犧牲陽(yáng)極技術(shù)在鋼制煤氣管道工程中的應(yīng)用

摘要：介紹了電化學(xué)腐蝕及犧牲陽(yáng)極的原理。犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)的使用情況，犧牲陽(yáng)權(quán)保護(hù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、施工及投資測(cè)算與經(jīng)濟(jì)分析。

1 電化學(xué)腐蝕及犧牲陽(yáng)極的原理

地下燃?xì)夤艿涝谑褂眠^程中，存在不同性質(zhì)的腐蝕。其中電化學(xué)腐蝕對(duì)于埋地煤氣鋼管威脅最大。因?yàn)殡娀瘜W(xué)腐蝕集中一點(diǎn)，而且速度較快，腐蝕一旦發(fā)生、其速度不會(huì)減慢也會(huì)不停止、往往造成局部穿孔。產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕原因如下：由十土壤各處物理化學(xué)性質(zhì)個(gè)問，管道本身各部分的金相組織結(jié)構(gòu)個(gè)同，如品格的缺陷及含有雜質(zhì)、金屬受冷熱加工而變形產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力、特別是鋼管表面粗糙度不同等原因，使一部分金屬容易電離，帶正電的金屬離子離開金屬、而轉(zhuǎn)移到土壤里，在這部分管段上電子越來越過剩，電位越來越負(fù)；而另一部分金屬不容易電離，相對(duì)來說電位較正。因此電子沿管道由容易電離的部分向不容易電離的部分流動(dòng)、在這兩部分金屬之間的電子有得有失，發(fā)生氧化一還原反應(yīng)。失去電子的金屬管段成為陽(yáng)極區(qū)，得到電子的金屬管段成為陰極區(qū)。腐蝕電流從陰極流向陽(yáng)極、然后從陽(yáng)極流離管段，經(jīng)土壤又回到陰極，形成回路。在作為電解質(zhì)溶液的土壤中發(fā)生了離子遷移、帶正電的陽(yáng)離子(如H+)趨向陰極、帶負(fù)電的陰離子(如OH-)趨向陽(yáng)極。在陽(yáng)極區(qū)帶正電的金屬離子與帶負(fù)電的陰離子發(fā)生電化學(xué)作用、使陽(yáng)極區(qū)的金屬離子不斷電離而受到腐蝕，使鋼管表面出現(xiàn)凹穴，以致穿孔；而陰極則保持完好、如圖1所示。

基于以上原理，采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)可保護(hù)埋地鈉管不受電化學(xué)腐蝕。具體原則如圖2所示。采用比鋼管電位較負(fù)的金屬材料和鋼管相連，電極電位較負(fù)的金屬與電極電位較正的。

圖2 犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)原理圖

被保護(hù)鋼管在土壤中形成原電池、作為保護(hù)電源，電位較負(fù)的金屬成為陽(yáng)極、輸出電流過程中遭受破壞，故達(dá)到保護(hù)鋼管的效果。

2犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)的使用情況

以前常州市城市煤氣中壓管網(wǎng)主要使用鑄鐵管，連接方式是柔性機(jī)械接口，使用鋼管的工程不多。但隨著燃?xì)庥脩舻陌l(fā)展、管網(wǎng)壓力的提高，考慮到今后天然氣的引入及過渡、鋼管越來越廣泛的被應(yīng)用。與鑄鐵管相比，鋼管具有耐壓強(qiáng)度高；對(duì)預(yù)先加工成較長(zhǎng)的管段，減少現(xiàn)場(chǎng)施工的困難；焊接接U的抗震、抗壓性能高的優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)诔ｅa路、城中北路等新敷設(shè)的小壓管網(wǎng)使用了埋地鋼管。但在我市懷德橋改建工程中，有部分敷設(shè)以有十年以上的過街鋼管被挖掘出來，雖然鋼管表面仍有殘留的防腐絕緣層。但由于沒有實(shí)行犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)，鋼管表面留有凹坑。根據(jù)這些情況表明、埋地鋼管外壁防腐絕緣層的損壞是造成管道遭受土壤腐蝕的主要原因。而絕緣層的損壞在施工、維修過程中往往是不可避免的，一旦出現(xiàn)絕緣層的損壞，腐蝕就在被損壞的部位劇烈地進(jìn)行。為了延長(zhǎng)使用壽命、取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，我們決定對(duì)中壓管網(wǎng)采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)和環(huán)氧煤瀝青防腐絕緣層保護(hù)相結(jié)合的方法來達(dá)到防腐的目的。

3犧牲陽(yáng)極保護(hù)的設(shè)計(jì)

以城中北路中壓煤氣鋼管工程為例。經(jīng)測(cè)試該管線地段屬中等強(qiáng)度腐蝕性土壤，土壤電阻率取450·m，我們選用了11kg級(jí)MUG—3型鎂合金犧牲陽(yáng)極、陽(yáng)極尺寸為700 x(70+110)* 90mm。

(1)保護(hù)對(duì)象和范圍：a．外環(huán)路口至北環(huán)路中壓煤氣埋地鋼管：管Φ426。長(zhǎng)度為750m。總表面積為1003m2。b．外環(huán)路干管：管Φ426、長(zhǎng)度為115m、總表而積為154m2。

(2)保護(hù)期限為25年。

(3)在有效保護(hù)期內(nèi)、被保護(hù)地下鋼管的保護(hù)電位控制在＜—0．85V(相對(duì)銅／飽和硫酸銅參比電極)。

(4)計(jì)算

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