管道工程强制电流阴极保护设计方案

1、管道工程强制电流阴极保护设计方案新疆奥睿博节能科技发展有限公司 TOC o 1-5 h z 1、概述1 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 2、设计方案1 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 3、设计依据标准1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 4、设计指标2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 5、系统设计及安装26、阴极保护系统仪器和材料.7 HYPERLINK l bookmark52 o Cur

2、rent Document 7、施工设计10 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 8、施工技术要求12 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 9、工程验收12 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 10、效果监测12附录一：阴极保护材料表13强制电流阴极保护设计方案本工程总长度为58.7km，管道管径多数为D89mm，防腐层为黄夹克防腐 层。由于管道所经地多为盐碱地，土壤电阻率较大，易选用外加电流阴极保 护方式，对管道进行保护，达到延长使用寿命的目的。2、

3、设计方案管道设计采用独立的外加电流阴极保护系统。设计1座阴极保护站。阴 极保护站设计1处浅埋阳极地床、在靠近排气管处埋设1支长效硫酸铜参比 电极、在阴极保护站设计安装1台直流电源。3、设计依据标准埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T21448-2008阴极保护管道的电绝缘标准SY/T0086-2003钢质管道外腐蚀控制规范GB/T21447-2008埋地钢质管道阴极保护参数测量方法GB/T21246-2007镁合金牺牲阳极GB/T17731-2015锌-铝-镉合金牺牲阳极GB/T4950-2002埋地钢质管道直流排流保护技术标准SY/T0017-2006埋地钢质管道交流排流保护技术标准GB/T

4、50698-20114、设计指标1、阴极保护设计使用寿命15年。有效保护期间管道极化电位应满足以 下第2或3条要求。2、施加阴极保护后，管道阴极极化电位为-0.851.25V （相对于CSE电 极），应考虑排除IR降。3、在阴极保护极化形成或衰减时，测取被保护管道表面与土壤接触、稳 定的参比电极之间的阴极极化电位差不应小于100mV。4、当土壤或水中存在硫酸盐还原菌，且硫酸离子含量超过0.5%时，通电 保护电位应达到-0.95V或更负（相对于CSE电极）。5、系统设计及安装5.1阴极保护设计参数（1）管道总长度：约58.7km（2）绝缘层：黄夹克防腐层（3）管道总表面积：约16404m2（4）

5、阴极保护系统设计寿命：30年（5）土壤平均电阻率：200Qm （02米深土壤层）（6）管道保护电位：W-0.85V（CSE）5.2阴极保护系统的设计计算5.2.1保护电流密度的选取根据管道外防腐层绝缘电阻和阴极保护电流密度的对应关系（见表1）， 选择本项目中的最小阴极保护电流密度为0.5mA/m2。表1 电流密度和防腐层绝缘电阻的对应关系防腐层绝缘电阻（Qm2）1X1043000100030010030保护电流密度（mA/m2）0.030.100.301.003.0010.005.2.2管道保护长度的计算2 Lp 兀 x D x J x R式中:-式中:-单侧保护管道长度，AVAV -极限保护

6、电位与保护电位之差，0.35VD 管道外径，0.089mJs 保护电流密度，0.5X10-3A/m2r 管道线电阻Q/mRs 一兀(1000D -8 )8p其中：p 钢管电阻率Q* mm2/mD 管道外径m8 管道壁厚mm本方案中:p 本方案中:p = 0.135 Q mm2/mD D = 0.089mj s = 0.5X10-3A/m2AVAV = 0.35V(-1.20V-0.85V)8 8 = 4.5mm计算得:r计算得:r =0.91X10-5Q/m2LP:2LP兀 x D x J x R= 46925mL =23.出m p阴极站管道保护长度达到23.5km,可对阴极站至其它方向延长线

7、的部分 管道进行保护，当所保护管线实际所需的阴极保护电流密度V0.5mA/m2时，阴 极站的单边保护长度将大于计算值23.5km，反之则小于计算值23.5km。5.2.3阴极保护总电流的计算阴极保护总保护电流需要量计算如下：I 总二iXS=0.5X16404=8202mA=8.2A (其中 S=16404m2)5.2.4辅助阳极数量的选取本方案辅助阳极选用高硅铸铁阳极，规格75*1500mm,因为工作电流密度 大，每年的消耗率低。辅助阳极的经济数量按如下公式确定：n = 0.121 眼A-1式中：n 辅助阳极的经济数量I 总保护电流(A) (i =8.2A )p 土壤电阻率(mQ) ( p =

8、200Qm)故可得：n =13.9支由于管道沿线的土壤电阻率的波动范围较大，并且部分管道处于盐碱地 段，为了留有一定的设计余量，所以将阴极保护系统的辅助阳极设计数量选 择为20支，采用浅埋式阳极地床，因此每个阴极站的单支阳极平均输出电流 是：I 输二I/n =8.2/20=0.41A5.2.5辅助阳极重量及规格的选取辅助阳极重量：G =上旦k式中：g 辅助阳极总重量，kgg 辅助阳极消耗率，kg/(Aa)i 辅助阳极工作电流，AT 辅助阳极设计寿命，ak 辅助阳极利用系数，取0.700.85其中：g =0.5kg/（A a）T =30ak =0.7I =8.2A计算得 g =144.7kg；选

9、取高硅铸铁阳极作辅助阳极，其规格为75X 1500mm，该阳极在土壤 及淡水环境中的最大额定输出电流为050入/血，即2.5A/支。本项目阴极保护 站设计计算阴极保护系统的单支阳极输出电流分别是0.41A远远小于最大额 定输出电流2.5A，而该阳极在推荐的电流密度下（W50A/W,土壤及淡水环 境），可保证其使用寿命大于30年。硅铸铁阳极化学成分见表1：表1高硅铸铁阳极化学成分（%）类型主要化学成分杂质含量SiMnCCrFePS普通14.2515.250.5-1.5W1.4-余量W0.25W0.1加铭14.2515.25W0.5W1.445余量W0.25W0.1高硅铸铁阳极的允许电流密度为50

10、A/m2，消耗率应小0.5kg/（Aa）,其规 格见表2:表2常用高硅铸铁阳极规格序号阳极规格阳极引出导线规格直径（mm）长度（mm）截面积（mm2）长度（mm）150150010N1500275150010N15003100150010N15005.2.6制电流阴极保护系统的电源功率计算考虑实际中阳极地床接地电阻、防腐层绝缘电阻及回路电阻的变化，可选用的恒电位仪规格为40V, 30A。5.3阴极站的设置根据管道分布的实际环境及现场勘测的结果，本项目设计1座阴极站位 于拟建门站内，在阳极地床附件建设阴极保护控制间（阴极保护控制间面积 N10平方米，阴极保护控制间要求通风良好），便于恒电位仪的维

11、护管理及 长时间安全稳定运行。5.4阳极床分布位置设计在本项目设计中，在阴极站设置一处浅埋阳极地床。阳极地床需位于管 道一侧的空地，阳极地床位置与管道的距离根据场地条件尽可能远。在阴极 通电点上部设置标示桩，这些标识桩的设置是为了保障阴极保护系统安全运 行，为以后对阴极保护系统进行管理提供充足的信息。V_lkv/l*?5mn21阳楸赫睡V_lkv/l*?5mn21阳楸赫睡5.5参比电极的选择及阴极保护电位监控设计参比电极是恒电位仪的监控信号源，可以将阴极保护的电位信息传送给 恒电位仪，恒电位仪再做出相应的输出调节，从而达到监测阴极保护效果的 目的。长效饱和Cu/CuSO4参比电极在土壤中使用时

12、具有稳定，寿命长等优点， 因此，本设计选用长效饱和Cu/CuSO4参比电极作为阴极保护系统通电点的控 制参比电极，同时用于土壤中的管道的电位监测，汇流点的参比电极提供管 道的阴极保护给恒电位仪。5.6阴极保护系统的组成在本方案中，每座阴极站有以下四个主要组成部分：1）提供保护电流的站内设备（1套恒电位仪，一用一备一体化机）；2）阳极地床（1处浅埋阳极，1根测试桩）3）通电点（阴极保护通电点及参比电极的设置，包括1支长效参比电极，1支通电点标示桩）；4）阴极保护电源与管道之间的阴极汇流电缆，以及阴极保护电源与阳极 地床测试桩之间的阳极主电缆（包含阳极电缆标示桩、阴极电缆标志桩及转 角桩）。6、阴

13、极保护系统仪器和材料6.1阳极地床阳极地床是构成阴极保护回路的主要装置，长期埋在地下与土壤电解质 接触，处于电解状态。本设计选用高硅铸铁阳极，共20支高硅铸铁阳极。6.2阴极保护电缆本工程中根据不同的连接位置和用途选择不同横截面积的电缆进行连 接。阴极保护系统的阳极主电缆、阴极主电缆和参比电缆均选用铠装电缆， 电缆选用情况及数量根据现场情况待定。6.3阴极保护恒电位仪6.3.1环境条件工作温度：一15C+45C；储存环境温度：一40C+ 55C；相对湿度：20%90%RH；大气压力：86KPa106Kpa；使用电源：交流单相AC220V10% 50Hz10%；绝缘电阻：仪器的电源进线相对机壳的

14、绝缘电阻不小于10MQ。抗电强度：仪器的电源进线对机壳能承受1500V （有效值），50Hz的试验 电压，历时1min不出现闪络和击穿。仪器额定输出电压和输出电流系列额定输出电压：40V；额定输出电流：30A；输出电压、输出电流范围：输出电压的可调范围不窄于1%额定输出电压， 输出电流的可调范围不窄于1%额定输出电流。额定输出值可根据用户要求而 定。软启动：仪器具有软启动功能；开机时，输出电流缓漫增加，直至达到 预控值，无冲击电流现象。6.3.2运行模式手动调节运行模式、恒电位运行模式、恒电流运行模式。手动调节运行模式：手动连续可调。恒电位运行模式：恒电位控制范围可在0.000mV-3000m

15、V范围内连续可 调。恒电位精度：不大于5mV。保护电位漂移：仪器在额定状态下连续工作24h，保护电位值变化不大于 5mV。当参比电极失效或仪器内部自控线路损坏等原因使仪器不能恒电位时， 仪器自动切换至恒电流工作状态。可手动调节输出的恒电流值。恒电流设定范围：恒电流方式工作时，控制电流可在1%100%额定输出 的范围内连续可调。恒流精度优于2%。参比输入阻抗：输入阻抗大于1MQ电位误差报警功能：当保护电位偏离控制电位30 mV100 mV时，仪器 能声光报警。负载特性：当负载变化时（最小值不小于1/3RQ，保护电位值的变化小 于5mV，RdN额定负载电阻。过流保护当输出电流为102%110%额定

16、输出电流值时，仪器自动进入限流工作 状态，并发出声光报警。当过流时间超过20秒后，仪器自动切换至恒电流工作状态。仪器在电源输入端和输出端装有熔断器，当出现输出过载或短路时，切断 电源。断电测试功能具有手动控制和远程控制两种控制阴极保护工作状态的功能，即连续供 电工作状态和测试期间间歇供电（通12S，断3S）工作状态。手动断电测试，通过开关选择，仪器进入间歇供电测试状态，通12秒、断3 秒。在测试期内，输出电流中断3,不报警，从断转通状态时不得出现电流冲击 现象。测试功能仪表采用精度为0.5%的数字表，可分别测量输出电压、输出电流、管 地（保护）电位。可监测交流输入电压。6.3.3防雷保护仪器的

17、输入、输出端装有防雷击保护电路，并符合IEC1024的规定。7.3.4参比信号抗干扰能力抗交流干扰特性：在“参比电极”端子与“零位接阴”端子之间加入50Hz、 30V干扰电压，保护电位值的变化不大于5mV。抗瞬间干扰：参比输入端瞬间承受1000V过电后，仪器仍能正常工作。7.3.5电源输入特性电网电压在AC220V10%50Hz土 10%范围内变化，保护电位值的变化小于5mV。7、施工设计7.1、主系统部分外加电流阴极保护主系统由电源设备、辅助阳极地床、参比电极及连接 电缆组成。阴极保护站内安装1套独立的电源配电箱为直流电源及日常维修提供电 源。直流电源输入为三相50Hz 380V/20KVA

18、交流电。7.1.1辅助阳极采用深井式地床，地床位于距管道垂直距离N70米处。阳极井深N40米，井内安装埋设12支组装式金属氧化物阳极及导气管。7.1.2深井地床地表砌筑井座井盖用以保护导气管。7.1.3.深井地床附近安装1个阳极接线箱，12根阳极电缆在接线箱内并 联后由阳极汇流电缆引到直流电源。7.1.4在站内距排气管0.2m处埋设1支长效硫酸铜参比电极，埋设深度 为地面以下1.5m。7.1.5电缆应按国家标准图集D164的要求铺沙盖电缆盖板敷设，埋设深 度不小于0.8m。7.1.6电缆选型为阳极电缆YJV220.5KV/1 X 16mm2 TOC o 1-5 h z 阳极汇流电缆VV220.

19、5KV/1X25mm2阴极电缆VV220.5KV/1X16mm2参比电极电缆VV-0.5KV/2 X10mm2电源线RVV-0.5KV/3 X6+1X 4mm27.2、辅助部分阴极保护辅助部分主要包括：测试桩的安装，部分绝缘装置的跨接等。7.2.1.测试桩的安装为便于及时掌握阴极保护设施的运行情况，大约间隔1Km安装1个测试 桩。测试桩规格为108X4X2900mm。每支测试桩附近管道上方埋设1支长效硫酸铜参比电极，埋设深度为地 面以下1.5m，参比电极电缆引入测试桩。测试桩内的测量零电缆可焊接在排气管或排水井管上，焊点必须按规定 的方法密封。7.2.2跨接为了确保阴极保护管道的电性连接，管道中间的绝缘接头和螺栓连接的 法兰应采用跨接电缆连接。跨接电缆型号为VV22-0.5KV/1X25mm2，管道与电 缆的连接采用铝热焊方法焊接，焊点必须按规定的方法密封。绝缘接头2侧焊接的跨接电缆引入接线桩，在桩内连接；螺栓连接的法兰2侧直接用电缆跨接。8、施工技术要求8.1直流电源的安装应严格按说明书进行。电缆与设备的连接应先连接铜 鼻子，然后再与设备相应的接线柱连接