摘要：某機場機坪加油管線擴建工程竣工驗收階段，在對犧牲陽極保護系統(tǒng)進行測試時,，發(fā)現(xiàn)陰極保護電位沒能達到規(guī)范要求的-850 mV,。經(jīng)過分析調(diào)查,，造成此問題的原因可能是管線外防腐層的變化,、舊機坪的雜散電流以及管線土壤電阻率的變化,，重點從管線外防腐層自身性質(zhì)和工藝計算兩個方面分析了對犧牲陽極保護系統(tǒng)效果的影響情況,。該工程犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)管道保護電位不達標的原因主要是新舊機坪管線絕緣問題和犧牲陽極組數(shù)量不足,，據(jù)此進行整頓后管道保護電位達標,。

關鍵詞：機坪管線,；3PE,；環(huán)氧煤瀝青,；犧牲陽極法

0 引言

國內(nèi)某機場擴建工程配套的機坪加油管線竣工驗收過程中,，對犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)進行驗收測試，抽樣檢測的幾處管線測試樁陰極保護電位沒有達到-850 mV,，但測量數(shù)值相差不是特別大,。結(jié)合此次驗收測試的結(jié)果以及該工程內(nèi)外部環(huán)境，分析可能造成此種結(jié)果的主要原因,，并重點探討管線外防腐層的影響情況,。

1 工程概況

該工程屬于二次擴建項目，存在新舊機坪加油管線銜接的情況,，并且新舊坪加油管線正在運行當中,。擴建的機坪加油管線采用Φ323.9×7.9 mm L245、設計壓力1.6 MPa,、全線長度為5.5 km,。外防腐層設計采用3PE加強級，變更為環(huán)氧煤瀝青加強級,，陰極保護系統(tǒng)采用鎂合金犧牲陽極保護,，每組設3支11 kg鎂陽極。

2 影響因素分析

此次陰極保護系統(tǒng)驗收,，通過現(xiàn)場儀器測得陰極保護電位數(shù)值與規(guī)范要求的-850 mV相差不是特別大,，首先排除犧牲陽極系統(tǒng)失效或者檢測設備故障的原因，極可能是犧牲陽極保護系統(tǒng)保護電流不足或受到外部雜散電流的干擾,。結(jié)合擴建機坪加油管內(nèi)外部環(huán)境分析,，可能存在如下幾點影響因素[1]：

(1)管線外防腐層。根據(jù)設計單位反饋,，此次犧牲陽極保護系統(tǒng)在設計參數(shù)選定時,，按照原設計選用的3PE防腐層考慮，現(xiàn)場施工對外防腐層進行變更調(diào)整為環(huán)氧煤瀝青與舊機坪加油管線外防腐保持一致,。因此,，變更后原設計犧牲陽極組不夠,，造成管線保護電流達不到要求。

(2)外部雜散電流,。雜散電流源主要是舊機坪管線陰極保護系統(tǒng),、機場供電設施及埋地電纜。盡管新舊機坪加油管線連接處增加了絕緣設備,，但由于舊機坪管線已經(jīng)運行多年，會有留出的雜散電流通過土壤流入擴建機坪管線中,。進行竣工驗收時,，舊機坪區(qū)仍在正常運行，機坪內(nèi)的供電設施以及舊管線陰極保護等會產(chǎn)生雜散電流,，對管線造成影響,。此因素可能性較大，現(xiàn)場重點排查,。

(3)土壤的變化,。在施工整個過程中，管線周圍的土壤由于運輸和換填等原因發(fā)生部分變化,，使土壤電阻率發(fā)生變化,；在施工到竣工驗收這段時間內(nèi)，土壤中水分,、含氧量和酸堿性的變化使得土壤電阻率發(fā)生變化,。

3 管線外防腐的影響

通過對比環(huán)氧煤瀝青和3PE防腐涂層物理化學特性，以及兩種外防腐層對犧牲陽極保護工藝計算數(shù)值影響,，明確管道外防腐層對犧牲陽極保護效果影響,。

3.1 外防腐層性能比較

環(huán)氧煤瀝青屬于薄型涂層，厚度一般小于1 mm,，并且面積電阻很小,，由環(huán)氧樹脂、煤瀝青,、固化劑及防銹顏料所組成的涂料,，具有良好的物理機械性能，耐化學介質(zhì)的腐蝕,，電絕緣性好,、抗水滲透、抗微生物侵蝕,、抗雜散電流,、耐熱及溫差聚變等性能[2-3]。

3PE涂層厚度范圍在2～4 mm,，面電阻很大,，由熔結(jié)環(huán)氧粉末,、膠粘劑和擠出聚乙烯組成。將環(huán)氧涂層和擠壓聚乙烯的優(yōu)良性質(zhì)結(jié)合起來,，顯著改善了各自的性能,，具有優(yōu)良的化學防腐性和較高的機械性能，尤其是耐磨性和附著力最佳[4-5],。

環(huán)氧煤瀝青涂層厚度和面電阻較3PE涂層小,，施工要求比較嚴格，在物理和化學性能上不及3PE涂層,。鑒于3PE優(yōu)越的綜合性能,，廣泛應用在管線外防腐上，較環(huán)氧煤瀝青涂層能更好地保證管線陰極保護的效果,。

3.2 陰保參數(shù)計算

鎂合金犧牲陽極工藝計算其他條件一樣,，僅防腐涂層分別為3PE和環(huán)氧煤瀝青兩種情況，通過對比計算結(jié)果,，說明對外防腐層的影響程度,。

本文中犧牲陽極計算方法如下：

(1)單支陽極接地電阻計算(按水平放置)[6]

(1)

式中：Rh為水平式陽極接地電阻，Ω,； ρ為土壤電阻率,，暫定50 Ω·m；ρg為填充料電阻率,，取1 Ω·m,；lg為陽極長度，取0.7 m,；Dg為預包裝犧牲陽極直徑,，取0.3 m；tg為陽極中心至地面距離,，取1.2 m,；dg為陽極等效直徑，m,dg=,。

經(jīng)計算,，8 kg陽極,dg=0.096 m；11 kg陽極,，dg=0.12 m(暫取11 kg陽極),；

因此，Rh =21.28 Ω,。

(2)設每組3支11 kg級鎂陽極

陽極組接地電阻Ra= K(Rh/n ) =9.22 (K取1.3),。

(3)管道所需保護電流

設環(huán)氧煤瀝青涂層和3PE涂層兩種，管線均為5.5 km，管徑Φ323.9×7.9 mm,，材料為L245鋼管進行計算：

參考SY/T0036-2000中的保護電流密度[7]：

環(huán)氧煤瀝青,取i=0.1 mA/m2,；3PE涂層,取i=0.04 mA/m2。

則5.5 km管道所需保護電流：環(huán)氧煤瀝青,IA=i×S=559.8 mA,；3PE涂層, IA= i×S =223.93 mA,。

(4)陽極輸出電流

陽極輸出電流公式

Ia=

(2)

式中：Ia為陽極輸出電流，A,；Ec為陰極開路電位,，取-0.55 V；Ea為陽極開路電位,，取-1.50 V,；ec為陰極極化電位，取-0.85 V,；ea為陽極極化電位，取-1.40 V,；Ra為陽極接地電阻,，Ω；Rc為陰極過渡電阻,，Ω,；Rw為回路導線電阻，Ω,。

Rc計算如下[6]：

(3)

a=

(4)

式中：RT為涂層過渡電阻,，3PE涂層取105 Ω·m2，環(huán)氧煤瀝青取5 000 Ω·m2,；γT為單位長度管道電阻,，Ω·m； a為管道衰減因數(shù),，m-1,；L為被保護管道長度。

本式中鋼管電阻率取0.224 Ω·mm2/m,，則γT=2.82×10-5 Ω/m,；

可知，3PE涂層,a =1.69×10-5 m-1,；環(huán)氧煤瀝青,，a =7.58×10-5 m-1；

所以,，3PE涂層,，Rc=8.957 Ω；環(huán)氧煤瀝青，Rc=0.472 Ω,。

查表可知,，VV1×10鋼芯導線電阻為0.29 Ω/km，設每支陽極電纜為6 m,，則3支陽極導線電阻為Rw=5.8×10-4 Ω,。

經(jīng)計算，3PE涂層,，Ia=0.027 5 A,；環(huán)氧煤瀝青，Ia=

0.051 6 A,。

(5)犧牲陽極數(shù)量

陽極數(shù)量按式(5)計算：

N=

(5)

式中：N為陽極數(shù)量,；IA為所需保護電流；Ia為陽極組輸出電流,；f為備用系數(shù),，取2～3。

計算得,，3PE涂層,，N=16.3，取17組,；環(huán)氧煤瀝青,N=21.7,，取22組。

犧牲陽極保護所需陽極組數(shù)目取決于所需要的保護電流和陽極輸出電流,，而這兩個參數(shù)因為管道外防腐類型不同差別較大,。3PE涂層所需保護電流IA=

0.055 98 A，陽極輸出電流Ia=0.027 5 A,；環(huán)氧煤瀝青所需保護電流IA=0.559 8 A ,，陽極輸出電流Ia=

0.051 6 A。

計算中,，不同外防腐層陽極輸出電流計算值比較固定,，而不同防腐所需電流保護密度取值則在一定的范圍內(nèi)，此次計算環(huán)氧煤瀝青陽極輸出電流為3PE涂層的2倍左右,，但所需要的保護電流卻是3PE涂層的10倍左右,，所需要陽極組數(shù)量為3PE涂層的5倍左右。因此,，對于犧牲陽極陰極保護計算參數(shù),，外防腐層電阻率是其中比較重要的影響因子。

3.3 整改措施和效果

針對上述分析的原因,，現(xiàn)場后期進行重點排查,，發(fā)現(xiàn)新老機坪管線連接處的絕緣設施出現(xiàn)問題,，經(jīng)過測量達不到要求的絕緣性能。據(jù)此,，對連接處的結(jié)緣設施進行更換,，并測試絕緣設施的絕緣性能符合要求。同時,，根據(jù)對犧牲陽極在不同外防腐層的條件下進行核算,，發(fā)現(xiàn)3PE涂層的犧牲陽極數(shù)量不能滿足環(huán)氧煤瀝青涂層的需求，增加犧牲陽極組的數(shù)量,。

采取整頓措施后,，再次測試犧牲陽極保護系統(tǒng)，管道的保護電位符合要求,。

4 結(jié)束語

通過以上討論可知,，不同的外防腐層對犧牲陽極保護效果是有影響的，由于環(huán)氧煤瀝青和3PE涂層電阻率的差別,，導致陰極保護系統(tǒng)所需要的保護電流不同,，也影響陽極輸出電流的大小，所需的陽極組數(shù)存在差異,。通過計算數(shù)值可以定量分析,，但計算代入?yún)?shù)值的選取對結(jié)果影響比較大；而對外防腐層性質(zhì)的比較,，可以定性了解對陰極保護效果的影響。

針對機坪管線距離較短的情況,，采用犧牲陽極作為陰極保護方案,，由于犧牲陽極本身保護電流不均勻、可調(diào)節(jié)性小以及穩(wěn)定性差等,，為了保證陰極保護效果,，建議優(yōu)先考慮3PE防腐層。目前,，在長距離輸油管道上,，很少單獨采用犧牲陽極保護，通常是和強制電流法結(jié)合起來,，采用以強制電流為主,，犧牲陽極為輔的方案，并且管線外防腐也采用3PE防腐層進行保護,。

參考文獻：

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Analysis of Hydrant Pipeline Outer CorrosionPrevention Influence on Cathodic Protection

ZHU Hao

(Beijing Aviation Oil Construction Limited Company,，Beijing 100621,，China)

Abstract：On the stage of the airport hydrant pipeline extension project complete acceptance，when taking a test on sacrificial anode protection system，it was found that the cathodic protection potential did not scratch -850 mV which specified by standard. After analysis and investigation,，the pipeline outer corrosion variation, stray current of old hydrant and soil resistivity variation were the probable cause,，and the outer corrosion prevention features and process calculation were focused on to analyze influence of sacrificial anode protection system effect. The main reasons of this project sacrificial anode protection system pipeline protection potential which is unqualified were insulation problem of the new and old hydrant pipeline, and the insufficient scrificial anode amount. Accordingly, the pipeline protection potential was qualified after rectifying.