克-乌输气管道外防腐设计毕业设计

克—乌输气管道外防腐设计说明书1设计依据本单项工程根据以下文件及要求进行施工图设计：《西南石油大学毕业设计（论文）任务书》《克—乌输气管道工程简介》(网络资源)《地下金属管道的腐蚀与防护》《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》(SY0007-1999)《埋地钢质管道石油沥青防腐技术标准》(SY/T0420-1997)《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-1997《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SY/T0036-2008《简明阴极保护手册》19922工程概况克—乌输气管道起点为克拉玛依金龙一级配气站，终点为乌鲁木齐王家沟末站，该管线经过克拉玛依市、农六师、农七师、农八师、农十二师的部分团场以及沙湾县、玛纳斯县、呼图壁县、昌吉市、乌鲁木齐市等区县，管线全长312km。管道工程采用φ426×6螺旋焊缝管（钢材钢级选用L360（X52）），输送商品天然气，。管道全线以沟埋为主，有6处中小型穿越及1处小型跨越。沿线以戈壁和农田，个别地段为河流、土丘和冲沟。一般地段管道埋深1.25～2.5m，土壤电阻率在7～1025.m，自然电位-0.6～-0.55V。3外层防腐3.1外防腐层选用选择管道外防腐层的作用是将腐蚀介质与被保护金属表面隔开，在埋地管道防腐工程中，覆盖层占有重要的位置，对延长管道的使用寿命、维持正常使用及增加运行安全性都有十分重要的意义。因此，合理的选择管线外防腐材料，是保证工程设计经济合理至关重要的技术关键。作为埋地管道外覆盖层应具备下列性能：（1）有效的电绝缘性；埋地管道外防腐层的绝缘电阻一般不应小于10000Ω·m2；（2）有良好的防潮、防水性；（3）有较强的机械强度（包括抗冲击强度、耐弯曲性、耐磨性、针入度等指标）；（4）防腐层对钢材表面有良好的粘接性；（5）防腐层的材料和施工工艺对母材的性能不应产生不利的影响；（6）有良好的抗阴极剥离性能；（7）有较好的耐化学性能和抗老化性能；（8）防腐层损伤易于修补；（9）防腐层对环境的影响应符合相应的要求。3.2外防腐层比选常用的埋地管道外防腐涂层材料有石油沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧、挤塑聚乙烯（PE）等。石油沥青涂层是国内应用最多的埋地管道外防腐涂层，其主要优点是施工技术成熟，造价较低，与阴极保护相容性好等优点；缺点是机械性能较差、绝缘电阻率不高，不耐植根刺、不耐微生物侵蚀、使用寿命较短、防腐工作劳动条件差、对环境有一定的污染。从国内的使用效果来看，施工质量高的管道涂层面电阻在20kΩ.m2左右,阴极保护电流密度30μA/m2左右；施工质量差的管道涂层面电阻30kΩ.m2甚至更低，阴极保护电流密度100μA/m2以上。石油沥青涂层的预制费约65元/m2。煤焦油瓷漆涂层具有很强的抵御细菌、碱性和其他化学物侵蚀的能力，吸水率较低，绝缘电阻率略高于石油沥青涂层，抗植物根茎穿透。煤焦油瓷器涂层的主要确定是毒性大、抗土壤应力差、机械强度不高、高温流淌、低温发脆、热稳定性差。煤焦油瓷器的价格较贵，是目前常用外防腐层中材料费最贵的品种。熔结环氧涂层具有对钢管的粘结力强、阴极剥离半径小、使用温度范围宽、化学稳定性好、硬度大、抗土壤应力好、摩擦系数小、耐化学介质浸泡好、绝缘电阻高等一系列优点。熔结环氧涂层的缺点是涂层太薄，生产中易产生针孔，运输和施工过程中极易受伤，补口和补伤麻烦，不耐大气老化。熔结环氧涂层的预制费约70元/m2。挤塑聚乙烯（PE）防腐层的突出优点是机械性能好，耐冲击强度高、化学稳定性高、绝缘电阻高、透水率极低、补口补伤方便、抗外来人为损坏和运输损伤能力强、易于修补、表现出的使用性能与熔结环氧相近或更好。主要缺点是两层结构的PE的阴极剥离半径大，一旦粘结剂从钢管表面脱落，脱落处又破损，电解质从破损处浸入，由于PE的致密性好，阴极保护电流不易在夹缝处形成回路，极易造成夹缝腐蚀。二层结构挤塑聚乙稀防腐层的预制费约为75元/m2。为了充分发挥溶结环氧和PE涂层的优点，克服缺点，以曼内斯曼为代表的防腐涂层公司在八十年代中期发展了三层结构PE，即溶结环氧底漆—共聚物热溶胶—聚乙烯防腐层。该涂层的关键技术在溶结环氧固化前就涂共聚物热溶胶，实现环氧与热溶界面上两种材料的交联，保证两种材料的良好结合。该防腐层利用了PE和环氧的机械性能和绝缘性能方面的优点，使用效果极好，阴极保护电流密度特别低，防腐层十分坚固，几乎不受土壤应力的影响，不易破坏，补口、补伤方便，是当前外防腐涂层最为理想的结构之一。三层结构聚乙烯防腐层的预制费约90元/m2。3.3外防腐材料选择保证克—乌输气管道埋地钢质管道在预期寿命内不产生由于土壤腐蚀而造成的功能损失是对外防腐涂层的基本要求。外防腐涂层的选择失误会导致在管道内由于外防腐层失效而带来的巨额维修费用，该费用往往超过建设时采用高性能防腐层所增加的初始费用。按《钢质管道与储罐腐蚀控制工程设计规范》（SY0007－1999）标准的规定，本段管道外防腐层选用石油沥青加强级绝缘防腐涂层，特殊地段采用石油沥青特加强级绝缘防腐。采用石油沥青加强防腐涂层补口补伤。4阴极保护4.1阴极保护方式的选取目前，国际公认的管道最经济、合理、有效的外防腐措施是防腐层与阴极保护结合起来使用。无论多么优良的防腐层都会在其生产、运输、施工等过程中产生针孔，受到损坏，从而不可能将管道完全与腐蚀环境隔离，加速了针孔和损伤处管体受到的腐蚀，因此阴极保护是外防腐涂层的有效补充。为保证管道安全可靠地运行，按照规范的要求对全线实施阴极保护，阴极保护主要有外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种，两种方法各有其优缺点，详见表4-1：表4-1阴极保护方式比较表方法优点缺点外加电流1、输出电流连续可可调2、保护范围大3、不受环境电阻率率限制4、工程越大越经济济5、保护装置寿命长长1、需要外部电源2、对邻近金属构筑筑物干扰大3、维护管理工作量量大牺牲阳极1、不需外部电源2、对邻近金属构筑筑物无干扰或或很小3、投产调试后可不不需管理4、工程越小越经济济5、保护电流分布均均匀、利用率率高1、高电阻率环境不不易使用2、保护电流不可调调3、防腐层质量必须须好4、投产调试工作复复杂5、消耗有色金属对于短距离管道工程采用牺牲阳极阴极保护方法较为经济，对于长距离输送管道工程，相比之下，采用外加强制电流阴极保护方法则更为经济。由于本工程距离较短，管径小，因此决定采用牺牲阳极的阴极保护方式。任何材料的管道外防腐层在施工、运行过程中都会残留破损点，为防止破损点的钢铁遭受土壤的电化学腐蚀，延长管道的使用寿命，必须采用保护措施，最大限度地减缓土壤对钢铁的腐蚀速度。本工程管道直径小，沿线腐蚀性为中强。综上所述，本工程埋地钢管采用外敷绝缘材料与电化学防腐双重保护，以确保天然气管道的使用寿命。防腐采用石油沥青加强级防腐，阴极保护采用牺牲阳极阴极保护。4.2牺牲阳极阴极保护及计算4.2.1保护阳极金属的确定考虑到主要几种阳级材料的电性能及经济指标见表4-2、4-3：表4-2牺牲阳极性能比较参数特性镁合金阳极MgA2锌合金阳极Zn铝合金阳极Al-ZnAl-In阳极开路电位有效电压理论发生电量，安安时/克电流效率，%有效电量，安时//克消耗量，千克/安安培、年比重1.550.652.21551.227.21.841.100.250.82900.7411.87.31.000.152.88501.446.12.831.100.252.88802.303.812.82表4-3牺牲阳极选用比较类型镁阳极铝阳极锌阳极优点有效电压高；发生电量大；能用土壤电阻率比比较高的土壤壤和水中；发生电量最大；材料容易获得；成本低廉。性能稳定,自腐蚀蚀小；电流效率高；寿命长；不用担心过防蚀。缺点电流效率低；自腐蚀大；材料来源和冶炼均均不易若使用不当会产生生过防蚀。在污染海水中和高高土壤电阻率率环境中性能能下降；目前国产铝阳极性性能尚不稳定定。有效电压低；单位面积发生电量量少；不适宜高温,淡水水或过高土壤壤电阻率的环环境。参考价格130元/支100元/支100元/支通过上述比较本工程主要选用镁合金阳极作为保护金属阳极材料。根据以往经验选用型号为MAZL-2的11.0Kg镁合金阳极，此型阳极输出电流大，使用寿命长且性能稳定，是比较理想的金属阳极材料。4.2.2埋设间距的确定由于φ426×6螺旋焊缝管长度为312km，每500m埋设一组阳极，每1Km设置一处检测桩，因此需在整条管线中部设阳极地床600处即可满足需要。4.2.3阳极地床埋地牺牲阳极必须使用化学填包料，其配方见表4-4表4-4牺牲阳极填包料的配方阳极类型填包料配方[%（m/m）]适用条件（电阻率）石膏粉（CaSO4·2HH2O）工业硫酸钠工业硫酸镁膨润土镁阳极5025751515——515——25—20355050205050≤20Ω·m≤20Ω·m>20Ω·m>20Ω·m>20Ω·m锌阳极507555——4520——根据管道所经地段的土壤电阻率，故选用的配方如下：石膏粉（CaSO4·2H2O）15%，工业硫酸镁（MgSO4）35%，膨润土50%4.2.4本工程的具体作法（1）主管道全线采用牺牲阳极保护。阳极在管道上沿轴向卧式成组分布，每组4只。（2）阳极埋设位置距管道3～5米，最小不宜小于0.3米，埋设深度为阳极顶部距不小于1米。（3）卧式阳极宜采用开槽法施工。（4）阳极连接电缆的埋设深度不应小于0.7米。（5）每500m设置一组牺牲阳极；遇特殊地段穿越，在两端各设置一组牺牲阳极。（6）具体施工办法参见《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019－97。4.2.5阴极保护辅助设施（1）阴极保护测试桩：高压管道每1km设一个测试桩，每一个绝缘接头设置一个测试桩。（2）绝缘接头为防止阴极保护电流通过没有绝缘的金属接地装置时漏失，以便于测试保护电位，共设绝缘接头20个。（3）运行保护阴极保护保护准则：相对于饱和筒/硫酸铜参比电极的管道阴极极化电位至少为850mV；管道表面与接触电解质的稳定饱和铜/硫酸铜参比电极之间的阴极极化电位差值最小为100mV。（4）交流干扰处理原则管道与交流电气化铁路平行、接近、交叉时按下列原则处理：=1\*GB3①平行长度超过10km时，平行间距必须大于100m；=2\*GB3②与电气化铁路交叉，必须正交；=3\*GB3③埋地管道与牵引变电站的间距必须大于1km；否则采取降低干