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21 稠油污水处理站阴极保护测试及维护措施(刘进)

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21 油污 水处理 阴极保护 测试 维护 措施 刘进
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- 127 进 姜春花 (中国石油集团工程设计有限责任公司新疆设计院 新疆 克拉玛依) 摘要: 本文通过对新疆油田六、九区污水处理站阴极保护系统测试,发现牺牲阳极已经无法满足目前站区管道和储罐的阴极保护要求。通过对现场实际情况调查,阴极保护测试数据的分析,提出了既能满足生产要求,又能满足污水处理站安全运行的阴极保护维护措施。 关键词: 污水处理站 牺牲阳极 阴极保护 维护措施 1 概述 目前新疆油田站区储罐和管道都采取了涂层防护手段, 采用涂层与阴极保护结合进行腐蚀防护的较少,从近年来运行效果看,防护水平都有了很大提高。对储罐、管道而言易于施工的大面积部位的腐蚀防护涂层起到了积极的作用,但由于施工、涂层本身,储罐内部结构复杂等原因,造成涂层难以实现 100%的面积覆盖,从而很难避免局部腐蚀、孔蚀的发生。因此,采用涂层防腐和阴极保护相互配合,涂层防护用于整体腐蚀防护,阴极保护防止局部腐蚀,二者结合,相互补充,从而延长储罐、管道的使用寿命,减少腐蚀泄露,实现安全生产。 六、九区污水处理站位于克拉玛依东南部,1998 年站区建设 1 座2000001 年六、九区污水处理站建成,建设 2 座200 座和500 座1000 2000 9000 18座储罐。2003 年新建1座 500 座2000 六、九区污水处理站站区土壤电阻率 0~20Ωm,属于低电阻率的土壤。从理化性质数据看,其土壤的 中性,不会发生酸腐蚀;含盐量 含盐量较高,属于强腐蚀地区。由于其电阻率低,电流在土壤中的损耗小于传输,所以容易施加阴极保护电流,更适合牺牲阳极阴极保护。 考虑到站区属于强腐蚀地区, 因此站区储罐和管道外壁采用涂层和牺牲阳极阴极保护联合的区域阴极保护方式。 六、九区污水处理站区域性阴极保护系统运行 10 年来,取得了明显的保护成效。由于后续新增部分储罐和管道未施加阴极保护,同时阴极保护系统也运行 10年有余,部分阳极已经消耗,远远达不到保护效果。因此,我们进行了现场调查和阴极保护情况测试。 2 现场调查 (1)1998 年站区建设 1座 2000 (2)2001 年站区建设管道外壁防腐面积约 7000区管道埋设 43 组 8镁合金阳极 179 支。建设储罐 18座,埋设 14镁合金阳极 150 支,11镁合金阳极 16支。 (3)2003 年新建 1 座500 有新建 1 座2000 4镁合金阳极 10 支。 3 阴极保护运行情况测试 位评定准则 在阴极保护技术的工程应用中, 进行阴极保护的设计、 控制和效果评定都以测量被保护建构物的极化电位是否达到保护电位为依据。 保护电位有一个范围, 这就涉及两个重要的参数最小保护电位和最大保护电位。 当被保护建构物的电位处于这个电位区间时, 即达到了有效保护。 - 128 般情况 (1)管道阴极保护电位(即管/地界面极化电位,下同)≤: (2)阴极保护状态下管道的极限保护电位≥ (3)对高强钢(最小屈服强度大于 550耐蚀合金钢,如马氏体不锈钢,双相不锈钢等,极限保护电位则要根据实际析氢电位来确定。其保护电位≥ (4)在厌氧菌或 其他有害菌土壤环境中,管道阴极保护电位≤ (5)土壤电阻率 境中的管道,阴极保护电位≤在土壤电阻率大于 环境中的管道,阴极保护电位≤ 殊情况 当一般情况准则难以达到时,可采用阴极极化或去极化电位差>100合金牺牲阳极阴极保护 (1)镁合金牺牲阳极开路电位≤ (2) (3)牺牲阳极接地电阻≤2Ω (4)牺牲阳极埋设点土壤电阻率≤量的方法 量要求 (1)仪表应具有满足测试要求,显示速度,携带方便,耗电小,坚固耐震,按国家有关规定进行校验。 (2)提高准确度宜选用数字式仪表。 (3)直流电流表选用原则: ①内阻应小于被测回路总电阻的 5% ; ②电流表的灵敏阀应小于被测电流值的 5% ; ③电流表准确度应不低于 。 (4)直流电压表选用原则 ①内阻≥100Ω ②灵敏阀应小于被测电压值的 5% ; ③准确度应不低于 (5)管铜电极采用紫铜(纯度>; ②用化学纯用蒸馏水配制; ③渗透膜采用渗透率高的微孔材料; ④允许电流密度≤5μA/6)连接点接触良好 (7)导线宜采用铜芯绝缘软线,若有电磁干扰时宜选用屏蔽导线。 地电位测试 (1)地表参比法 ①用于测量自然电位、保护电位和牺牲阳极的开路,闭路电位的测量; ②线路连接; ③使用高阻电压表,推荐使用数字万用表,如 - 129 -④在管道顶上方潮湿土壤,保证与土壤接触良好。每次采用方法应相同,不然测量误差太大造成错误判断; ⑤电压表拨打合适的量程上。 (2)近参比法 ①当土壤 荐采用近参比法。 ②沿管顶方向,距测试桩 1m 范围内挖一个安放参比电极的探坑,将参比电极置于距管顶3~5。 壤电阻率的测量 四极法测量步骤: a、 在测量区沿直线等距离插入四根金属电极, 电极彼此相距 S 米, 插入地表深度为 1/20壤电阻率 ρ=2π为S 米深土壤电阻率。 b、将仪表稳定平放地面,调整仪表指针在标准黑线上; c、打开 2 连接片,四根导线分别连接相应的电极上; d、倍率开关置于 ,转动手摇发电机(120转/分)同时旋转测量标度盘旋钮使指针对准标准黑线,如小于 1,倍率减小一档,(倍率标度在 3档 1,得到准确值,R=倍率档值×测量标度盘读数; 地电阻测量 (1)辅助阳极接地电阻测量 采用三级法,土壤电阻率均匀时,远电极距阳极 2L,中间极距阳极 L,测量接地电阻。测量过程中,移动 3 次中间级,移动距离为 10%L。如 3 次测量的数据接近,则取此电阻值。其中 L 为阳极长度,测量方向与阳极方向垂直; (2)测量牺牲阳极接地电阻时,间距分别为 20米和 40 米。注意应把阳极与管道断开。 试结果 表 1 六、九区污水处理站管道阴极保护测试数据 阳极组 测试点 保护电位(V) 运行情况 开路电位(V) 接地电阻(Ω) 1#测试桩 常 #测试桩 常 #测试桩 效 68(失效) 效) 4#测试桩 常 #测试桩 保护 #测试桩 常 2#测试桩 效 效) 13#测试桩 保护 4#测试桩 保护 7#测试桩 效 效) 20#测试桩 常 1#测试桩 保护 3#测试桩 效 效) 24#测试桩 常 5#测试桩 常 6#测试桩 效 效) - 130 试桩 效 效) 28#测试桩 保护 0#测试桩 效 效) 32#测试桩 保护 4#测试桩 常 7#测试桩 常 8#测试桩 常 2#测试桩 效 效) (注:保护电位是在测试桩上牺牲阳极连线和阴极引线连在一起时测试的,测试时,没有断开牺牲阳极的接线,所以该电位应该比埋地管道其他处的管地电位要负) 试结果分析 (1)六、九区污水处理站阴极保护系统运行 10年来,取得了明显的保护成效,但是经过多年的运行,部分阳极已经消耗殆尽,包裹阳极的填包料也已失效,站区内阴极保护保护效果明显减弱。 (2)六、九区属于盐碱地,站区内土壤电阻率平均为 m,属于强腐蚀性土壤。 (3)从表1保护电位来看,对于硫酸铜电极),但是由于引出地面的测试桩中的阴极线测试线同时也是阳极与管道的连线,所以管对地的实际保护电位应该要比测试的保护电位要大, (4)因为储罐外底板也纳入到了阴极保护系统内,经过多年的运行,4 维护措施 通过现场调查和阴极保护测试结果, 站区阴极保护大部分已经达不到保护效果, 同时后续新增部分储罐和管道未施加阴极保护。 由于牺牲阳极阴极保护具有安装施工容易, 材料来源广泛,价格便宜的优点,且对邻近的构筑物的干扰影响极小或基本无干扰,同时既能满足生产要求,又能满足安全运行,因此本工程维护措施选择牺牲阳极阴极保护。 牲阳极计算 支阳极接地电阻 式中:); ); ρ·m); ρ·m); m); m); m); m)。 ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−++=ρπρ()⎪⎭⎪⎬⎫+⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+=ln/2,(>>> - 131 支牺牲阳极接地电阻 式中:); ) ); 牲阳极输出电流 式中:); ); ); Δ); Δ); ); ); ); ); ); Δ); ); 需牺牲阳极支数 式中:); ); ); 2~3 倍。 极工作寿命 式中:a), ωA·a)〕; )。 经过牺牲阳极的工艺计算,六、九区污水处理站 21 座储罐罐底外壁阴极保护采用 14kg/ )+Δ+−Δ−=−=1)(0- 132 60 支, 11镁合金阳极 19 支。 站区埋地管道外壁阴极保护采用 52组 11镁合金阳极 220 支。 道和储罐牺牲阳极安装 底外壁牺牲阳极 阳极埋设位置距罐壁不得小于 度不得小于 匀分布。储罐罐底外壁牺牲阳极布置示意详见图 底外壁牺牲阳极布置示意图 道外壁牺牲阳极 阳极与被保护管道距离不得小于 度不得小于 时阳极应尽可能在管道两边错开埋设,管道外壁牺牲阳极布置示意详见图 道外壁牺牲阳极布置示意图 - 133 论 、九区污水处理站 21 座储罐罐底外壁阴极保护采用 14镁合金阳极 160 支,11镁合金阳极 19 支。 站区埋地管道外壁阴极保护采用 52组 11镁合金阳极 220 支。 罐罐底外壁牺牲阳极埋设位置距罐壁不得小于 度不得小于 匀分布。 道外壁牺牲阳极与被保护管道距离不得小于 度不得小于 时阳极应尽可能在管道两边错开埋设。 参考文献 [1]《金属腐蚀手册》编辑委员会编.《金属腐蚀手册》海科学技术出版社,1987. [2]胡士信主编.《阴极保护手册》学工业出版社,1999. [3]赵应龙主编.《防腐保温保冷工程设计与施工手册》油大学出版社,1996. [4]魏宝明主编.《金属腐蚀理论及应用》学工业出版社,2001. [5]柯伟主编.《中国腐蚀调查报告》学工业出版社,2003. [6]石仁委 龙媛媛主编.《油气管道防腐蚀工程》国石化出版社,2008. ﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 作者简介 刘进,2008 年本科毕业于西安理工大学的材料科学与工程专业,2010 年正式进入新疆油田勘察设计研究院 (有限公司) 工作, 目前是助理工程师, 一直从事油田防腐蚀保温科研设计,主要是涂层防护以及涂层防护与阴极保护相结合在油气管道、 设备、 大型储罐等方面的实际应用设计。 结合新疆油田公司的实际情况, 今后研究方向也是以防腐蚀技术在油气田建设中的实际应用为主, 特别是涂层防护与阴极保护相结合在油气长输管线上的实际应用、 以及油气站区、大型储罐的区域阴极保护设计等为主要研究方向。
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