某埋地管道外加电流阴极保护系统失效分析及对策

1、24 全面腐蚀控制2004年第18卷第6期某埋地管道外加电流阴极保护系统失效分析及对策孟超曲政(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,青岛266071摘要:结合某污水处理厂埋地海洋放流管的外加电流阴极保护系统,对可能造成系统失效的原因进行分析,查明失效原因,并且将系统恢复到原设计的状态。关键词:外加电流阴极保护系统失效InvalidationAnalysisandImprovedMeasuresofBuriedPipelineImpressedCurrentC athodicP rotectionS ystemMengChaoQuZheng(QingdaoResearchInstituteforMa

2、rineCorrosion,CISRI,Qingdao266071Abstract:Impressedcurrentcathodicprtectionsystemofonesewagetreatmentplantwasdisabled,weanalyzedinvalidation resultsandmadethesystemrecoverd.Keywords:impressedc urrent;c athodicp rotections ystem;i nvalidation1前言某污水处理厂海洋放流管为DN2400碳钢管道,总长约1610m,其中陆上埋地管道长480m,并且外壁套有DN26

3、00的钢筋混凝土管道,其余约1130m 管道位于海底,相对现在的路面,整条管道埋深约20m。管道埋设采用石块、沙土等回填,透水性很强,距离海岸又非常近,因此整条管道外壁基本处于海水环境中,为了保证该管道的长期使用寿命,在管道建设时就对其实施了外加电流阴极保护,整个项目于1998年初完工,并投入使用。该外加电流阴极保护系统正常运行四年后,检查发现无输出电流,至2003年7月系统已停运一年多时间,应用户单位的邀请,我们于2003年9月对该系统进行了检测。2外加电流阴极保护系统的组成通过现场的检查及查阅早期施工的图纸资料,发现该系统由六个阳极井、两个参比井和六台恒电位仪组成。六个阳极井分别位于放流管

4、的两侧,距放流管距离分别为30m 和23.5m,每侧三口,同侧阳极井之间的间距为6m,每口阳极井中有单重80kg的高硅铸铁阳极9支。两个参比电极井位于放流管的同侧,相距约30m,每口井中有两支饱和铜/硫酸铜参比电极。六根阴极电缆汇在一起,接至管道的同一位置。3失效原因分析3.1控制仪器检查检查恒电位仪的状况,可用负载模拟外接系统(见图1对设备进行调试,调试模拟系统运行正常,排除恒电位仪的因素,断定失效原因为外加电流阴极保护系统回路出现故障。图1模拟外接系统图3.2阴极电缆检查测量引出的六根阴极电缆中任意两根之间的电阻值,检测数据见表1。该项目的交工资料中指出,六根阴极电缆是汇在一起然后焊接到管

5、道上的,而从以上数据可以看出,任意两电缆间电阻值均在千欧级,表明电缆间均不导通,即原来的焊点出现问题造成阴极电缆断路。全面腐蚀控制TOTALCORROSIONCONTROL 第18卷第6期2004年12月Vol.18No.6Dec.2004表1阴极电缆间电阻值(kB C D E FE-3.23.3参比电极性能测试用便携式硫酸铜参比电极(以下称为标准参比电极来校核原系统埋设的A、B两支饱和Cu/CuSO4参比电极,A参比电极相对于标准参比电极电位为-41m V,B参比电极相对于标准参比电极电位为5mV,两支参比电极均可正常工作。3.4阳极井性能测试用ZC-8型接地电阻测量仪测量阳极井的接地电阻,

6、六个阳极井(A-F的接地电阻分别为:1.90、1.90、1.90、2.00、1.95、1.90,接地电阻值表明阳极井是可以正常使用的。在过去,国内不少单位都强制规定了阳极接地电阻不得大于1,在钢管阳极时代似乎很有必要,而且也很容易做到,但到1978年以后,辅助阳极已进入了难溶阳极时代,石墨、高硅铸铁以及混合金属氧化物阳极的相继开发和利用,这一规定就显得不够科学、合理,而且也不必要。国外文献中有美国哥伦比亚气体公司建设的12组阳极地床的数据,其接地电阻小于1的只有一组,在12之间的有七组,在3.811之间的有四组。在国内管道建设中,首次采用招标形式,由西德PLE公司和中国石油天然气管道勘察设计院

7、联合承包的南海石油琼深输气管道设计中,其接地电阻为3和11两种。因此辅助阳极设计寿命是主要的,接地电阻不应做硬性规定。3.5模拟输出测试为了更准确的判断系统失效的原因,利用原有的恒电位仪、阳极井,以就近的来水管道作为阴极建立外加电流阴极保护系统并运行,记录仪器输出电压和输出电流,数据见表2。并且从甲方的运行维护资表2模拟系统输出参数表3运行初期输出参数从以上两表可以看出,运行初期阳极井回路电阻在0.30.7之间,两运行四年后阳极井回路电阻在0.60.7之间,两者相比只有A阳极井回路电阻增大较多,但均符合阴极保护规范中对回路电阻的要求,因此我们认为阳极井能正常工作,可以继续使用。3.6系统综合评

8、定经过对放流管外加电流阴极保护系统各组成部分的分项检测,得出结论如下:系统中的控制电源、阳极井及参比电极均能正常工作,可以继续使用,系统的失效是由于阴极电缆焊接点的断开而造成系统回路断路,从而没有输出电流。在检测过程中发现的问题:埋地部分管道外壁套有厚度约27cm的钢筋混凝土管道,由于混凝土管道对内部钢管的屏蔽作用使得这部分管道的外壁得不到阴极保护,并且两支饱和Cu/CuSO4参比电极均埋设在混凝土管道外侧,其检测到的电极电位并不是管道的实际保护电位。料中得到了运行初期输出电压和输出电流的数据,见表3。254系统恢复4.1回路恢复要恢复阴极保护系统的回路必须重新从管道上焊接阴极电缆。控明管道的确定位置,在管道正上方人工开挖1500mm的井直到挖到管道,焊接五根VV22116的电缆,为避免阴极电缆的失效,五根电缆焊接在管道的不同点,并用环氧树脂和玻璃丝布作防腐密封处理。4.2系统调试由于参比电极无法准确地检测管道的保护电位,只能对系统进行恒电流控制,根据管道的实际情况进行计算,管道所需保护电流为120A,对系统的各部分及电缆线路进行检查后,恒电位仪开机调试,观察48小时无异常情况,六口阳极井由四台仪器控制,输出参数见表4。表4系统修