重庆科技学院输气管线的防腐工程设计

1、重庆科技学院毕业设计（论文）题 目 输气管线的防腐工程设计 院 （系） 石油与天然气工程学院 专业班级 油气储运工程2009级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 2013年 5月 30 日 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

2、3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声

3、明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘 要天然气管道会发生腐蚀，如若泄露会造成对人民生命财产的威胁。对天然气管道添加防腐系统非常重要。天然气管线的防腐工程主要包括：管道内防腐层的敷设、管道外防腐层的敷设、阴极保护站的设置、辅助阳极地床的设置、及其他附

4、属设备的设置等。具体的防腐方法有输气管道内外保护涂层和外加电流法阴极保护系统。由于本设计的气源来自福建LNG站，清洁程度高，含、水汽等杂质量小，故无须使用天然气缓蚀剂，内防腐更应考虑在防腐的基础上，增加润滑度，提高输送效率。外保护层采用耐用可靠，环保高效的3PE覆盖层，内涂层采用润滑型环氧熔结粉末涂层，保护内壁不受腐蚀的同时减小磨阻，提高输量；阴极保护采用外加电流法。阳极辅助地床采用石墨阳极深井埋设；主干线与支线由不同的功率阴极保护站保护，连接处由埋地绝缘接头连接。关键词：天然气管道 防腐工程 阴极保护 覆盖层ABSTRACTNatural gas pipeline corrosion can

5、 occur, should the disclosure of which would result in a threat to people's lives and property. Add a preservative for natural gas pipeline system is very important. Gas pipeline corrosion engineering include: laying pipe coating, pipe laying outer coating, cathodic protection station settings,

6、auxiliary anode bed settings, and other ancillary equipment settings. Specific methods of pipeline corrosion protection coatings and impressed current inside and outside the law cathodic protection system. Since the design of the gas supply from the Fujian LNG station, clean high degree containing,

7、water vapor and other impurities is small, there is no need to use natural gas corrosion inhibitors, anti-corrosion corrosion should be considered on the basis of increased lubrication, improve transport efficiency . Outer protective layer is made of durable, reliable, environmentally friendly and e

8、fficient 3PE coating, epoxy inner coating lubricated sintered powder coating, protective wall against corrosion while reducing wear resistance, increased transmission capacity; impressed current cathodic protection method used . Auxiliary anode ground bed with graphite anode buried deep; trunk and b

9、ranch lines by different power cathodic protection station protected by a buried insulating junction connector.目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1本课题的目的11.2防腐工程国内外现状1防腐涂料1阴极保护11.3设计参数11.4遵循的规范22 管道腐蚀防护设计与原理32.1管道腐蚀防护设计32.2管道的腐蚀原理42.3管道的保护原理43 管道的防腐保护层63.1.土壤的腐蚀性73.2聚乙烯防腐层10聚乙烯防腐层的结构10聚乙烯防腐层的材料10外防腐层的施工过程113.

10、3内防腐层14内涂层材料选择14内涂层的施工过程14减阻与输送效率154 管道的阴极保护164.1阴极保护方法的选择164.2阴极保护系统的建设18阴极保护站18阴极保护工艺计算21阴极保护站的施工265 总 结29参考文献30致 谢31附 录321 绪 论1.1本课题的目的1.2防腐工程国内外现状防腐涂料目前，全球范围内常用的管道外防腐涂层包括：石油沥青（AE）、煤焦油磁漆（CTE）、熔结环氧粉末（FBE）、三层聚乙烯涂层（3LPE）、三层聚丙烯涂层（3LPP）等。其中：FBE（包括单层FBE 和双层FBE）和3LPE是涂层市场的主流产品3LPE 防腐涂层在国际管道涂层市场竞争中占据绝对优势

11、，但其作为管道外防腐涂层有最小厚度要求，因而应用成本较高，同时，其补口失效问题也影响了管道的安全运行。目前, 我国防腐层基本实现了标准化, 某些技术参数已经达到了国外的先进水平, 已建的国内外长输管道的防腐层材料主要为熔结环氧粉末、三层聚乙烯和少量的煤焦油瓷漆，城镇供气管道的防腐层材料则一般多采用环氧煤沥青和胶带。阴极保护实现阴极保护的方法主要有牺牲阳极法和强制电流法。而在杂散电流排除过程中，在官道上保留有一定的负电位，使管道得到了阴极保护，所以排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法。牺牲阳极法中，阳极腐蚀，在土壤环境中埋藏阳极地床，通常有镁和镁合金、锌和锌合金；在海洋环境中还有铝合金。强制

12、电流法是根据阴极保护的原理，用外部的直流电源做阴极保护的极化电源，正极接至辅助阳极，在电流的作用下，使管道发生阴极极化，实现阴极保护。直流电源是强制电流的动力源，它的基本要求是稳定可靠，能长期连续运行，适应各种环境条件。常用的直流电源有：整流器、恒电位仪、恒电流仪、热电发生器、太阳能电池、风力发电机等等。按阳极的溶解性能，辅助阳极可分为：可溶性阳极（例如钢、铝）、微溶性阳极（例如高硅铸铁、石墨）、不溶性阳极（例如铂、金属氧化物）三大类。1.3设计参数福建LNG站线项目输气干线工程由主干线和2条支线组成。主干线起自莆田市秀屿首站，位于主干线中间，一路经惠安分输站、泉州分输站、晋江分输站、翔安分输

13、站、厦门分输站到漳州末站（从秀屿首站到惠安分输站穿越湄洲湾），另一路经莆田分输站、宏路分输站到福州末站。主干线全长301.1km。2条支线为晋江电厂支线（晋江分输站晋江电厂末站）、厦门电厂支线（翔安分输站厦门电厂末站），支线总长54.03km。工程管道总长355.13km。输气干线和支线设计压力均为7.5MPa，干线管径为：秀屿首站福州末站段、福州末站福州门站段管径为406.4mm；秀屿首站惠安分输站段管径为813mm；惠安分输站翔安分输站段管径为711mm；翔安分输站漳州末站段管径为406.4mm。晋江分输站晋江电厂末站和翔安分输站厦门电厂末站的管径均为711mm。本工程管线所经地区水系发达

14、，河流众多，全线穿越湄洲湾一次，穿越大中型河流8次，穿越的大中型河流主要有：木兰溪、萩芦溪、乌龙江、洛阳江、晋江、东西溪、杏林湾水渠、九龙江。管道设计压力：管道线路设计压力全线均采用7.5MPa。1.4遵循的规范SY-T 0061-2004 埋地钢质管道外壁有机防腐层技术规范GB/T 21447-2008 钢制管道外腐蚀控制规程SY-T 0078-1993 钢质管道内腐蚀控制标准GB/T 21447-2008 埋地钢质管道腐蚀控制技术规范GB/T 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T 23257-2009 埋地钢质管道聚乙烯防腐层SY/T 0407-1997 涂装前钢材表

15、面预处理规范GB/T 8923-1988 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级SY/T 4054-2003 辐射交联聚乙烯热缩带（套）GB/T 24246-2007 埋地钢质管道阴极保护参数测试方法12 GB/T 20801.1-2006压力管道规范 工业管道13 GB50369-2006油气长输管道工程施工及验收规范2 管道腐蚀防护设计与原理2.1管道腐蚀防护设计根据GB/T 21447-2008中4.1之规定，新建管道除非调查表明不需要腐蚀控制，否则，应采用外防腐层、阴极保护或其他以证明有效的腐蚀控制防腐，并在管道运行期间始终维持。所以本设计将对这段管线进行防腐层和阴极保护，并将设计内涂层进行

16、内防腐、减阻，提高输送效率。根据GB/T 21447-2008中4.2之规定，腐蚀控制防腐的选择应考虑管道所处的环境因素、安全因素和经济因素。外防腐层选择结实可靠，修能优秀且环保的三层聚乙烯复合结构（3PE），阴极保护法采取外加电流法；为减小磨阻，增加输量，内涂层采用环氧熔结粉末。根据GB/T 21448-2008中之规定，管道阴极保护和分别采用牺牲阳极法、强制电流保护法或两种方法的结合，设计时应视工程规模、土壤环境、管道防腐层质量等因素，经济合理地选用。所以本设计中选用强制电流保护法，采用市供电整流器提供电源，配合三层聚乙烯复合机构，能够达到理想的防腐效果。各管段的口径大小不同，会影响一部分

17、工艺中的参数确定，各输气站间的距离和各管段的口径尺寸如表2.1：序号输气站管段经过路程口径1（主干线）秀屿首站-惠安分输站34.58132惠安分输站-泉州分输站267113泉州分输站-晋江分输站31.57114晋江分输站-翔安分输站38.77115翔安分输站-厦门分输站16.4406.46厦门分输站-漳州末站42.6406.47（主干线）秀屿首站-莆田分输站12.6406.48莆田分输站-宏路分输站63.4406.49宏路分输站-福州末站35.4406.410（支线）晋江分输站-晋江电厂站25.0371111（支线）翔安分输站-厦门电厂站29711合计355.13表2.1各输气站间距和管段管径

18、2.2管道的腐蚀原理管道的腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀性介质接触管壁发生化学反应使管道金属被侵蚀溶解出现漏洞的情况是化学腐蚀；介质与管道间形成原电池结构，从而在阴极、阳极上发生析氢、吸氧腐蚀的是电化学腐蚀。 最主要的腐蚀是电化学腐蚀，形成宏电池或微电池结构，使管道整体或者局部被腐蚀。腐蚀原电池的作用过程包括着三个环节，缺少其中一个，则不能实现腐蚀。a.阳极过程：金属溶解过程，以离子形式转入溶液，并把电子留在金属上，又称为氧化过程。b.电子转移：在电路中电子由阳极流至阴极。c.阴极过程：接受电子的还原过程。从阳极流出来的电子被溶液中能够吸收电子的氧化性物质D(氧化剂)吸收，又称为还原反应。

19、 2.3管道的保护原理保护管道面遭受腐蚀破坏，主要有以下途径：a正确选用材料和加工工艺；b涂层保护；c电化学防护；d改变环境使其腐蚀性减弱。从图2.1表示阴极保护的工作原理中看出，消除管道在电解质中腐蚀原电池的阳极区，利用外加电流对管道进行阴极极化，使管道称为腐蚀原电池的阴极区，从而受到保护。图2.1阴极保护的极化图解金属表面覆盖层能起到装饰/耐磨损及防腐蚀等作用。对埋地管道来说,防蚀是主要目的。覆盖层使腐蚀电池的回路电阻增大,或保持金属表面钝化的状态,或使金属与外部介质隔离出来,从而减缓金属的腐蚀速度。内覆盖层具有良好的经济性，它能够耐磨损、耐机械破坏并降低清洗、过滤、清管的成本及其它清管设

20、备的费用，确保产品纯度，防止污染，极大地降低了维护费用，使内壁不会造成沉积物的聚积，能增加输量。对于长距离输气管道，一般采用高质量的防腐绝缘层与阴极保护联合保护的方法。常用的由石油沥青、煤焦油陶瓷、熔结环氧粉末、聚烯烃胶粘带、基础聚乙烯（PE）、硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层和多涂层防腐系统。管道内壁防腐通常使用缓蚀剂结合涂层工艺，介于本设计中天然气来源清洁度较高，所以缓蚀剂可以节省，内涂层也在保证较好防腐的基础上增加润滑作用，减小磨阻，提高运输效率。3 管道的防腐保护层管道的保护层又叫覆盖层，用物理的、化学的、或者其它方法，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度、不同于基体材料且具有一定

21、的强化、防护或特殊功能的覆盖层。分为内保护层和外保护层，在管道的腐蚀防护中起到至关重要的作用。覆盖层的种类众多，具体分类如表3.2：覆盖层非金属涂层有机涂层防锈油塑料橡胶涂料转化膜铬酸盐处理磷化氧化无机涂层搪瓷玻璃陶瓷混凝土金属镀层电镀热浸镀喷镀扩散镀化学镀离子注入金属衬里压制成复合材料表3.2 覆盖层的分类3.1.土壤的腐蚀性选择覆盖层的时候，考虑工程设计规范要求已经安全性和经济性等因素，新建管道时，除非调查表明不需要腐蚀控制，否则，应采用防腐层、阴极保护或其他已经证明有效的腐蚀控制措施，并在管道运行期间始终维持。选择覆盖层的时候，应考虑管道所处的环境因素、安全因素和经济因素：a 管道所处环

22、境的腐蚀性。b 管道输送介质的特性、工作温度、温差引起的金属膨胀和收缩，回填土产生的土壤应力及管道的工作压力。c 管道位置与其他设备装置的位置关系。d 系统以外的杂散电流。e 管道所属区域类别与人口密度和人员往来的频繁性。f 经济性。腐蚀控制工程的综合经济评价应合乎有关规定。土壤的腐蚀性等级如下表所示： 表3.3土壤腐蚀等级等级极轻较轻轻中强电流密度/<0.10.133669>9平均腐蚀速率/<1133557>7表3.4土壤电阻率等级强中弱土壤电阻率/<202050>50表3.5土壤腐蚀性与氧化还原电位腐蚀级别强中强中小氧化还原电位/<10010020

23、0200400>400选择覆盖层时，通常考虑下列因素：a 环境类型；b 输送介质的运行温度；c 地理位置和自然场所；d 防腐层在施工、运输、装卸、储存、安装以及试压时的环境温度；e 原有防腐层的类型以及阴极保护的运行情况；f 经济性。而埋地或水下管道防腐层应具备下列性能：a 有效的电绝缘性：新建埋地管道防腐层的绝缘电阻率一般不应小于10000b 有良好的防潮、防水性。c 有较强的机械强度：有一定的抗冲击强度和硬度；有良好的耐弯曲性；有较好的耐磨性。d 防腐层对钢铁表明有良好的粘贴性。e 防腐层的材料和施工工艺对母材的性能不应产生不良影响。f 有良好的抗阴极剥离性能。g 有较好的耐化学性和

24、抗老化性。h 防腐层损伤后易于修补。i 防腐层对环境的影响小。由于管线通过地区水系发达，土壤潮湿，含水量丰富，所以钢管需要进行严格的表面处理，这是提高附着能力的必要条件，一般要求钢铁表面清理水平达到近白级、无污染，才能保证覆盖层保护的长期有效性。目前可供选择的各类防腐层很多，每种防腐层都有一定的适用范围，基本原则是确保管道防腐绝缘性能，在此基础上再考虑施工方便、经济合理等因素。综合国内外防腐专家、使用单位及施工单位的论述，可以得到以下看法：a. 各类防腐层只要在它限定的条件下施工和使用，按规范进行涂覆作业，确保工程质量，就一定能达到防腐效果。b. 优质施工的防腐层与阴极保护联合防护可达到满意的

25、效果，保护电流密度值可以衡量防腐层的质量。c. 阴极剥离实验是建议防腐层质量和粘结性能的一种很好的室内检测防腐。d. 对新建管道要做好前期腐蚀环境的调查，包括自然环境、施工环境及管道运行添加（温度、压力、流速等），因地制宜、经济合理地选用管道防腐层及涂覆工艺。对于旧管道要充分吸取国内外几十年来的经验教训，做好风险评估及腐蚀预测，既发挥原有防腐层本身的优点，同时及时对已失效的防腐管道采取措施补救缺陷，是设备延长寿命。e. 考核和评价防腐层系统是否可靠应按孤帆中提出的方法进行。本设计所处管道在多河流穿越低端，选用机械强度较高的三层聚乙烯防腐层。80年代由欧洲率先研制和推出的三层PE复合结构发在了F

26、BE和PE的优点，使防腐层的性能更加完善和耐用。优点主要有：综合性能优异，将环氧粉末和聚乙烯的优点集于一体，具有良好的粘接性能，高度电绝缘性，优良的防水、抗透湿性能、耐化学侵蚀性能以及良好的机械强度、抗冲击性能，可用于各类环境，特别适用于对涂层机械性能、耐土壤应力及阻力屏障性能要求较高的苛刻的环境如碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高，生物活动频繁，植物根系发达地区。尤其是对于复杂地域、多石区及苛刻的环境，选用三层PE复合结构更有意义。这种防腐层虽然一次性投资大，成本高，但其绝缘电阻值极高，约为，管道的阴极保护电流密度只要几，一台阴极保护整流器可以保护上百公里的管道，能大幅度降低安装和维修费用

27、。因此，从防腐蚀工程总体来说是经济的。3.2聚乙烯防腐层聚乙烯防腐层的结构聚乙烯防腐管道的防腐层分二层和三层结构两种。本设计选取三层结构，三层结构的底层为环氧类涂料，中间为胶粘剂，外防护层为聚乙烯。三层结构中的底层比较多的是熔结环氧粉末，施工效率高，环境污染少。图3.1三层聚乙烯防腐层示意图聚乙烯防腐层的材料项目性能指标剥离强度，时，不小于60时，不小于40阴极剥离(,48h)，不小于10冲击强度很强抗弯度聚乙烯无开裂表3.6，聚乙烯防腐层的性能指标第一层，（底层）：熔结环氧粉末（FBE）厚度80微米，以粉末形态进行喷涂并熔融成膜。无污染，固化快，具有极好的粘结性能。第二层（中间层）：聚烯烃共

28、聚物。作为胶粘剂的作用使连接底层与外防护层，厚度为200微米。第三层（防护层）：聚烯烃。厚度为3.7毫米。外防腐层的施工过程三层PE防腐层的涂敷步骤三层聚乙烯防腐层涂敷设备和挤出聚乙烯的设备进行组合和作业线的整体设计，防腐层涂敷应按规范的程序进行，流程图如3.2：钢管表面预处理试生产加热钢管包覆聚乙烯层涂覆粘结剂循环水冷却管端处理及保护静电熔结环氧层图3.2三层聚乙烯涂覆工艺流程图表面处理管道涂装前需要进行表面处理，表面处理的好坏直接关系到防腐层与钢管或钢质储罐的粘结性。防腐层在施工中引起的起泡、翘起、返锈等现象，主要原因就是表面处理未达标准。表面处理要达到规定的除锈标注，同时金属表面要求有一

29、定的粗糙度（锚纹深度），这是两个关键因素。钢材表面处理后应立即采取保护措施，其效果好坏与施工环境有着直接关系。a. 除锈管道锈蚀等级鉴别：表3.4管道锈蚀等级锈蚀等级锈蚀状况A级覆盖着完整的氧化皮或只有极少量锈的钢材表面B级部分氧化皮已松动、翘起或脱离，已有一定锈的钢材表面C级氧化皮大部分翘起或脱落，大量生锈，但用目测看不到锈蚀的钢材表面D级氧化皮几乎全部翘起或脱落，大量生锈，目测时能见到孔蚀的钢材表面为了保证相应的除锈等级和连续生产的能力，采用HSGW720型下置式双抛头抛丸清理装置，2台45电机，最大抛丸量650/台。操作时，除锈前要用火焰加热炉对钢管进行预热，该炉有3台柴油喷油嘴，一般情

30、况下只开一台即可满足要求，冬天温度过低或气候过于潮湿的天气视情况打开23台。使管温度达到4060度。除锈时，使用抛丸器钢丸斜向上抛射。锚纹深度60100微米，除锈等级达到近白级。除锈后，钢管表面微尘处理，采用钢丝刷及真空抽吸，清除抛丸除锈后钢管表面的一些微小粉尘，以便于提高涂层的附着力。b. 钢材表面清理表面清理指触电钢表面的灰尘、油脂、陈旧的衬里、涂料及其可溶污物等。清洗前应用刚性纤维或钢丝刷除掉钢表面上的松散物。清晰化，在涂装前仍使用适当的方法，除掉钢表面上的灰土和其他污物。c. 钢材表面除锈质量等级金属表面处理常用于手工活动力工具除锈、喷射或抛射除锈、火焰除锈及化学除锈等。钢表面除锈等级

31、为近白级喷射除锈，用喷（抛）射磨料的方法出去几乎所有的氧化皮锈、旧涂层及其他污物。经清理后，钢表面上几乎没有肉眼可见的油、油脂、灰土、氧化皮、锈和旧涂层。允许在表面上留言均匀分布的氧化皮、斑点和锈迹，其总面积不得超过中除锈面积的。包覆三层结构防腐层的厚度要求如表3.5：表3.5聚乙烯防腐层的厚度钢管直径DN环氧涂料涂层胶粘涂层，防腐层最小厚度，三层普通型加强型60801702501.82.52.02.72.22.92.53.23.03.7注：在焊缝部位的防腐层厚度不宜小于表中规定值的70%。a. 中频加热采用无污染的中频感应电加热方式，均匀地将管体加热至200-230，满足涂敷层温度的需要。该

32、作业线备有一套中频电源和配套的加热线圈，可以确保生产的需要，其功率750，频率400-1000，该装置配有温度自动监测系统。b. 环氧粉末。环氧粉末应采用静电技术喷涂，环氧粉末应均匀涂敷在钢管表面，喷枪出粉应稳定、均匀，雾化良好。c. 胶粘剂及聚乙烯防腐层。胶粘剂涂敷应在环氧粉末胶化过程中进行；聚乙烯层应在涂敷工艺评定中确定的时间限度内涂敷在胶粘剂层上，也应满足生产厂家。d. 推荐的时间和温度。应对胶粘剂和聚乙烯的挤压温度进行连续监控，且每班（最长 12小时）应至少记录四次。监控仪器与温度控制仪器应相互独立。每班生产前应用接触式测温笔对红外线测温仪进行校准。供货商应确保搭接部分的聚乙烯及焊缝两

33、侧的聚乙烯完全辊压密实，避免防腐层产生气泡。e. 水冷。涂敷管在涂敷完成后，应淋水冷却一段时间，以使得涂敷管的温度便于搬运和检验，冷却后温度不大于60。f. 管端预留长度防腐层涂敷完成后，应采用机械打磨方式除去管端部位的聚乙烯层。公称直径大于等于 500的钢管管端预留长度： 140 150。聚乙烯层端面应形成小于或等于 30°的倒角。聚乙烯层端部外宜保留不超过 20的环氧粉末涂层，管端预留区应考虑防止翘边的措施。3.3内防腐层内涂层材料选择钢管内防腐层材料品种繁多，类似产品的质量差别较大，用户在选用时往往根据实验室的各种检验参数对比和现场挂片性能对比来确定。具体要求如下：a. 外观在

34、采用内窥镜或闭路电视观察时，无流淌、皱纹、橘皮、起泡、语言等缺陷；b. 厚度，干态 250，湿态时为400；c. 涂层漏电检测，采用电火花击穿检测或电阻检测。本工程中采用熔结环氧粉末涂层，涂料使用环氧型基料，底漆掺加铁红钝化填料，中间层和面层涂料中掺加玻璃微珠，以提高抗渗漏能力，并添加润滑助剂，减小输送磨阻。内涂层的施工过程内涂层的涂敷工艺如下：a. 工艺流程为：表面干燥、喷砂（丸）、中频感应加热、静电喷粉、恒温（固化）、冷却、检验。b. 表面处理：必须采用喷砂（丸）处理达到近白级，粗糙度不小于50。c. 喷涂工序：采用摩擦静电喷涂技术，静电电压23万伏。d. 固化工序：加热设备采用中频感应加

35、热，不仅缩短工艺线的长度，而且提高了热能效率，防止界面氧化。内涂层的涂敷工艺生产线流程如图3.2：1245673891010图3.2内涂层涂覆工序1 小车轨道 2 喷涂小车 3 喷枪 4钢管传送轨道 5 中频 6 冷却水槽 7 钢管传送轨道 8 上管平台 9 下管平台 10 钢管 减阻与输送效率磨阻系数的计算： （3.1）式中 绝对粗糙度，有内涂层取10，裸管取20。则有内涂层的磨阻系数为：裸管的磨阻系数为：效率比较：有裸管和内涂层管的输送量、输送距离对比根据下式计算： （3.2） （3.3）711管段：；406.4管段：；813管段：；结论：有内涂层的管道比裸管的输送效率高，可以提高输送效率

36、，提高压缩机效率，增加经济效益。4 管道的阴极保护4.1阴极保护方法的选择各种保护法的优缺点如下表所示：表4.1各阴极保护法比较方法优点缺点强制电流1、 输出电流连续可调2、 保护范围大3、 不受环境电阻率限制4、 工程越大越经济5、 保护装置寿命长1、 需要外部电源2、 对邻近金属构筑物干扰大3、 维护管理工作量大牺牲阳极1、 不需要外部电源2、 对邻近构筑物无干扰或很小3、 投产调试后可不需管理4、 工程越小越经济5、 保护电流分布均匀、利用率高1、 高电阻率环境不宜使用2、 保护电流几乎不可调3、 覆盖层质量必须好4、 投产调试工作复杂5、 消耗有色金属排流保护极性排流1、 利用杂散电流

37、保护管道>管道2、 经济实用3、 方法简单，只需简单管理4、 有杂散电流时，可自动防止杂散电流的腐蚀1、 对其他构筑物有干扰影响2、 干扰停运时，保护体得不到保护3、 易造成过负电位强制排流1、 保护范围广2、 电压、电流连续可调3、 以干扰源的负馈线代替辅助阳极，结构简化4、 干扰源停运时，保护体仍被保护5、 不存在阳极干扰1、 对其他构筑物有感到影响2、 需要外部电源3、 排流点易过保护阴极保护的方法主要有：a. 外加电流阴极保护：外加电流阴极保护是指利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属遭受腐蚀的方法。此时，被保护的金属接在直流电源的负极上，而在电源的正极则接辅助阳极。b. 牺

38、牲阳极法：采用比保护金属电位更负的金属材料和被保护金属连接，以防止金属腐蚀，这种方法叫做牺牲阳极保护法。与被保护金属连接的金属材料，由于具有更负的电极电位，在输出电流过程中，不断溶解而遭受腐蚀，故称为牺牲阳极。用作牺牲阳极的材料大多是镁、铝、锌及其合金，其成分配比直接影响牺牲阳极电流的输出，关系到阴极保护效果的好坏。因此严格按照金属配比熔炼牺牲阳极，是保证其质量的首要问题。c. 排流保护法：用排流导线将管道的排流点与电气设备的阴极相连，使管道上的杂散电流不经土壤而经过导线单向地流回电源的负极，从而保护管道不受腐蚀。比较与选择阴极保护方法的时候，应根据实际工程中应根据工程规模大小、防腐层质量、土

39、壤环境条件、电源的利用及经济性进行比较，进行选择。所以本设计采取强制电流保护法作为设计管线的保护方法。在通电情况下，构筑物相对饱和铜-硫酸铜参比电极间的负（阴极）电位至少为0.85。4.2阴极保护系统的建设 阴极保护站阴极保护站的设置：主干线中的秀屿首站经莆田分输站、宏路分输站到达福州末站管道的管道长105.7，将阴极保护站设置在管道沿线中间的宏路镇。主干线中，由秀屿首站出发，向西南到达漳州的管线总长195.4，并且在沿途中分出2条支线共54.03（晋江分输站-晋江电厂站长29.73，翔安分输站-厦门电厂站长24.3）。阴极保护站分别设置于厦门、晋江、惠安，保护全线。一座阴极保护站由电源设备和

40、站外设施两部分组成。电源设备是外加电流阴极保护站的核心，它由提供保护电流的直流电源设备及其附属设施（如交、直流配电系统等）构成。站外设施包括通电点装置、阳极地床、埋地电缆、检测装置、均压线、绝缘法兰和其他保证管道对地绝缘的设施。 图4.1 北走向干线图 图4.2 西南走向干线、支线图直流电源一般来说对直流电源的要求是：a. 安全可靠，长期稳定运行。b.电压连续可调，输出阻抗与弯管阳极地床回路相匹配，电源容量合适并有适当富裕。c.在环境温度变化较大时能正常工作。d.操作维护简单，价格合理。可供选择的阴极保护段远型式有：市售交流电源，经整流器共处；小型引擎发电机组；（气）涡轮直流发电机组；锋利直流

41、发电机组；铅酸蓄电机池；太阳能电池；电发生器；燃料电池。本工程中，管线沿线经过许多大中型城市，故选用市售交流电源，经整流器供出的方式。阳极地床阳极地床又称阳极接地装置。阳极地床的用途是通过它把保护电流引入土壤再经土壤流进管道，使管道表面阴极极化。阳极地床在保护管道免遭土壤腐蚀的过程中，自身遭受腐蚀破坏。它代替管道承受了腐蚀。阳极地床发生腐蚀的原因是电流在导体与电解质溶液界面间的流动，产生了电极反应。阳极放生氧化反应，阴极发生还原反应。在氧化反应中金属的化合价增大，金属解离产生腐蚀，如铁氧化生成或，它的化合价就从零价变为正二价或正三价。还原反应则与之相反。阳极发生腐蚀的程度与总电流量成正比，服从

42、法拉第点解定律，也受电解质溶液的电离度、温度等因素的控制。辅助阳极铺设时需要考虑两个关键因素，第一个是阳极材料的消耗，第二个是阳极气体产物的释放。前者是材料本身的性能，后者取决于地床的结构。1） 阳极地床的选择阳极地床的极板要求如下：a. 接地电阻应在经济合理的前提下，与所选用的电源设备相匹配。b. 阳极地床应具有足够的使用年限，深埋式阳极地床的设计使用年限不宜小于20年。c. 阳极地床的位置和结构应使被保护管道的电位分布均匀合理，且对邻近地下金属构筑物干扰最小。d. 由阳极地床散流引起的对地电位梯度不应大于，设有护栏装置时不受此限制。阳极材料的性能对比，如表4.1：表4.1阳极材料性能阳极材

43、料消耗率推荐电流淡水土壤有填料土壤无填料碳素钢6.89.1-0.5-铸铁4.56.8-0.5-高硅铸铁0.251.012.06.00.6石墨0.050.20.251.0-根据工艺需要，和出于经济性的考虑，选用石墨阳极，石墨阳极的性能和规格如表4.2和表4.3：表4.2石墨阳极性能密度电阻率气孔率，%消耗率允许电流密度1.72.29.511.02530<0.6510表4.3石墨阳极规格序号阳极规格阴极引出导线规格参考质量，直径，直径，长度，截面，长度，17510001617521001450162100315014501631502） 阳极地床安放根据上面的基本要求，在阴极保护站站址选定的

44、同时，应在预选站址处管道一侧选择阳极地床的安装位置。通常需满足一下条件：a. 地下水较高或潮湿低洼地。b. 土层厚，无厚石，便于施工。c. 土壤电阻率一般在500以下。d. 对邻近地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不得有其他金属管道。e. 人和牲畜不易碰到。f. 考虑阳极地床附近地域近期发展规划及管道发展规划，避免今后搬迁。g. 阳极地床位置与管道通电距离适当。3） 管道阴极保护附属装置a. 绝缘法兰绝缘法兰式构成金属管道电绝缘连接的法兰接头的统称。它包括彼此对应的一对金属法兰，位于这对金属法兰间的绝缘密封零件、法兰紧固件以及紧固件与法兰间电绝缘件。安装绝缘法兰的目的是将被保护管道

45、和飞保护管道从导电性上分开。因为当宝华电流流到不应保护的管道上去以后，将增大阴极保护电源功率输出，缩短保护长度或引起干扰腐蚀。在杂散电流干扰严重的管段，绝缘法兰还被用来作为分割干扰区和非干扰区、降低杂散电流影响的一种抗干扰手段。同时，在某些特殊环境下，绝缘法兰还是一种有效的防腐蚀措施。组装完毕的绝缘法兰两端应具有良好的电绝缘性，可在管道输送介质所要求的温度、压力下长期可靠地工作，并有足够的强度和密封性。绝缘法兰使用的绝缘垫片在管输介质中应有足够的化学稳定性，其他绝缘零件也要求在大气中不易老化；同时应有一定的机械强度，以保证这些零件在安装使用过程中不易破损，更换周期一般均不应低于4年。绝缘法兰的

46、结构应保证安装和可拆零件的拆卸，更换方便，材料容易获得和成本低廉。以防爆要求的区域使用的绝缘法兰（接头）及在强电干扰下或雷暴区使用的绝缘法兰，均要求采用一定的防护措施。常用的有二极管保护装置、锌（镁）接地电池等。b. 阴极保护测试装置测试桩：为检查测定管道阴极保护参数而沿管道设置的永久性检查装置。它是在管道上每隔一定距离焊接测试导线并引出地面，同时至于保护钢管内。按其功能可分为电流测试桩和电位测试桩。利用测试桩可以测出被保护管道相应各点的管地电位，以及相应管段流过的平均保护电流。电位测试桩每隔12安装一个，电流测试桩每隔58安装一个。根据阴极保护设计需要，安装在制定位置。检查片：检查片是校验用

47、薄片系统，用以定量检验阴极保护效果。检查片采用与被保护管道相同的钢材制成，埋设前需除锈、称重、编号。每两片一组，一片与被保护管道相连，另一片不与管道相连，做自然腐蚀比较片。每组中的两个检查片按23km的距离，程度与埋设在管道的一侧。经过一定时间后挖掘出来称量其腐蚀失重。衡量阴极保护效果用保护度表示：经验证明，检查片的面积很小，用它模拟管道腐蚀与实际情况有很大的局限性和误差。由检查片求出的保护度偏低，只提供参考。因此当已确认阴极保护效果时，可不安装检查片。阴极保护工艺计算保护范围的计算：自然电位：-0.55v（想对于铜/饱和硫酸铜参比电极，CSE，下同）。最小保护电位：-0.85V(CSE)。最

48、大保护电位：-1.50V（CSE）。钢管电阻率：0.166。电源效率：70%。福建工业用电价：0.8313a. 保护电流密度： （4.1）式中：保护电流密度，； 防腐层绝缘电阻率，取10000。土壤电阻率：管道沿线电阻率取28.0；阴极保护系统设计寿命：25年。b. 保护长度计算： （4.2） （4.3）式中：保护长度，；单侧保护长度，；最大保护电位与最小保护电位之差，V，；管道外径，取平均值643.5；单位长度管道纵向电阻，；钢管电阻率，取0.135；管道壁厚，全程取10。则主干线参数为：支线管段参数为：主干线需要阴极保护站个数：支线需要阴极保护站个数：保护电流： （4.4）式中：单侧管道的

49、保护电流，。则主干线管段参数为：因为实际生产中要留有余量，于是规定其工作电流为7.0A；支线管段参数为：因为实际生产中要留有余量，于是规定其工作电流为9.0A；阳极支数计算a. 阳极质量计算：阳极的质量应能满足阳极最小设计寿命的需要，按照下式计算： （4.5）式中：辅助阳极总质量，；辅助阳极设计寿命，按25年计算； 辅助阳极消耗率，；保护电流，；辅助阳极利用系数，取0.8.主干线管段：需要质量为56.7的石墨阳极；支线管段：需要质量为70.3的石墨阳极。b. 辅助阳极支数的计算：771和813管段，选用规格石墨阳极为每根10，所以需要支数：406.4管段，选用规格石墨阳极为每根10，所以需要支

50、数：电源设备功率计算：a. 辅助阳极接地电阻计算： （4.6） （4.7） （4.8）式中：单只深井辅助阳极接地电阻，； 土壤电阻率，取； 辅助阳极长度（含填料），；辅助阳极直径（含填料），； 辅助阳极组接地电阻，；辅助阳极电阻修正系数； 阳极组辅助阳极支数；辅助阳极间距，。单只阳深井极辅助阳极及机组的接地电阻：主管线管段：支线管段：b. 电源设备的功率可按下式计算： （4.9） （4.10） （4.11） （4.12）式中：电源设备功率，；电源设备的输出电压，；电源设备效率，一般取70%；辅助阳极组接地电阻，；导线总电阻，取；阴极过渡电阻，；阴极地床的反动电势，采用焦炭填充时，取；防腐层过渡

51、电阻率，取10000；单位长度管道纵向电阻，。管道衰减系数。双曲正切函数，则主干线的管段中：因为实际工作中要有余量，且整流器最佳工作状态是其实际功率为其额定功率的80%100%，所以主干线管道的阴极保护站整流器额定功率取900；支线的管段中：因为实际工作中要有余量，且整流器最佳工作状态是其实际功率为其额定功率的80%100%，所以支线管段阴极保护站整流器额定功率取700。阴极保护站的施工站内部分的连接阴极保护设备站内部分主要包括整流器，电源系统和整流器输出系统三部分安装在阴极保护站的保护箱内，位置位于阴极保护电源所在位置。阴极保护站分别安装7/128和9/78的4路输出阳极保护电源设备，将阴极

52、输出电缆、零位接阴电缆、参比电缆、阳极保护电源的接线板的相应端子连接，连接应保证完全电气连通。安装步骤如下：1）整流器经调试后即进行固定，并安装电源线和整流器的输出线。输出线由仪器通过接线箱引至架空线路，再引至阳极床、阴极通电点及参比电极等处，从而为阴极保护提供电流。2）电源系统安装：电源箱打眼固定后，接好电源线和输出电源线，并安装接线板。3）整流器输出系统的安装：接线箱引至架空线路的电缆及控制线端头进行焊接线鼻、上锡。阴阳极电缆线各1根，参比电极讯号线1根、阴极讯号线1根。室内电缆及控制线均穿镀锌钢管，覆放在地面上。室外部分埋入地下。然后引至架空线路的第一根电杆上，与架空线路的电缆线，讯号线相连接。通电点安装长效硫酸铜参比外用棉布袋装填填包料，参比电极位于填包料中间，为了保证填包料的润湿，材料选用膨润土35千克。填包料应充分浸水润湿，参比电极周围应用细土回填。为了保证参比电极正常工作和更换阳极方便，参比电极顶部安装的PVC管（无底），地漏帽应略低于地面，管内填充细砂至地面高度以方便运行维护中定期灌水，保持长效饱和硫酸铜参比电极处于润湿的土壤环境。绝缘接头安装1） 绝缘接头要求根据来气气质条件，订制专用的内防腐绝缘接头，生产厂商应提供绝缘接头强度测试、严密性试验、电绝缘测试等。绝缘接头安装处50米内，不应有待焊死口。接头的中心轴距应和管道的中心轴距安装在同一条直线上