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滄州盛邦管道集團(tuán)有限公司
主營產(chǎn)品： 鋼套鋼保溫管，鋼套鋼直埋保溫管，聚氨酯保溫管，預(yù)制直埋保溫管 |
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鋼套鋼預(yù)制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護(hù)
2018-11-8 閱讀(344)
鋼套鋼預(yù)制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護(hù)
引言 隨著城鎮(zhèn)集中供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)的大力發(fā)展，蒸汽管道技術(shù)在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，而且直埋敷設(shè)以其保溫效果好、節(jié)能效率高、安裝方便、施工周期短、使用壽命長、維護(hù)費用低等優(yōu)點，在供熱系統(tǒng)中的直埋管網(wǎng)日益增多。然而，有關(guān)直埋蒸汽保溫管道外套管的腐蝕與防護(hù)問題是關(guān)系到直埋供熱管道的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素。直埋蒸汽管道的外套管應(yīng)保證使內(nèi)管和保溫材料在嚴(yán)格防水的空間內(nèi)運行，如果外套管損壞’腐蝕、機(jī)械損傷、焊接質(zhì)量等原因造成(，地下水滲流進(jìn)保溫層，受到內(nèi)管高溫的蒸發(fā)變?yōu)樗羝?，使保溫材料的界面溫度和外套管的外表溫度難以控制，嚴(yán)重時能夠造成全線保溫和防腐失效，管線報廢。外套管腐蝕破裂造成人體危害；道路上冒氣對綠化帶植被的破壞；對地下電線、電纜、通訊設(shè)施造成熱污染或破壞)&、!*，類似事故國內(nèi)外都發(fā)生過。隨著管網(wǎng)服役時間的延長，為了安全生產(chǎn)，杜絕損壞后患，蒸汽直埋外套管的腐蝕與防護(hù)已成為當(dāng)務(wù)之急。 本文對大連市熱電集團(tuán)有限公司所屬的金家套低洼地供熱管網(wǎng)改造工程鋼套鋼直埋蒸汽管道外套鋼管在土壤介質(zhì)中腐蝕狀況進(jìn)行分析，進(jìn)而根據(jù)外套鋼管實施犧牲陽極的陰極保護(hù)工作，研究了陰極保護(hù)在供熱管網(wǎng)實際中的應(yīng)用。 !管線土壤腐蝕性勘察 金家套低洼地供熱管網(wǎng)改造工程管道采用淺埋直埋鋪設(shè)，蒸汽設(shè)計溫度為+"",， 壓力為&$+-./。該工程采用“鋼套鋼”雙脫開式復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，內(nèi)鋼管采用01!"2&" 的3!+45碳鋼管，外套鋼管采用920電焊6!4/7鋼管，管線全長40"2。保溫材料為巖棉管殼，蒸汽管穿閥門井壁及內(nèi)外套管之間采用柔性防水套管連接。管外壁采用環(huán)氧煤瀝青三布五油涂層保護(hù)’為加強(qiáng)防護(hù)結(jié)構(gòu)。 外套鋼管在土壤中的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，因此對土壤的腐蝕性進(jìn)行正確地評估是實施陰極保護(hù)的基礎(chǔ)性工作。在實際工程中通過勘查管網(wǎng)沿線的土壤電阻率和對已服役多年而沒有進(jìn)行電化學(xué)陰極保護(hù)的舊管線的管對地電位來評價土壤腐蝕率。 金家套低洼地供熱管網(wǎng)改造工程地帶的土壤電阻率!和管道自然腐蝕電位進(jìn)行現(xiàn)場勘察，測試結(jié)果列于表3。該地帶!值在#38//"?2之間，鋼套管對地電位均負(fù)于% "$//"&’管網(wǎng)的自然腐蝕電位均偏低，沒有達(dá)到*保護(hù)的電位（負(fù)于%"$9/&）:4; ，處于腐蝕狀態(tài)。
鋼套鋼預(yù)制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護(hù)
依據(jù)國內(nèi)外有關(guān)的判別標(biāo)準(zhǔn)，金家套低洼地供熱管網(wǎng)改造工程地帶管道基本上處于較強(qiáng)的腐蝕性土壤環(huán)境之中:#;，需要進(jìn)行電 化學(xué)陰極保護(hù)。 4分析外套鋼管的腐蝕狀況 對已服役多年的腐蝕6!4/7外套鋼管觀察了腐蝕形貌。經(jīng)觀察表明，大部分管子遭受銹蝕，呈黑褐色，且腐蝕產(chǎn)物沉積在金屬表面，形成宏觀上的腐蝕產(chǎn)物，致使管子脫皮、粗化、減薄甚至局部潰爛損傷。圖3示出腐蝕6!4/7外套鋼管外壁掃描電鏡照片。由圖可知，管外銹層有些部分呈絮狀大顆粒，腐蝕產(chǎn)物疏松、不連續(xù)分布，表征了均勻腐蝕特征。這說明，腐蝕產(chǎn)物盡管覆蓋在金屬表面，但仍沒有起到防護(hù)作用對腐蝕的6!4/7外套鋼管進(jìn)行金相顯微 鏡觀察，結(jié)果示于圖!。6!4/7鋼顯微組織為鐵素體和珠光體組織。照片中亮的部分是鐵素體，呈網(wǎng)絡(luò)狀多面體晶粒組成，黑的部分則是珠光體組織，
在管外壁處出現(xiàn)了脫碳層。
這是由于鐵素體和珠光體組織電極電位不同，在土壤中形成腐蝕微電池。電極電位較負(fù)的 鐵素體作為陽極而不斷被腐蝕（/），特別是土壤 中含水、存在氧、氯離子等都會加速它的腐蝕。這屬于電化學(xué)腐蝕的范疇，是外套管腐蝕破壞的主要形式#物理技術(shù)檢測結(jié)果 圖4示出6!4/7外套鋼管外壁銹層的電 子能譜分析（<=>）結(jié)果。由圖可見，管外壁表層主要由?@、-、,和)A等元素組成。值得指 出的是，管外壁表面銹層中發(fā)現(xiàn))
鋼套鋼預(yù)制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護(hù)
!&()外套鋼管外壁電子能譜分析 明，在環(huán)境中土壤環(huán)境中*+和,元素參與了鋼管的腐蝕歷程。 ’!&()外套鋼管表面銹層的-%射線衍射分析結(jié)果列于圖#。管外壁表層主要有./!0&和./0的鐵的氧化物，./*+!、./,!和 ./,構(gòu)成，這一結(jié)果與上述電子能譜分析基本相吻合。 由上述分析可知，’!&()外套鋼管的腐蝕主要來之：（1）長期處于較強(qiáng)的腐蝕性土壤環(huán)境之中的蒸汽管道由于管道涂層在施工及搬運等過程中不同程度的破損，以及有些設(shè)計外壁使用溫度過高，使得環(huán)氧煤瀝青涂料性能早期失效、老化引起鋼質(zhì)管道的電化學(xué)局部腐蝕（!）由于蒸汽管道沿線土壤結(jié)構(gòu)和土質(zhì)的不均勻性以及水位線較高，含有氯離子和硫化物，加之新、舊管道之間的電位差，可加速舊管線及潮濕地帶管線局部腐蝕。 （&）金海達(dá)酒店后固定墩處與鐵道平行，且有地下電纜、高壓線及接地線等，所以沿線管道可遭受雜散電流腐蝕。若不進(jìn)行及時排流處理，將會加速該處腐蝕穿孔，早期損傷。 (管網(wǎng)陰極保護(hù)主要技術(shù)指標(biāo) （1）根據(jù)中國石油天然氣總公司頒布的,234""15%56的規(guī)范，對土壤電阻率，!低于1"""?7鋼質(zhì)埋地管道和常年處在水介 質(zhì)環(huán)境中的鋼質(zhì)管線應(yīng)進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)。 （!）保護(hù)長度 由于金家套低洼地供熱管網(wǎng)改造工程沿線土壤電阻率較低，基本上處于較強(qiáng)的腐蝕性土壤環(huán)境之中，故對外套鋼管道實施犧牲陽極保護(hù)，保護(hù)管線總長度為&6"7。（&）保護(hù)準(zhǔn)則8$根據(jù)中國石油天然氣總公司,234""15%569埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極保護(hù)設(shè)計規(guī)范:的規(guī)定，被保護(hù)鋼質(zhì)管道對地電位應(yīng)負(fù)于%"$;(<=*>3*>,0#參比電極?。 @$陽極設(shè)計壽命大于!(年。（#）沿線建立測試樁1座。 （(）陽極的參數(shù) 8$陽極的選材：采用AB%C+%DE%AE 合金陽極（&） 。 @$陽極的重量： 單支陽極重;FB。G$陽極的支數(shù)：&;支。H$陽極的接地電阻：#IJ"9J:。/$陽極的輸出電流：&J7C。K$陽極的zui小保護(hù)電流密度：1$"7C37!。 B$陽極的保護(hù)長度：&"7，陽極的屏蔽系數(shù)取1$5!"。 L$添包料選擇： 石膏粉：工業(yè)硫酸鈉：膨潤土M6(：(：!"。 J犧牲陽極系統(tǒng)參數(shù)的測定 犧牲陽極施工后，在測試樁處測定了陽極的保護(hù)電位、陽極開路電位、陽極接地電阻、陽極的輸出電流，結(jié)果列于表!。 可見，測試樁的保護(hù)電位負(fù)于%"$/&, 01231245#參比電極6，說明整個陰極保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定，電位分布均勻，陽極保持較負(fù)的工作電位，提供較高的驅(qū)動電壓，使管網(wǎng)處于良好的保護(hù)狀態(tài)，防止了土壤的電化學(xué)腐蝕。同時，陽極的開路電位負(fù)于%’$#"",7陽極接地電阻在#!范圍，達(dá)到設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。 犧牲陽極保護(hù)后，對測試樁的陰極保護(hù)電位進(jìn)行跟蹤觀察，其結(jié)果列于表-。經(jīng)保護(hù)!"個月的實踐表明，隨時間的推移管道保護(hù)電位雖有緩慢升高的趨勢，但處于%’$’-!8%"$9+9,之間，電位穩(wěn)定，達(dá)到陰極保護(hù)的電位標(biāo)準(zhǔn)。 +結(jié)論 通過對大連市熱電集團(tuán)有限公司所屬的金家套低洼地供熱管網(wǎng)改造工程鋼套鋼直埋蒸汽管道外套鋼管在土壤介質(zhì)中腐蝕狀況的分析，設(shè)計了犧牲陽極的陰極保護(hù)方法。結(jié)果表明：’$對:!-&;外套鋼管金相顯微鏡觀 察，發(fā)現(xiàn)在管外壁處出現(xiàn)了脫碳層，電極電位較負(fù)的鐵素體作為陽極而遭受電化學(xué)腐蝕。!$:!-&;外套鋼管外壁銹層的電子能譜分析結(jié)果，管外壁表層主要由<=
、
5、4和1>等元素組成。說明，在環(huán)境中土壤環(huán)境中1>和4元素參與了鋼管的腐蝕歷程。 -$:!-&;外套鋼管表面銹層的?%射線衍射分析結(jié)果，管外壁表層主要有<=!5-和<=5的鐵的氧化物，<=1>!、<=4!和<=4構(gòu)成。 #$外套鋼管實施犧牲陽極的陰極保護(hù)后，保護(hù)電位處于%’$’-!8%"$9+9,之間，陰極保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定，陽極保持較負(fù)的工作電位，使管網(wǎng)處于良好的保護(hù)狀態(tài)，腐蝕得到有效的抑制，達(dá)到了設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。
