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新闻动态

埋地保温管道阴极保护有效性影响因素

发布日期:2015年11月4日

摘要:从历史运行数据看,多数带有阴极保护的保温管道基本上投产运行2-3年便出现腐蚀穿孔现象,通过现场调查和实验室模拟,证实保温管道的阴极保护有着很大的局限性。由基本理论出发,从保温层对阴极保护电流的屏蔽、阴极保护准则、现场阴极保护电位测量、阴极保护电渗效应等方面全面分析了影响保温管道阴极保护有效性的因素,指出保温管道在较高温度下运行时,应适当提高阴极保护准则;保温管道的日常地表电位测量值不具代表性,应定期对管道的金属缺失状况进行检测。在传统阴极保护技术的基础上,采用牺牲阳极保护方式(且牺牲阳极安装在保温层内),在保温层进水后可以对管道提供保护,亦可以使用固体电解质解决屏蔽效应,提高埋地保温管道阴极保护的有效性。(图5,表1,参16)
    石化及城镇热力管道为了减少热量损失,提高经济效益和节约能源,通常需要对管道进行防腐保温设计。常用的保温层材料为硬质聚氨酷泡沫塑料,有“一步法”和“管中管”两种成型工艺。国内于20世纪80年代开始将硬质聚氨酷泡沫塑料防腐保温结构应用于管道建设,并在中原一洛阳(1985年)、沈阳一抚顺(1987年)、胶州一青岛(1988年)、花土沟一格尔木(1989年)和大庆一哈尔滨(1999年)等管道获得较大规模的应用,同时全线采用外加电流阴极保护。保温管道阴极保护的主要目的是在防腐保温层存在缺陷时提供额外保护,但在实际运行中,上述管道基本在投产运行2-3年开始出现腐蚀穿孔。通过现场调查和实验室模拟,发现保温管道的阴极保护并不能提供完全有效的保护,存在非常大的局限性。基于此,有必要对保温管道阴极保护有效性的影响因素及技术现状进行分析。
1阴极保护的影响因素
  1.1保温层对阴极保护的屏蔽
  根据GB/T50538的设计要求,保温管道(图1)聚乙烯防护层的体积电阻率大于1 x 10" S2-m,聚氨酷泡沫塑料的体积电阻率达到1 X 10'}一1 x 100 S2-m。防护层和保温层都足电绝缘性能良好的材料,且均有 一定厚度。与一般的管道防腐层相比,保温管道的复合结构更易相对独立的封闭空间。
  保温钢管的阴极保护仅在钢管与土壤介质之间形成电流通道时,即防腐保温的三层结构均有缺陷且连通时才起作用。然而,正常情况下,由于三层结构均破损且位置重合而造成的连通是比较少见的,但是,在补口位置(图2)则易因材质、施工质量和管道位移等因素,使得补口的严密性和可靠性达不到要求,导致地下水渗入,造成钢管与腐蚀介质直接接触。
  虽然地下水的渗入可以形成阴极保护电流通道,但是,常用的保温层材料电阻率非常高,甚至在被水浸透的情况下,良好的电绝缘性能仍然会对阴极保护电流产生屏蔽作用,因此,阴极保护电流只能对有限的缺陷区域提供保护,此时的阴极保护类似):剥离涂层卜的阴极保护(图3)。在这种情况下,远离水分进入的位置将得不到有效的保护,管道的真实电位也会发生正移。保温管道的防腐保温层存在I缺陷或破损时,阴极保护不能为管道提供完个的保护。
  1.2保温管道的阴极保护准则
  目前国内外常用的阴极保护准则有-850mVcse电位准则和100mV极化值准则,但这些则通常是在室温(20-25摄氏度)下被研究和验证的,当运行温度升高时,可能就不再适用。多数研究者认为当运行温度超过60摄氏度时,电位准则应变更为-950mVcse,极化值准则应变更为150-250mV,也有研究者认为电位准则应以2mV/摄氏度进行负向偏移。Kim等对埋地保温钢管的阴极保护准则进行试验研究,试验管段直径为700mm,壁厚为8.7mm,管段中部为焊接处。通过测试钢管不同温度下的极化曲线,发现在80摄氏度时所需阴极保护电位最负,为-1350mVcse(-1427mVcse)。在给定阴定极阴极保护电位-850mVcse和-1427mVcse条件下,测试不同温度下钢管的腐蚀速率(表1),结果表明;当温度高于25摄氏度时,-850mVcse电位准则不再适用,而需要更负的阴极保护电位来提供足够的保护。
1.3保温管道的阴极保护电位测试
    利用地表参比法测量管道的阴极保护电位时,测得的电位将是参比电极作用区域内管道金属表面的混合电位(图4)。对于保温管道这种类似于剥离涂层下的阴极保护形式,测得的电位为参比电极和最近的金属表面通道之间的读数,因此,显示的电位仅仅代表最近的金属/电解质界面。当远离缺陷处有更多的裸露金属表面存在时,电位测量值并不能代表这些远离位置的实际状况(图5)。在这种情况下,仅仅通过地表电位测量技术来评价保温管道的阴极保护效果能不够全面。而目前流行的管地电位密间隔测试技术(CIPS)则更加无法适用。

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