 |
滄州盛邦管道集團有限公司
主營產品： 鋼套鋼保溫管，鋼套鋼直埋保溫管，聚氨酯保溫管，預制直埋保溫管 |
公司信息
鋼套鋼預制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護
2018-11-8 閱讀(336)
鋼套鋼預制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護
引言 隨著城鎮集中供熱和熱電聯產的大力發展，蒸汽管道技術在國內得到了廣泛應用，而且直埋敷設以其保溫效果好、節能效率高、安裝方便、施工周期短、使用壽命長、維護費用低等優點，在供熱系統中的直埋管網日益增多。然而，有關直埋蒸汽保溫管道外套管的腐蝕與防護問題是關系到直埋供熱管道的經濟性、安全性、可靠性及使用壽命的關鍵因素。直埋蒸汽管道的外套管應保證使內管和保溫材料在嚴格防水的空間內運行，如果外套管損壞’腐蝕、機械損傷、焊接質量等原因造成(，地下水滲流進保溫層，受到內管高溫的蒸發變為水蒸汽，使保溫材料的界面溫度和外套管的外表溫度難以控制，嚴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、通訊設施造成熱污染或破壞)&、!*，類似事故國內外都發生過。隨著管網服役時間的延長，為了安全生產，杜絕損壞后患，蒸汽直埋外套管的腐蝕與防護已成為當務之急。 本文對大連市熱電集團有限公司所屬的金家套低洼地供熱管網改造工程鋼套鋼直埋蒸汽管道外套鋼管在土壤介質中腐蝕狀況進行分析，進而根據外套鋼管實施犧牲陽極的陰極保護工作，研究了陰極保護在供熱管網實際中的應用。 !管線土壤腐蝕性勘察 金家套低洼地供熱管網改造工程管道采用淺埋直埋鋪設，蒸汽設計溫度為+"",， 壓力為&$+-./。該工程采用“鋼套鋼”雙脫開式復合保溫結構，內鋼管采用01!"2&" 的3!+45碳鋼管，外套鋼管采用920電焊6!4/7鋼管，管線全長40"2。保溫材料為巖棉管殼，蒸汽管穿閥門井壁及內外套管之間采用柔性防水套管連接。管外壁采用環氧煤瀝青三布五油涂層保護’為加強防護結構。 外套鋼管在土壤中的腐蝕主要是電化學腐蝕，因此對土壤的腐蝕性進行正確地評估是實施陰極保護的基礎性工作。在實際工程中通過勘查管網沿線的土壤電阻率和對已服役多年而沒有進行電化學陰極保護的舊管線的管對地電位來評價土壤腐蝕率。 金家套低洼地供熱管網改造工程地帶的土壤電阻率!和管道自然腐蝕電位進行現場勘察，測試結果列于表3。該地帶!值在#38//"?2之間，鋼套管對地電位均負于% "$//"&’管網的自然腐蝕電位均偏低，沒有達到*保護的電位（負于%"$9/&）:4; ，處于腐蝕狀態。
鋼套鋼預制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護
依據國內外有關的判別標準，金家套低洼地供熱管網改造工程地帶管道基本上處于較強的腐蝕性土壤環境之中:#;，需要進行電 化學陰極保護。 4分析外套鋼管的腐蝕狀況 對已服役多年的腐蝕6!4/7外套鋼管觀察了腐蝕形貌。經觀察表明，大部分管子遭受銹蝕，呈黑褐色，且腐蝕產物沉積在金屬表面，形成宏觀上的腐蝕產物，致使管子脫皮、粗化、減薄甚至局部潰爛損傷。圖3示出腐蝕6!4/7外套鋼管外壁掃描電鏡照片。由圖可知，管外銹層有些部分呈絮狀大顆粒，腐蝕產物疏松、不連續分布，表征了均勻腐蝕特征。這說明，腐蝕產物盡管覆蓋在金屬表面，但仍沒有起到防護作用對腐蝕的6!4/7外套鋼管進行金相顯微 鏡觀察，結果示于圖!。6!4/7鋼顯微組織為鐵素體和珠光體組織。照片中亮的部分是鐵素體，呈網絡狀多面體晶粒組成，黑的部分則是珠光體組織，
在管外壁處出現了脫碳層。
這是由于鐵素體和珠光體組織電極電位不同，在土壤中形成腐蝕微電池。電極電位較負的 鐵素體作為陽極而不斷被腐蝕（/），特別是土壤 中含水、存在氧、氯離子等都會加速它的腐蝕。這屬于電化學腐蝕的范疇，是外套管腐蝕破壞的主要形式#物理技術檢測結果 圖4示出6!4/7外套鋼管外壁銹層的電 子能譜分析（<=>）結果。由圖可見，管外壁表層主要由?@、-、,和)A等元素組成。值得指 出的是，管外壁表面銹層中發現)
鋼套鋼預制蒸汽管外套管的腐蝕與陰極保護
!&()外套鋼管外壁電子能譜分析 明，在環境中土壤環境中*+和,元素參與了鋼管的腐蝕歷程。 ’!&()外套鋼管表面銹層的-%射線衍射分析結果列于圖#。管外壁表層主要有./!0&和./0的鐵的氧化物，./*+!、./,!和 ./,構成，這一結果與上述電子能譜分析基本相吻合。 由上述分析可知，’!&()外套鋼管的腐蝕主要來之：（1）長期處于較強的腐蝕性土壤環境之中的蒸汽管道由于管道涂層在施工及搬運等過程中不同程度的破損，以及有些設計外壁使用溫度過高，使得環氧煤瀝青涂料性能早期失效、老化引起鋼質管道的電化學局部腐蝕（!）由于蒸汽管道沿線土壤結構和土質的不均勻性以及水位線較高，含有氯離子和硫化物，加之新、舊管道之間的電位差，可加速舊管線及潮濕地帶管線局部腐蝕。 （&）金海達酒店后固定墩處與鐵道平行，且有地下電纜、高壓線及接地線等，所以沿線管道可遭受雜散電流腐蝕。若不進行及時排流處理，將會加速該處腐蝕穿孔，早期損傷。 (管網陰極保護主要技術指標 （1）根據中國石油天然氣總公司頒布的,234""15%56的規范，對土壤電阻率，!低于1"""?7鋼質埋地管道和常年處在水介 質環境中的鋼質管線應進行電化學保護。 （!）保護長度 由于金家套低洼地供熱管網改造工程沿線土壤電阻率較低，基本上處于較強的腐蝕性土壤環境之中，故對外套鋼管道實施犧牲陽極保護，保護管線總長度為&6"7。（&）保護準則8$根據中國石油天然氣總公司,234""15%569埋地鋼質管道犧牲陽極保護設計規范:的規定，被保護鋼質管道對地電位應負于%"$;(<=*>3*>,0#參比電極?。 @$陽極設計壽命大于!(年。（#）沿線建立測試樁1座。 （(）陽極的參數 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$陽極的支數：&;支。H$陽極的接地電阻：#IJ"9J:。/$陽極的輸出電流：&J7C。K$陽極的zui小保護電流密度：1$"7C37!。 B$陽極的保護長度：&"7，陽極的屏蔽系數取1$5!"。 L$添包料選擇： 石膏粉：工業硫酸鈉：膨潤土M6(：(：!"。 J犧牲陽極系統參數的測定 犧牲陽極施工后，在測試樁處測定了陽極的保護電位、陽極開路電位、陽極接地電阻、陽極的輸出電流，結果列于表!。 可見，測試樁的保護電位負于%"$/&, 01231245#參比電極6，說明整個陰極保護系統穩定，電位分布均勻，陽極保持較負的工作電位，提供較高的驅動電壓，使管網處于良好的保護狀態，防止了土壤的電化學腐蝕。同時，陽極的開路電位負于%’$#"",7陽極接地電阻在#!范圍，達到設計技術指標。 犧牲陽極保護后，對測試樁的陰極保護電位進行跟蹤觀察，其結果列于表-。經保護!"個月的實踐表明，隨時間的推移管道保護電位雖有緩慢升高的趨勢，但處于%’$’-!8%"$9+9,之間，電位穩定，達到陰極保護的電位標準。 +結論 通過對大連市熱電集團有限公司所屬的金家套低洼地供熱管網改造工程鋼套鋼直埋蒸汽管道外套鋼管在土壤介質中腐蝕狀況的分析，設計了犧牲陽極的陰極保護方法。結果表明：’$對:!-&;外套鋼管金相顯微鏡觀 察，發現在管外壁處出現了脫碳層，電極電位較負的鐵素體作為陽極而遭受電化學腐蝕。!$:!-&;外套鋼管外壁銹層的電子能譜分析結果，管外壁表層主要由<=
、
5、4和1>等元素組成。說明，在環境中土壤環境中1>和4元素參與了鋼管的腐蝕歷程。 -$:!-&;外套鋼管表面銹層的?%射線衍射分析結果，管外壁表層主要有<=!5-和<=5的鐵的氧化物，<=1>!、<=4!和<=4構成。 #$外套鋼管實施犧牲陽極的陰極保護后，保護電位處于%’$’-!8%"$9+9,之間，陰極保護系統穩定，陽極保持較負的工作電位，使管網處于良好的保護狀態，腐蝕得到有效的抑制，達到了設計技術指標。
