在阴极保护技术的开发和应用领域取得了丰硕的成果，对加强首都燃气管网建设，提高在役管网的安全性做出了较大的贡献。 2 阴极保护技术在北京天然气管网中的应用北京市目前拥有5000km天然气钢质管道，部分已进入腐蚀事故多发期。如：1996年，学院路和第二外国语大学两段中压管道出现电化学腐蚀穿孔泄漏；1997年，亚运村和中央党校等地区的中低压管道多次发生电化学腐蚀穿孔；1998年，小关北路，高澜大厦一酒仙桥调压站中压管道多次发生电化学腐蚀泄漏事故。北京市燃气管网腐蚀穿孔泄漏发生率逐年呈上升趋势，是影响管网安全运行的主要危害之一2。为了加强燃气管网的腐蚀控制，有效防止电管道发生电化学腐蚀穿孔，提高管网运行的安全性，延长管道的使用寿命，原北京市天然气公司于1997年行文规定：(1)所有新建高中压天然气钢质管道必须实施防腐层加阴极保护的“双保护措施”；(2)在役高中压钢质管道必须有计划分步骤追加阴极保护。北京市于1997年对所有新建高中压约150km天然气管道全部采取阴极保护措施，对中关村王四营35km高压管道进行阴极保护技术改造。1998年2003年北京600多km新建天然气高中压管道全部采用涂层加阴极保护措施；对机场路、清河地区、西八里庄地区、西山地区、大兴地区等中压管道约260km进行阴极保护技术改造。近十年来，原北京市公用局和现北京市燃气集团的各级领导对燃气管网采用先进的阴极保护技术给予高度重视和大力支持，使北京所用高压和部分中压燃气管道应用了阴极保护技术，保护总长度达到1200余km。六年来，所有采用阴极保护的燃气管道从未发生电化学腐蚀穿孔泄漏，为首都天然气管网安全运行提供了可靠的保障，并节约了大量的抢修和维修费用，有效延长了管道的使用寿命，取得了良好的经济效益和社会效益。 3 阴极保护技术在城市燃气管线中应用技术难点分析阴极保护技术虽然是一种比较成熟的技术，但是由于城市地下管线纵横交错、电气化程度高、杂散电流分布不均、土壤类型多样、管道外防腐层种类多样且性能各异，导致阴极保护技术在燃气管道上应用存在一定的技术难度。其技术难点主要表现在以下几个方面： 31 阴极保护设计前期调研根据阴极保护设计规范的要求，在设计前必须对管道沿线的土壤种类、土壤腐蚀性、地下水位、杂散电流的分布、管道自然电位等参数进行详细的测试和分析。目前，大多数燃气设计单位没有防腐设计部门和防腐专业技术人员，使将阴极保护设计数据进行科学分析这项工作存在相当的难度。 32 阴极保护方式的选择阴极保护方式有牺牲阳极保护法和外加电流保护法两种形式。这两种保护方式的选择需要考虑到被保护的管道的涂层状况、管道沿线土壤的腐蚀性、是否对相邻地下管道或金属构筑物构成破坏、阴极保护的经济性等因素。由于城市地下管道纵横交错，如果采用外加电流保护法，由于保护电流较大，所形成的电流回路会加速对未采用阴极保护的相邻管道造成电化学腐蚀。另外，城市燃气管网的建设是分期分批进行的，每次建设的距离十分有限，对每段都单建一个保护站也是十分不经济的。而牺牲阳极保护法对临近管道影响较小，对短距离的管线来说非常经济，施工非常方便。因此，根据城市燃气管网的建设特点并考虑到尽量减少对其他管道的影响，宜采用牺牲阳极法对其实施阴极保护。距城区较远的长距离外环燃气管道，在不影响其它周围金属构筑物的前提下，采用外加电流保护方式是可行的，也经济实用。 33 管道破损点的补口安装管道线、阳极和绝缘装置时，必须对管道涂层进行破坏，使原有防腐涂层失去了连续性。如果补口材料、技术和工艺不过关，那么涂层破损处就是一个非常危险的腐蚀源。在选择补口材料时，必须选用与原防腐层相容性极好的补伤材料，主要是补伤材料的里层与原防腐层的外层要有非常好的粘结力。补口技术和工艺是保证补口质量的关键，一般施工现场的设备和环境不如工厂好，因此在实施前必须通过反复试验确定补口方法和工艺流程。补口的防腐级别应在原涂层防腐级别的基础上加强一级。 34 管道电绝缘的可靠性在被保护管段和非保护管段或其他金属构筑物必须实行电绝缘，主要目的是把保护电流限定在保护管段，避免不必要的电流漏失，保证管道电位达到规定的保护电位范围；电绝缘措施也是抗杂散电流干扰的重要措施；电绝缘可防止电流进入危险区段，是重要的防爆安全保障措施之一；此外也为阴极保护系统分段检修、寻找故障提供了管理维护的方便。事实证明：“没有绝缘就没有阴极保护”。电绝缘的可靠性是决定阴极保护系统成败的关键，”。十年前，北京市燃气管道采用的电绝缘装置主要是传统的绝缘法兰。由于绝缘法兰在安装过程中必须砌筑法兰井，还需进行日常检测维护、干燥处理，这对于城市埋地管线是非常麻烦和昂贵的。经检测，北京市燃气管道上使用的几十套绝缘法兰都基本失去绝缘效果。据我们分析，其主要原因是：绝缘法兰的绝缘材料外露，吸水膨胀后，绝缘性能逐步下降；绝缘法兰绝缘点多，必须在现场安装，只要一处失效，整个绝缘法兰就导通，完全失去绝缘作用。因此，我公司不得不将失效的绝缘法兰更换为直埋式绝缘接头。采用整体型直埋绝缘接头可以十分简单地解决上述所有问题。整体型直埋绝缘接头在生产厂家预制好，两端直接焊接在管道上即可；绝缘性能十分可靠；不需要砌法兰井和日常检测维护。综合国内外绝缘接头的各种性能指标进行比较，发现目前处于世界一流水平的是自放电免维护绝缘接头。该产品的特点是：绝缘性能高；内置防雷击、防爆、防静电聚集的放电火花间隙；种类多样(管径从D20D2 500；温度范围-40300)；抗弯曲和防震性能好；使用寿命长(设计寿命50年)。这类产品在国外只有德国生产(获欧洲专利)，在国内，已由清华大学和北京永逸舒克防腐公司合作研发成功。高性能绝缘接头实现国产化后，价格大幅度下降，供货周期短，为城市燃气管道普及阴极保护技术提供了良好的物质基础。 35 系统的调试阴极保护系统在建设过程中利用绝缘接头与非保护管道进行电隔绝而成为独立的电保护系统。每个独立的阴极保护系统在建成后必须由有经验的防腐工程师进行认真的检测和调试。在调试过程中，注意察看恒电位仪、阳极等设备是否正常工作；保护电位是否达到设计要求； 检测绝缘接头两侧的电位，验证绝缘接头的效果； 通过绘制保护电位曲线图，对异常部位要认真找出漏电原因，及时采取措施。4 阴极保护系统的检测和维护管理由于城市燃气管道实施阴极保护技术的历史较短、数量较少、缺乏专业人才等原因，曾经对阴极保护系统的日常管理维护工作一直被忽视。自改革开放以来，我国城市面貌日新月异，新建桥梁、改造道路等市政工程难免对阴极保护实施造成毁坏，严重影响保护效果甚至破坏系统。因此，燃气管道阴极保护系统作为燃气设施的一部分必须纳入到日常运行管理，进行定期检测和维修维护。为了提高阴极保护检测的准确性、降低劳动强度、提高管理水平，我国已开发出阴极保护现场自动采集设备、遥控遥测设备和计算机管理系统。该项技术为城市燃气阴极保护的检测、分析和管理提供了良好的基础。 5 城市新建燃气管网在阴极保护技术应用上的建议根据建设部2003年11月颁布的城市燃气设施防腐标准有关城市高中压钢质燃气管道和D200以上的钢质管道必须实施阴极保护措施的规定，可以预见阴极保护技术在城市燃气行业将得到充分应用。我们作为多年从事防腐工作的专业技术人员，对该项工作提供以下建议，供燃气行业