沿海地區(qū)熱力直埋敷設防腐蝕對策

【摘 要】熱力管道直埋敷設具有保溫好、性能好，施工方便的優(yōu)點，但是在沿海地區(qū)，由于地下水位高，含鹽量大，對直埋敷設的補償器、金屬部件等造成腐蝕，產生泄漏。熱力管線泄漏事故是影響供熱質量和城市生活穩(wěn)定性的重要問題，需要著重防止。本文對沿海地區(qū)的熱力直埋敷設進行了探討。

【關鍵詞】沿海地區(qū) 直埋敷設 防敷設

一、直埋熱力管道優(yōu)點

直埋式保溫管由輸送介質的鋼管，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合而成。直埋式預制保溫管較之傳統(tǒng)的各類保溫管材具有十分突出的優(yōu)點：

——保溫性能好，熱損失僅為傳統(tǒng)管材的25%，長期運行可節(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，施工簡便迅速，綜合造價低。

——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30-50年，正確的安裝和使用可使管網維修費用極低。

二、沿海地區(qū)地下水特點及管道腐蝕機理

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，以氯化物占絕對優(yōu)勢；經實際測量，秦皇島的地下水質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1318.74mg/L屬強腐蝕性介質。地面管道的腐蝕主要由大氣腐蝕和輕微的電化學腐蝕造成。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，造成局部電化學腐蝕，這種情況與山洞庫油罐外壁類似。不保溫埋地管道直接跟土壤接觸，長期處于水泡狀態(tài)，腐蝕很嚴重。

三、直埋敷設管道概況

一般來講，熱力管道直埋敷設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層，聚乙烯是防水材料，也不受海水腐蝕，不會進水，但是，每根直埋聚乙烯管道長為12米，管道就需要有接頭，接頭處的處理，由于不是在工廠一次成型，除了內鋼管需要焊接，外面的聚乙烯保護層也需要在現場用塑料焊接起來，接頭處就成了防水最薄弱的地方，成為泄漏的主要部分。而聚氨酯保護層在熱水中會發(fā)生水解，一旦外面的聚乙烯保護層泄漏，水滲透到鋼管內部，會被內側的熱水加熱，然后造成聚氨酯保溫的水解失效。同時，外面的水對內鋼管造成腐蝕，時間稍長，就會釀成泄漏事故。

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，不銹鋼會發(fā)生腐蝕。有關試驗結果顯示：在實驗條件下，304不銹鋼受氯離子作用而點蝕的濃度界限約為150mg／L，316L不銹鋼約為250mg／L。

高氯環(huán)境會造成波紋管補償器的泄漏，同時也會加速內鋼管的腐蝕，熱力管線泄漏事故是影響供熱質量和城市生活溫度性的重要問題，需要著重防止。但是隨著地下管線年限增加，管道老化，泄漏事故呈上升的趨勢。經過對發(fā)生的泄漏事故進行分析，20％的事故是外單位施工、重載車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需要著力解決的一個問題。

我們的做法分為2種：

1. 在一般地面上，直埋敷設沒有采用單純的不銹鋼波紋管補償器，而是在原來的不銹鋼波紋管外面再做了一層套筒式補償器，二種補償器合二為一，套筒外面有高密度聚乙烯保護層，由套筒補償器保護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，由于要保證外護管100%不泄漏，對外護管采用了鋼管，焊接，同時對外護管進行了陰極保護。下面著重以一個熱力管線保護為例，介紹將犧牲陽極陰極保護法應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題。

秦皇島熱力管線穿過大湯河，其外套管總長544.8米，管徑為DN1120，材質為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——管線總面積

D——管線直徑

L——管線長度

設計陰極保護有效年限為30年；

陰極保護系統(tǒng)運行期間，對外界環(huán)境無污染作用，對其他地下金屬構造物無干擾作用

四、犧牲陽極防腐蝕系統(tǒng)的設計

1   犧牲陽極材料的選擇

目前，普遍使用的犧牲陽極材料有三種，即鎂陽極、鋅陽極和鋁陽極，鎂陽極比重小、電位負、對鋼的驅動電壓大，主要應用于土壤介質中；鋅陽極的驅動電壓較小、電流效率高可應用于低電阻率的土壤介質中和水介質中，鋁合金陽極通常在海水介質的船舶、港工設施中應用比較廣泛，在土壤介質中應用較少。

由于被保護管道所處環(huán)境地下水位較高，大湯河的過河管道埋設于淡海水澆灌的土壤中，CI-離子含量高達1318.74mg/L，屬強腐蝕性介質。所以本設計方案：大湯河管道的過河保護選擇規(guī)格為33kg級鋅合金犧牲陽極和11kg級鎂合金犧牲陽極。為了保證犧牲陽極輸出電流穩(wěn)定，提高陽極電流效率，降低陽極接地電阻，阻止陽極表面鈍化層形成，陽極周圍一定要填加嚴格按比例配成的填充料，每支陽極需用填充料50kg，二者裝入布袋之后，組成陽極填料包的尺寸為φ300×1000mm。

2  保護電流密度的選擇和保護電流的計算

金屬構件施加陰極保護時，使金屬達到完全保護時所需要的電流密度為最小保護電流密度，在設計時稱為陰極保護電流密度，選取的陰極保護電流密度大小是影響金屬構件防蝕效果的主要參數，它與最小保護電位（鋼為-0.85V）相對應。如果選取的保護電流密度偏低，會造成保護不足，金屬構件達不到完全保護，產生不同程度的腐蝕；反之，將會造成不必要的浪費。陰極保護電流密度與許多因素有關，如被保護金屬的種類、表面狀態(tài)、表面防腐涂層的種類和質量、介質的性質、有效保護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電流密度由幾個μA/m2變化到數百個mA/m2。本方案借鑒國內外文獻，根據以往的工程經驗和本工程的實際情況，選取陰極保護電流密度為i=1mA/m2。

根據上述“保護對象和范圍”中給出的保護面積和選取的保護電流密度計算保護電流如下：

埋地管線所需保護電流I=i×s=1916mA

3   犧牲陽極用量的計算

鋅陽極的用量按下式計算：

   W=■

式中：W——犧牲陽極用量，kg；

   t——設計保護年限，年；

   Im——平均維持電流值，A；Im=0.85I

  Q——犧牲陽極的實際電容量，Ah/kg；鋅陽極取533

  1/K——犧牲陽極有效利用系數，通常取0.75

將有關數據代入上式，求出陽極的用量為：

W=1071（kg）

埋地管線所需要的陽極數量按下式計算：

n=1071/33=34 （支）

為使管線保護電位極化的更快，再安裝4支11公斤的鎂陽極。

4   陽極布置

陽極鋪設按每組一支，沿管線兩側均勻分布、水平鋪設。

5   陽極的組裝

5.1 陽極表面處理

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

5.2   陽極組合體組裝

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

五、犧牲陽極施工安裝需要注意的地方

1  陽極安裝

犧牲陽極輸出電流的大小和保護范圍與陽極旁離管壁距離有著密切的關系。當陽極旁離管壁較近時，回路電阻較小，陽極輸出電流較大，而電流分布范圍較窄；當陽極旁離管壁較遠時，回路電阻變大，輸出電流較小。本次設計根據現場實際情況，確定水平埋設陽極，陽極埋設位置距管道外壁1—1.5米，最小不小于0.3m，埋設深度與管道中心線深度相同。

2  陽極床澆水

陽極填料包放入陽極坑后，必須對坑內進行澆水，坑內水位必須完全浸沒填料包，且坑內積水必須保持一段時間，以便徹底浸透填料包。

3  陽極焊接

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

4  陽極床回填

陽極床回填前，必須在陽極電纜上鋪設標準磚，防止在以后施工中碰斷電纜，陽極床回填時，禁止向坑內回填沙石、水泥塊、塑料等雜物

5   均壓線的安裝

為避免干擾腐蝕，用電纜將近距離平行的管道連接起來以消除管道之間的電位差，連接方法與犧牲陽極連接方法相同。過大湯河管線設2個均壓點。

6   保護效果監(jiān)測系統(tǒng)