[摘要]本文介紹了昆明燃?xì)夤芫W(wǎng)自投入運(yùn)行十五年來(lái)犧牲陽(yáng)極保護(hù)在城市管網(wǎng)中的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和將來(lái)的發(fā)展方向。

前 言

　　城市燃?xì)夤芫W(wǎng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，擔(dān)負(fù)著輸送能量的工作，是城市生存和發(fā)展的必要保障，被稱為城市的“生命線”。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)發(fā)展很快，各種管線縱橫交錯(cuò)。這些管道埋設(shè)于地下，長(zhǎng)期受到外部土壤和內(nèi)部介質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕而經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏事故，常常導(dǎo)致管道設(shè)備非計(jì)劃性檢修、更換和停產(chǎn)，造成了巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，一個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，每年由于金屬腐蝕的直接損失，就占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4％。

　　陰極保護(hù)是指將被保護(hù)金屬(如煤氣管道)進(jìn)行陰極極化，使電位負(fù)移到金屬表面陽(yáng)極的平衡電位，消除其化學(xué)不均勻性所引起的腐蝕電池，使金屬免遭環(huán)境介質(zhì)(如土壤)的腐蝕。即用輔助陽(yáng)極或犧牲陽(yáng)極材料的腐蝕來(lái)代替被保護(hù)管道、設(shè)備的腐蝕。從而達(dá)到延長(zhǎng)被保護(hù)管道的使用壽命，提高其安全性和經(jīng)濟(jì)性的目的。經(jīng)實(shí)踐證明這是一項(xiàng)投資少，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯的技術(shù)。陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)源于160多年前，70年代初陰極保護(hù)技術(shù)日趨完善，成為歐、美、日等國(guó)的(聯(lián)幫)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)早期的部頒標(biāo)準(zhǔn)SYJ7-84就已規(guī)定油、氣管道必須采用陰極保護(hù)。從環(huán)境保護(hù)和根據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T系列規(guī)范均要求，對(duì)油、氣管道建設(shè)均須實(shí)施陰極保護(hù)。

概 述

　　陰極保護(hù)分為外加電流保護(hù)和犧牲陽(yáng)極保護(hù)兩種方式，目前昆明市煤氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)除在昆明焦化廠至昆明城區(qū)l號(hào)17.9KMφ630中壓主干管采用外加電流陰極保護(hù)外，二號(hào)主干管和其余城區(qū)管網(wǎng)均普遍采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)。因其施工方便，可靠性高，投資少。一般陰極保護(hù)系統(tǒng)投資只占管網(wǎng)總投資的3-5％。其在有效保護(hù)下，可延長(zhǎng)管道使用壽命一倍以上。(陰極保護(hù)系統(tǒng)是指陰極保護(hù)設(shè)施：如外加電流保護(hù)站、犧牲陽(yáng)極、絕緣法蘭、檢測(cè)樁和被保護(hù)對(duì)象——煤氣輸配管網(wǎng)。以及相應(yīng)的檢測(cè)、管理軟件。)

　　2000年底統(tǒng)計(jì)，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)總長(zhǎng)1113．82公里，城市燃?xì)庥脩?8萬(wàn)戶，犧牲陽(yáng)極總計(jì)1200多組，大口徑絕緣法蘭近4000套，調(diào)壓站252座，煤氣閥門(mén)567個(gè)，煤氣集水井4142口，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)施總投資405461314．37元人民幣。目前已服役15年以上的埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)和設(shè)施已面臨著進(jìn)入大修甚至部分更換的階段了。對(duì)我市燃?xì)夤艿赖母g原因進(jìn)行深入調(diào)查和管網(wǎng)運(yùn)行15年來(lái)陰極保護(hù)運(yùn)行效果綜合評(píng)價(jià)，可以總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)檢討工作中的問(wèn)題和不足之處，做好管網(wǎng)腐蝕工作，提前預(yù)測(cè)和防范事故隱患，盡量減少突發(fā)事故發(fā)生和經(jīng)濟(jì)損失。

　　由于埋地燃?xì)夤艿涝馐芡寥栏g和其它干擾影響，據(jù)國(guó)內(nèi)一些地區(qū)的地下管道使用壽命統(tǒng)計(jì)，低的3-5年，高的10多年，嚴(yán)重的幾個(gè)月就會(huì)使管道腐蝕損壞和發(fā)生泄漏事故。昆明城市燃?xì)夤芫W(wǎng)工程自1982年開(kāi)工建設(shè)以來(lái)就實(shí)施了陰極保護(hù)，投入運(yùn)行至今，由于腐蝕穿孔泄漏造成的事故僅有二例。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，我們主要做了以下幾方面的工作。

一、環(huán)境調(diào)研、確定方案

　　自1982年昆明煤氣工程開(kāi)工建設(shè)以來(lái)，煤氣管網(wǎng)不斷擴(kuò)大，煤氣管網(wǎng)從1986投入運(yùn)行至今已有15年，在1988年《昆明市煤氣管道腐蝕調(diào)查與陰極保護(hù)應(yīng)用效果》報(bào)告中，曾邀請(qǐng)省外專家對(duì)煤氣管網(wǎng)陰極保護(hù)作過(guò)(首次)調(diào)查結(jié)論：

　　1、昆明市區(qū)土壤腐蝕性：中等、強(qiáng)腐蝕各占50％。因采樣淺，實(shí)際土壤腐蝕性比分析化驗(yàn)值高。

　　2、采用陰極保護(hù)最大保護(hù)度為98％，平均保護(hù)度為59％。

　　3、采用陰極保護(hù)與未采用陰極保護(hù)管道平均失重，平均最大腐蝕深度、平均最大腐蝕速度之比分別為：1：2.76，1:2.52，1:2.49

　　4、采用陰極保護(hù)防腐技術(shù)可減緩管道腐蝕，延長(zhǎng)管道壽命1.49—1.76倍，其經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

　　昆明城市燃?xì)夤芫W(wǎng)工程全面實(shí)施陰極保護(hù)，(當(dāng)時(shí))在國(guó)內(nèi)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中尚屬首次大規(guī)模應(yīng)用，并取得成功。

　　根據(jù)對(duì)昆明市土壤腐蝕性和土壤電阻率等項(xiàng)的調(diào)查結(jié)果，從經(jīng)濟(jì)性、管理和安全性考慮，我們采用在城郊主干管實(shí)施外加電流陰極保護(hù)，在城區(qū)中低壓管網(wǎng)和庭院小區(qū)實(shí)施鎂、鋅犧牲陽(yáng)極聯(lián)合保護(hù)。

二、加強(qiáng)管網(wǎng)防腐、絕緣和陰極保護(hù)

　　昆明城區(qū)煤氣管網(wǎng)普遍采用瀝青玻璃布加強(qiáng)和特加強(qiáng)級(jí)防腐，其中也在昆明煙廠和龍泉路段試用了10多公里的聚乙烯膠帶防腐，由于環(huán)保等方面的要求，今年開(kāi)始采用環(huán)氧煤瀝青防腐。按照規(guī)定在防腐管出廠前，均要求作電火花耐壓試驗(yàn)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中有要求對(duì)防腐層破損點(diǎn)和接口進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)防腐和電火花檢查，對(duì)回填土的要求也有具體的規(guī)定。

　　為了確保管網(wǎng)的保護(hù)電位和避免交叉影響，我們首先將中低壓主干管和城區(qū)管網(wǎng)用絕緣法蘭分隔開(kāi)，同時(shí)又將城區(qū)中低壓管網(wǎng)與小區(qū)和大庭院管網(wǎng)用絕緣法蘭實(shí)施分隔，城區(qū)中低壓管網(wǎng)也同時(shí)按四個(gè)片區(qū)分隔開(kāi)。把調(diào)壓站、閥門(mén)井也同時(shí)采用絕緣法蘭隔離，兩端管道用電纜跨接“送電”。在城區(qū)燃?xì)馊霊袅⒐芴幦坎捎?#966;57絕緣法蘭隔離。這樣做投資相對(duì)增加，但對(duì)保證管網(wǎng)陰極保護(hù)效果也是必要的。采用鎂、鋅犧牲陽(yáng)極進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)，平均每l至2KM埋設(shè)一組，同時(shí)在各片區(qū)選擇10處埋設(shè)了“腐蝕樣片”，便于將來(lái)作對(duì)比分析。檢查樁的設(shè)置根據(jù)管理的需要和各區(qū)段電位的調(diào)控確定。

三、配合大修改造、有針對(duì)性的實(shí)施腐蝕控制

　　在煤氣管網(wǎng)投入運(yùn)行初期，由于焦化廠出產(chǎn)的煤氣氣質(zhì)凈化不好，腐蝕性雜質(zhì)硫化氫含量過(guò)高，在2—4g／Nm3，經(jīng)脫硫工段后，效果不佳，含量仍高達(dá)1.5g／Nm3。而城市煤氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定H2S含量不能大于20 mg／Nm3。另外氯化物、溶解氧、二氧化硫、二氧化碳等雜質(zhì)和水的含量過(guò)高，使管網(wǎng)冷凝液中吸收了大量的腐蝕性介質(zhì)，必然對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕。特別是冷凝液在主干管和城區(qū)中低壓干管凝水器和坡度較低的管段聚集。[注：后期(1993年以后)由于煤氣氣質(zhì)凈化得到了進(jìn)一步提高，有關(guān)指標(biāo)均接近或達(dá)到了部頒標(biāo)準(zhǔn)]

　　1989年3月，為配合昆明西站立交橋的建設(shè)，需要對(duì)煤氣中壓干管進(jìn)行改造，我們借此機(jī)會(huì)對(duì)兩個(gè)中壓凝水器內(nèi)壁和部份管段部位內(nèi)壁進(jìn)行了取樣分析和化驗(yàn)。結(jié)果證明管道凝水器內(nèi)壁的腐蝕最嚴(yán)重，集中在凝水器液相部位和焊縫處(其中如兩處凝水器內(nèi)抽水管的腐蝕液相部位外壁最大腐蝕坑深達(dá)0.95—2.88mm／年)。兩處凝水器內(nèi)液相側(cè)壁最大腐蝕坑深2.34—3.66mm，平均最大腐蝕坑深2.01—2.73lmm，平均最大腐蝕速率0.923—0.43lmm／年， 兩處液相封頭最大腐蝕坑深1.6l—2.80mm，平均最大腐蝕坑深0.892—2.147mm，最大腐蝕速率0.635—1.095mm／年，氣相封頭部位最大腐蝕速率0.35l—0.356mm／年，液相側(cè)壁和封頭連接處焊縫部位平均最大腐蝕坑深2.12—5.34mm，最大腐蝕速率1.388—2.934mm／年。

　　為了解決凝水器內(nèi)部的(液相部位環(huán)境)腐蝕問(wèn)題，我們采用了小規(guī)格鎂陽(yáng)極和鋅陽(yáng)極安裝在凝水器內(nèi)部實(shí)驗(yàn)，陽(yáng)極鋼芯一端焊接在凝水器測(cè)壁下部，兩端面作防腐處理，并在陽(yáng)極底部作絕緣處理，用以替代凝水器內(nèi)(電解)液體對(duì)內(nèi)壁的腐蝕?，F(xiàn)已在φ219以上管段的凝水器中推廣應(yīng)用，至今未發(fā)現(xiàn)因凝水器內(nèi)壁腐蝕穿孔的事故。

四、防止貴昆電氣化機(jī)車(chē)雜電干擾，保障主干管安全運(yùn)行

　　在昆明焦化制氣廠至昆明城區(qū)17.9Km的l號(hào)φ630中壓主干管上，我們采用了外加電流保護(hù)，保護(hù)度為98％。其中有一段約4km長(zhǎng)與貴一昆電氣化鐵路橫穿和平行交叉，雜散電流干擾較強(qiáng)。

　　(貴昆電氣化鐵道建設(shè)方案于1981年通過(guò)國(guó)家級(jí)鑒定，先于煤氣管網(wǎng)建設(shè)，貴昆電氣化采用將llOKV經(jīng)降壓至27.5KV(即鐵道上方接觸網(wǎng)上)，供電方式采用BT單相單邊供電，該BT供電技術(shù)不先進(jìn)，經(jīng)鐵軌流入地中的雜散電流大(AT供電先進(jìn))。沿線建14個(gè)牽引變電所，其中在金馬村就有一處變電所。貴昆電氣化鐵道的負(fù)荷及牽引電流，初期是單機(jī)運(yùn)行，牽引電流平均值300A，損失580A，今后是雙機(jī)運(yùn)行，牽引電流將增加一倍，平均為600A，瞬時(shí)1000A。其機(jī)車(chē)牽引電流由牽引變電所→架空接觸網(wǎng)→機(jī)車(chē)→鋼軌(和土壤)→回流線→牽引變電所。雖然按技術(shù)要求，鋼軌與枕木間采用絕緣，但流入地中的雜散電流為總牽引電流的50％，在短路的故障時(shí)更高。據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)報(bào)道，電氣化機(jī)車(chē)由于雜散電流泄漏對(duì)其它地下金屬設(shè)施干擾強(qiáng)、范圍大，在幾公里內(nèi)均屬受干擾的范圍，在雜散電流和感應(yīng)電的影響下，管道上感應(yīng)電可達(dá)57V，對(duì)鋼管造成的腐蝕率為2mm／年，嚴(yán)重可達(dá)6mm／年，東北輸油局長(zhǎng)輸管道松山段，曾遭受交流雜散電流腐蝕達(dá)5mm以上。造成油氣管道腐蝕穿孔的故事時(shí)有發(fā)生)。

　　經(jīng)協(xié)商，鐵二院同意在金馬村向貴陽(yáng)方向2400米至昆明站采取吸回裝置，可減少地中雜電90％，以減輕雜散電流對(duì)煤氣管道的影響，同時(shí)二院要求煤氣主干管采用接地排流措施。由于雜電干擾腐蝕速度遠(yuǎn)大于土壤腐蝕速度，為避免這4KM煤氣主干管與貴一昆電氣化平行交叉段受雜電干擾腐蝕，當(dāng)時(shí)我們?cè)谠?7.9KM煤氣主干管已采用外加電流陰極保護(hù)的情況下，在與貴一昆電氣化鐵路平行交叉的煤氣主干管上增加了6組鎂陽(yáng)極作為接地排流措施。

　　經(jīng)多次檢測(cè)，并在1993年邀請(qǐng)福建三明無(wú)線電廠的專家一起對(duì)主干管雜電干擾影響進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，(從昆明往貴陽(yáng)方向開(kāi)行列車(chē)時(shí)，在沿鐵路附近干管上測(cè)得的交流電 Vac=0.46—0.01V，Vac起動(dòng)=0.59—5.70V，在干管與鐵軌交叉處外加電流保護(hù)站電測(cè)點(diǎn)測(cè)得的Vac=2.4V……)結(jié)果證明，采取吸回裝置和犧牲陽(yáng)極排流措施后，雜散電流對(duì)主干管的影響得到了有效的控制，保證了煤氣主干管的安全。

五、運(yùn)行保護(hù)效果和失效原因分析

　　從十多年的累計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)和近期的數(shù)據(jù)分析，運(yùn)行保護(hù)效果如下：

　　1、1號(hào)17.9KMφ630主干管的平均保護(hù)率為98％；

　　2、2號(hào)18.5KMφ630主干管的平均保護(hù)率為87％左右；

　　3、城區(qū)一至四片區(qū)中低壓干管的平均保護(hù)率為80％左右，其中三片區(qū)一處，二片區(qū)四處未達(dá)到—0.85V保護(hù)電位；

　　4、城區(qū)一至二片區(qū)庭院、小區(qū)平均保護(hù)率為80％左右；

　　5、城區(qū)三片區(qū)庭院、小區(qū)平均保護(hù)率為70％左右；

　　6、城區(qū)四、五片區(qū)庭院小區(qū)平均保護(hù)率為68％左右，其中有2l處庭院末端電位在0.592V-0.823V；

　　7、(二環(huán)路以外及郊區(qū))五、六、七、八片區(qū)中低壓干管平均保護(hù)率為65％左右；

失效原因分析：

　　1、由于一期工程和二期部分工程中對(duì)主干管和城區(qū)中低壓干管等的防腐層質(zhì)量較為重視，生產(chǎn)維護(hù)管理也跟得上，特別是一期工程和二期部份工程中煤氣管道和犧牲陽(yáng)極的施工單位均屬國(guó)有集團(tuán)公司對(duì)工作質(zhì)量把關(guān)較嚴(yán)，責(zé)任心較強(qiáng)。因此，一號(hào)主干管和一至四片區(qū)城區(qū)中低壓干管的保護(hù)效果都較好。

　　2、二期工程后半期和三期工程中由于犧牲陽(yáng)極施工和監(jiān)督相對(duì)脫離，而驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題又未能及時(shí)返工和處理，造成防腐層破損等原因?qū)е碌谋Ｗo(hù)電位下降。如：陽(yáng)光小區(qū)等大片區(qū)庭院。

　　3、由于管網(wǎng)和犧牲陽(yáng)極投入運(yùn)行已十多年，瀝青防腐層老化，陽(yáng)極輸出電流不斷上升，保護(hù)電位呈下降趨勢(shì)，陽(yáng)極消耗過(guò)大，從而使保護(hù)率逐漸下降。

　　4、由于城市改擴(kuò)建、拆遷等原因?qū)е碌墓芫W(wǎng)“短接”和防腐層破損漏電導(dǎo)致的保護(hù)電位下降。

　　5、由于維護(hù)管理人員少和現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)督不力，造成的犧牲陽(yáng)極維護(hù)管理根不上管網(wǎng)建設(shè)速度，不能及時(shí)的維護(hù)犧牲陽(yáng)極設(shè)施和更換陽(yáng)極材料，也是導(dǎo)致保護(hù)電位下降的原因。

六、今后發(fā)展方向

　　1、加強(qiáng)管網(wǎng)管理維護(hù)力度，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)信息化管理

　　綜上所述，我們將在已取得陰極保護(hù)有效應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)克服問(wèn)題和不足，采取措施從各方面抓緊工作。從保證管網(wǎng)安全和延長(zhǎng)使用壽命的遠(yuǎn)期效益來(lái)看，陰極保護(hù)是為管網(wǎng)長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益服務(wù)的。就城市煤氣行業(yè)的性質(zhì)而言，“安全也是一種效益”。安全的前提是須有質(zhì)量的保障，無(wú)論從陰極保護(hù)工程質(zhì)量和防腐層質(zhì)量；或者從管理人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)；以及軟、硬件的必要投入都需要有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范來(lái)約束；有措施來(lái)監(jiān)督；有資金來(lái)保障。同時(shí)，建立健全陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行管理機(jī)制，明確職責(zé)和管理范圍，實(shí)現(xiàn)檔案等數(shù)字信息化管理也應(yīng)列入議程。

　　2、普查與監(jiān)測(cè)同步

　　掌握和摸清我市地下燃?xì)夤芫€的腐蝕現(xiàn)狀，是防災(zāi)和應(yīng)付突發(fā)性泄漏事故的需要，對(duì)維護(hù)城市“生命線”的正常運(yùn)行至關(guān)重要。檢測(cè)這些管線的損壞情況，預(yù)測(cè)其壽命；運(yùn)用新技術(shù)對(duì)新、舊管線進(jìn)行防腐蝕處理，延長(zhǎng)其使用壽命。為了避免管道發(fā)生腐蝕穿孔事故、提高管網(wǎng)運(yùn)行的安全性、增加管網(wǎng)使用效率。對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)可能出現(xiàn)的腐蝕和泄漏進(jìn)行提前預(yù)測(cè)和防范，做到有目的、有計(jì)劃、有措施的運(yùn)行管理維護(hù)和腐蝕控制監(jiān)測(cè)，特別是面對(duì)突發(fā)事件和災(zāi)害，做出快速的正確決策和有效的救援響應(yīng)。

　　下一步將通過(guò)管網(wǎng)腐蝕情況調(diào)查和腐蝕樣片分析，掌握管網(wǎng)腐蝕現(xiàn)狀和規(guī)律，同時(shí)增加管道內(nèi)壁和外壁的各項(xiàng)目腐蝕監(jiān)測(cè)。向?qū)＜液屯袑W(xué)習(xí)，建立陰極保護(hù)管理信息系統(tǒng)，使陰極保護(hù)工作從單一的管理維護(hù)、腐蝕控制職能向腐蝕監(jiān)測(cè)和隱患預(yù)報(bào)職能提升，最近，公司正在進(jìn)行管道壁厚減薄量(金屬蝕失量)的探測(cè)與計(jì)算，擬建立管道壁厚減薄量數(shù)據(jù)庫(kù)，為今后管網(wǎng)大修或更換計(jì)劃提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)安全連續(xù)的運(yùn)行。

　　3、區(qū)分新、舊管網(wǎng)的保護(hù)措施

　　從測(cè)試數(shù)據(jù)分析，有些管段的保護(hù)電位并不均衡，采用傳統(tǒng)的犧牲陽(yáng)極埋設(shè)方式，不能使管道達(dá)到有效的保護(hù)。今后我們將采用分散式埋設(shè)方式解決這一問(wèn)題，并在雜散電流干擾強(qiáng)的地段埋設(shè)犧牲陽(yáng)極，達(dá)到保護(hù)與排流的雙重效果。對(duì)新、舊管網(wǎng)采取絕緣法蘭分離，對(duì)舊管網(wǎng)防腐層老化進(jìn)行綜合評(píng)估和陽(yáng)極逐步更新替代。

　　4、研究氣柜保護(hù)和深井陽(yáng)極項(xiàng)目

　　從投資的經(jīng)濟(jì)性和擴(kuò)大城區(qū)管網(wǎng)有效保護(hù)范圍的目的出發(fā)，我們將探索采用深井陽(yáng)極方式。在借鑒同行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們將把對(duì)氣柜的陰極保護(hù)列入課題研究。使我市管網(wǎng)設(shè)施在已有外加電流保護(hù)、犧牲陽(yáng)極保護(hù)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，探索深井陽(yáng)極保護(hù)和氣柜陰極保護(hù)技術(shù)，力爭(zhēng)使這些保護(hù)方式都能在我市的管網(wǎng)設(shè)施中得到成功的應(yīng)用。

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