沿海地區(qū)熱力直埋敷設(shè)防腐蝕對(duì)策

【摘 要】熱力管道直埋敷設(shè)具有保溫好、性能好，施工方便的優(yōu)點(diǎn)，但是在沿海地區(qū)，由于地下水位高，含鹽量大，對(duì)直埋敷設(shè)的補(bǔ)償器、金屬部件等造成腐蝕，產(chǎn)生泄漏。熱力管線(xiàn)泄漏事故是影響供熱質(zhì)量和城市生活穩(wěn)定性的重要問(wèn)題，需要著重防止。本文對(duì)沿海地區(qū)的熱力直埋敷設(shè)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】沿海地區(qū) 直埋敷設(shè) 防敷設(shè)

一、直埋熱力管道優(yōu)點(diǎn)

直埋式保溫管由輸送介質(zhì)的鋼管，高密度聚乙烯外套管，以及鋼管和外套管之間填充的聚氨酯硬泡沫保溫層緊密結(jié)合而成。直埋式預(yù)制保溫管較之傳統(tǒng)的各類(lèi)保溫管材具有十分突出的優(yōu)點(diǎn)：

——保溫性能好，熱損失僅為傳統(tǒng)管材的25%，長(zhǎng)期運(yùn)行可節(jié)約大量能源，顯著降低能源成本。

——不需制作管道溝，可直接埋入地下，施工簡(jiǎn)便迅速，綜合造價(jià)低。

——在低溫條件下也具有很好的耐腐蝕和耐沖擊性，可直接埋入凍土層。

——使用壽命可達(dá)30-50年，正確的安裝和使用可使管網(wǎng)維修費(fèi)用極低。

二、沿海地區(qū)地下水特點(diǎn)及管道腐蝕機(jī)理

沿海地區(qū)土壤不僅表層積鹽重、心土層含鹽量也很高；鹽分組成與海水基本一致，以氯化物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；經(jīng)實(shí)際測(cè)量，秦皇島的地下水質(zhì)K+離子含量112.32mg/L；Na+離子含量702.32mg/L；Ca2+離子含量115.43mg/L；Mg2+離子含量94.24mg/L； CI-離子含量1318.74mg/L；SO42-離子含量230.54mg/L HCO32-離子含量330.25mg/L尤其是CI-離子含量高達(dá)1318.74mg/L屬?gòu)?qiáng)腐蝕性介質(zhì)。地面管道的腐蝕主要由大氣腐蝕和輕微的電化學(xué)腐蝕造成。管溝管道由于置于潮濕的管溝中，環(huán)境溫度較大，一些有害氣體容易溶人管道表面的水膜中，形成電解液，造成局部電化學(xué)腐蝕，這種情況與山洞庫(kù)油罐外壁類(lèi)似。不保溫埋地管道直接跟土壤接觸，長(zhǎng)期處于水泡狀態(tài)，腐蝕很?chē)?yán)重。

三、直埋敷設(shè)管道概況

一般來(lái)講，熱力管道直埋敷設(shè)使用的直埋管為聚氨酯保溫，外面有一層高密度聚乙烯保護(hù)層，聚乙烯是防水材料，也不受海水腐蝕，不會(huì)進(jìn)水，但是，每根直埋聚乙烯管道長(zhǎng)為12米，管道就需要有接頭，接頭處的處理，由于不是在工廠(chǎng)一次成型，除了內(nèi)鋼管需要焊接，外面的聚乙烯保護(hù)層也需要在現(xiàn)場(chǎng)用塑料焊接起來(lái)，接頭處就成了防水最薄弱的地方，成為泄漏的主要部分。而聚氨酯保護(hù)層在熱水中會(huì)發(fā)生水解，一旦外面的聚乙烯保護(hù)層泄漏，水滲透到鋼管內(nèi)部，會(huì)被內(nèi)側(cè)的熱水加熱，然后造成聚氨酯保溫的水解失效。同時(shí)，外面的水對(duì)內(nèi)鋼管造成腐蝕，時(shí)間稍長(zhǎng)，就會(huì)釀成泄漏事故。

另外，為了保證熱力管道不至于熱脹冷縮造成損壞，在熱力管道上一般還裝有不銹鋼波紋管補(bǔ)償器，在普通的水環(huán)境下，不銹鋼是耐腐蝕的。但是，在高鹽的氯離子環(huán)境下，不銹鋼會(huì)發(fā)生腐蝕。有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示：在實(shí)驗(yàn)條件下，304不銹鋼受氯離子作用而點(diǎn)蝕的濃度界限約為150mg／L，316L不銹鋼約為250mg／L。

高氯環(huán)境會(huì)造成波紋管補(bǔ)償器的泄漏，同時(shí)也會(huì)加速內(nèi)鋼管的腐蝕，熱力管線(xiàn)泄漏事故是影響供熱質(zhì)量和城市生活溫度性的重要問(wèn)題，需要著重防止。但是隨著地下管線(xiàn)年限增加，管道老化，泄漏事故呈上升的趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)生的泄漏事故進(jìn)行分析，20％的事故是外單位施工、重載車(chē)輛行駛在人行道上所致，80％的事故是管道及管件腐蝕所致。防止管道及管件腐蝕成了熱力管線(xiàn)需要著力解決的一個(gè)問(wèn)題。

我們的做法分為2種：

1. 在一般地面上，直埋敷設(shè)沒(méi)有采用單純的不銹鋼波紋管補(bǔ)償器，而是在原來(lái)的不銹鋼波紋管外面再做了一層套筒式補(bǔ)償器，二種補(bǔ)償器合二為一，套筒外面有高密度聚乙烯保護(hù)層，由套筒補(bǔ)償器保護(hù)不銹鋼波紋管不和地下水接觸。防止地下水的腐蝕。

2. 在穿越河底等處，由于要保證外護(hù)管100%不泄漏，對(duì)外護(hù)管采用了鋼管，焊接，同時(shí)對(duì)外護(hù)管進(jìn)行了陰極保護(hù)。下面著重以一個(gè)熱力管線(xiàn)保護(hù)為例，介紹將犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法應(yīng)用于熱力管道防腐中，成功地解決了高氯河底下管道防腐蝕問(wèn)題。

秦皇島熱力管線(xiàn)穿過(guò)大湯河，其外套管總長(zhǎng)544.8米，管徑為DN1120，材質(zhì)為Q235B，外防腐材料為800微米厚熔融環(huán)氧粉末涂層。 套管外壁面積為

S=π×D×L=1916m2

S——管線(xiàn)總面積

D——管線(xiàn)直徑

L——管線(xiàn)長(zhǎng)度

設(shè)計(jì)陰極保護(hù)有效年限為30年；

陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行期間，對(duì)外界環(huán)境無(wú)污染作用，對(duì)其他地下金屬構(gòu)造物無(wú)干擾作用

四、犧牲陽(yáng)極防腐蝕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1   犧牲陽(yáng)極材料的選擇

目前，普遍使用的犧牲陽(yáng)極材料有三種，即鎂陽(yáng)極、鋅陽(yáng)極和鋁陽(yáng)極，鎂陽(yáng)極比重小、電位負(fù)、對(duì)鋼的驅(qū)動(dòng)電壓大，主要應(yīng)用于土壤介質(zhì)中；鋅陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電壓較小、電流效率高可應(yīng)用于低電阻率的土壤介質(zhì)中和水介質(zhì)中，鋁合金陽(yáng)極通常在海水介質(zhì)的船舶、港工設(shè)施中應(yīng)用比較廣泛，在土壤介質(zhì)中應(yīng)用較少。

由于被保護(hù)管道所處環(huán)境地下水位較高，大湯河的過(guò)河管道埋設(shè)于淡海水澆灌的土壤中，CI-離子含量高達(dá)1318.74mg/L，屬?gòu)?qiáng)腐蝕性介質(zhì)。所以本設(shè)計(jì)方案：大湯河管道的過(guò)河保護(hù)選擇規(guī)格為33kg級(jí)鋅合金犧牲陽(yáng)極和11kg級(jí)鎂合金犧牲陽(yáng)極。為了保證犧牲陽(yáng)極輸出電流穩(wěn)定，提高陽(yáng)極電流效率，降低陽(yáng)極接地電阻，阻止陽(yáng)極表面鈍化層形成，陽(yáng)極周?chē)欢ㄒ罴訃?yán)格按比例配成的填充料，每支陽(yáng)極需用填充料50kg，二者裝入布袋之后，組成陽(yáng)極填料包的尺寸為φ300×1000mm。

2  保護(hù)電流密度的選擇和保護(hù)電流的計(jì)算

金屬構(gòu)件施加陰極保護(hù)時(shí)，使金屬達(dá)到完全保護(hù)時(shí)所需要的電流密度為最小保護(hù)電流密度，在設(shè)計(jì)時(shí)稱(chēng)為陰極保護(hù)電流密度，選取的陰極保護(hù)電流密度大小是影響金屬構(gòu)件防蝕效果的主要參數(shù)，它與最小保護(hù)電位（鋼為-0.85V）相對(duì)應(yīng)。如果選取的保護(hù)電流密度偏低，會(huì)造成保護(hù)不足，金屬構(gòu)件達(dá)不到完全保護(hù)，產(chǎn)生不同程度的腐蝕；反之，將會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。陰極保護(hù)電流密度與許多因素有關(guān)，如被保護(hù)金屬的種類(lèi)、表面狀態(tài)、表面防腐涂層的種類(lèi)和質(zhì)量、介質(zhì)的性質(zhì)、有效保護(hù)年限以及外界條件的影響等。這些因素的差異可使陰極保護(hù)電流密度由幾個(gè)μA/m2變化到數(shù)百個(gè)mA/m2。本方案借鑒國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況，選取陰極保護(hù)電流密度為i=1mA/m2。

根據(jù)上述“保護(hù)對(duì)象和范圍”中給出的保護(hù)面積和選取的保護(hù)電流密度計(jì)算保護(hù)電流如下：

埋地管線(xiàn)所需保護(hù)電流I=i×s=1916mA

3   犧牲陽(yáng)極用量的計(jì)算

鋅陽(yáng)極的用量按下式計(jì)算：

   W=■

式中：W——犧牲陽(yáng)極用量，kg；

   t——設(shè)計(jì)保護(hù)年限，年；

   Im——平均維持電流值，A；Im=0.85I

  Q——犧牲陽(yáng)極的實(shí)際電容量，Ah/kg；鋅陽(yáng)極取533

  1/K——犧牲陽(yáng)極有效利用系數(shù)，通常取0.75

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，求出陽(yáng)極的用量為：

W=1071（kg）

埋地管線(xiàn)所需要的陽(yáng)極數(shù)量按下式計(jì)算：

n=1071/33=34 （支）

為使管線(xiàn)保護(hù)電位極化的更快，再安裝4支11公斤的鎂陽(yáng)極。

4   陽(yáng)極布置

陽(yáng)極鋪設(shè)按每組一支，沿管線(xiàn)兩側(cè)均勻分布、水平鋪設(shè)。

5   陽(yáng)極的組裝

5.1 陽(yáng)極表面處理

在組裝犧牲陽(yáng)極之前，應(yīng)檢驗(yàn)陽(yáng)極表面是否有油污和氧化物。犧牲陽(yáng)極表面的油污和氧化物能降低陽(yáng)極的活性，影響陽(yáng)極電流的發(fā)生。所以陽(yáng)極表面如存在油污和氧化物，應(yīng)采用砂紙將陽(yáng)極表面打磨干凈。

5.2   陽(yáng)極組合體組裝

每只陽(yáng)極配vv1×10電纜3米，電纜與陽(yáng)極鋼芯焊接，焊接長(zhǎng)度不小于50毫米，連接處采用雙層特殊密封工藝進(jìn)行密封。電纜的另一端與60×40的扁鋼焊接，焊接長(zhǎng)度不小于40毫米，連接處采用雙層特殊密封工藝進(jìn)行密封。每條特制的白布袋裝填充料50kg，裝一支經(jīng)表面處理過(guò)的組裝型犧牲陽(yáng)極，陽(yáng)極放置在填料包的正中央，陽(yáng)極必須被填充料緊密包敷，嚴(yán)禁明顯偏心。

五、犧牲陽(yáng)極施工安裝需要注意的地方

1  陽(yáng)極安裝

犧牲陽(yáng)極輸出電流的大小和保護(hù)范圍與陽(yáng)極旁離管壁距離有著密切的關(guān)系。當(dāng)陽(yáng)極旁離管壁較近時(shí)，回路電阻較小，陽(yáng)極輸出電流較大，而電流分布范圍較窄；當(dāng)陽(yáng)極旁離管壁較遠(yuǎn)時(shí)，回路電阻變大，輸出電流較小。本次設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定水平埋設(shè)陽(yáng)極，陽(yáng)極埋設(shè)位置距管道外壁1—1.5米，最小不小于0.3m，埋設(shè)深度與管道中心線(xiàn)深度相同。

2  陽(yáng)極床澆水

陽(yáng)極填料包放入陽(yáng)極坑后，必須對(duì)坑內(nèi)進(jìn)行澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒(méi)填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時(shí)間，以便徹底浸透填料包。

3  陽(yáng)極焊接

陽(yáng)極與被保護(hù)管線(xiàn)之間采用電焊連接，即將陽(yáng)極電纜一端的鋼片與被保護(hù)的鋼管的引出鋼筋直接焊接在一起，焊縫總長(zhǎng)度大于40mm，焊點(diǎn)處采用環(huán)氧煤瀝青處理。

4  陽(yáng)極床回填

陽(yáng)極床回填前，必須在陽(yáng)極電纜上鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)磚，防止在以后施工中碰斷電纜，陽(yáng)極床回填時(shí)，禁止向坑內(nèi)回填沙石、水泥塊、塑料等雜物

5   均壓線(xiàn)的安裝

為避免干擾腐蝕，用電纜將近距離平行的管道連接起來(lái)以消除管道之間的電位差，連接方法與犧牲陽(yáng)極連接方法相同。過(guò)大湯河管線(xiàn)設(shè)2個(gè)均壓點(diǎn)。

6   保護(hù)效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)