唐華 白雪飛 宗輝
（大慶石化公司機動設備處，黑龍江，大慶，163714）

　　摘　要：本文介紹了陰極保護技術在公司地下輸水管網中的實際應用，經兩年多的實踐證明，該技術應用效果良好，經濟效益顯著，值得推廣。
　　關鍵詞：陰極保護 地下輸水管網

Application of Cathodic Protection Technology in the Underground Water Filtering
Tang hua　　Bai xuefei　　Zonghui
(DAQING Petroleum Chemical Equipment Department HEILONGJIANG province DAQING city 163714)

　　Abstract: The text introduce two fact application of Cathodic protection technologin in the underground water filtering, the practice of more two years prove: The applicable effect of Cathodic protection technologin is all right, he economical benefit is notable.This technologin is good for popularize.
　　Keyword: Cathodic Protection Technology　　Underground Water Filtering

　　陰極保護技術是一項技術成熟經濟效益顯著的防腐新技術，其具有保護能力強、施工簡單且投資小等優點。為了解決地下管網的腐蝕問題，國外從七十年代開始采用區域性陰極保護技術。在國內的石化企業中，遼化、揚子石化、九江石化、撫順石化公司、廣州石化、林源煉油廠等單位也先后對廠區的地下輸水管網實施了陰極保護，取得了較好的效果。大慶石化公司廠外和廠區內的地下輸水管網是為煉油區和化工區生產裝置提供生產用水的，是公司生產系統的重要命脈。公司于97年和98年先后對廠外和化肥廠廠區的地下輸水管網實施了陰極保護，二年多的運行實踐表明，陰極保護技術對防止埋地鋼質管線的腐蝕泄漏是十分有效的，陰極保護與管道本身的防腐層互相補充，其安全性和經濟性達到完美組合，是地下輸水管網的最佳防腐方案。

1 大慶石化公司廠外輸水管線的陰極保護工程

1.1 工程簡介
　　公司埋地鋼質輸水管線從紅旗泡水庫取水，分別為公司的化工區、化肥區和煉油區提供生產和生活用水。該供水系統總長度約為137公里，自1975年至1984年陸續建成投產以來，腐蝕泄漏問題日趨突出，據不完全統計，煉油廠自85年至97年間 每年堵漏30多處。由于管線腐蝕泄漏嚴重，煉油廠已于88年至97年間全部更新了埋地管線。化肥和化工區每年也發生泄漏，埋地管線的泄漏點主要集中在二十里泡內，公司于97年對二十里泡內的管線進行了更換。此外化工區還新敷設了一條φ720供水管線，以確保裝置的正常生產。
　　公司廠外輸水管線的陰極保護工程共建設陰極保護站4座，設恒電位儀12臺（其中9臺工作，3臺備用）；開挖深井陽極地床28眼（其中60m 深2眼，40m 深4眼，20m 深22眼）；埋設高硅鑄鐵陽極144支，鎂合金犧牲陽極100支，敷設電纜13000米，埋設測試樁26支，標志樁30支，長壽命參比電極15支，安裝均壓線19處，埋設掛片12組72片（其中保護掛片和非保護掛片分別為36支）。組成了一個以外加電流為主，犧牲陽極為輔的完整的陰極保護系統。
1.2 廠外輸水管線的陰極保護效果測試內容及方法
　　1.2.1 外加電流系統深井陽極地床接地電阻測試
　　利用Zc－8接地電阻測量儀，分別對深井陽極建設安裝后和電纜連接前進行測量，并在系統通電后，與各深井的回路阻抗實測計算值比較。
　　1.2.2 外加電流系統工作狀態測試
　　外加電流系統通電調試，工作狀態穩定后對以下數據進行測試：
　　a．通過恒電位儀表測量其輸出電流值；
　　b．通過恒電位儀表測量其輸出電壓值；
　　c．通過恒電位儀表測量陰極控制點的陰極電位值。
　　1.2.3 犧牲陽極系統工作狀態測試
　　在犧牲陽極的埋設過程中，對每組犧牲陽極的工作狀態進行跟蹤測試，達到設計要求后才能進行埋設。測試內容有：
　　a．測試每組犧牲陽極的開路電位；
　　b．測試每組犧牲陽極的工作電位
　　1.2.4 陰極保護實施前的埋地管線電位的測量
　　為了充分說明廠外埋地管線陰極保護實施后的效果，在陰極保護實施前，用萬用表和參比電極測量廠外輸水管線的自然電位。
　　1.2.5 陰極保護效果的測試
　　陰極保護系統全面通電后，通過預埋電位測試樁對埋地輸水管線的保護進行全面測量。
　　1.2.6 保護掛片的測量
　　為了定量地評定埋地管線的陰極保護效果，在陰極保護系統投入運行后，埋設了幾組與被保護管道相同材質的檢查片用來測定埋地管線的保護度。經一年和五年后兩次取樣，稱量各自的腐蝕失重，即可計算出腐蝕率和保護度，這樣就可以定量地評定出不同時期埋地管線的保護效果。
1.3 測試結果與分析
　　1.3.1 深井陽極地床接地電阻測試
　　在深井陽極地床安裝后，分別對各眼深井進行了接地電阻測量，其數據如表1所示：

表1 廠外地下管網陰極保護深井陽極接地電阻測量數據表 序號 位置 測量深度（米） 接地電阻（歐） 1 1#陽極井組 40 0.8 2 2#陽極井組 40 0.9 3 3#陽極井組 40 0.95 4 4#陽極井組 40 0.70 5 5#陽極井組 40 0.60 6 6#陽極井組 40 0.55 7 7#陽極井組 40 0.98 8 8#陽極井組 40 0.75 9 9#陽極井組 40 0.90

　　從表中數據可見，陽極地床接地電阻＜1Ω，符合規范要求。
　　1.3.2 外加電流系統工作狀態測試結果
　　經過一段時間的通電運行，外加電流陰極保護系統達到穩定狀態，陰極控制點的電位控制在-1.20V～1.80V之間，恒電位儀輸出電流在12.5～43.5A之間，輸出電壓在10～34V之間，經多次檢查，表明恒電位儀工作狀態穩定，性能可靠。陽極井、參比電極等埋地設施也全部工作正常。測試結果見表2。（相對于鋼/硫酸銅參比電極，以下數據同）。

表2 外加電流系統恒電位儀工作狀態測量數據表 站名 序號 輸出電流（A） 輸出電壓（V） 陰極控制電壓（-V） 紅旗泵站 1 35 34 1.2 2 25 18 1.5 3 23 21 1.5 乙烯農場升壓泵房 4 24 15 1.8 5 40 15 1.8 乙烯農場雨水泵房 6 43.5 28 1.4 化肥廠 7 12.5 10 1.3 8 16 11 1.2 9 15.5 11.5 1.2

　　1.3.3 犧牲陽極系統工作狀態測試
　　在鎂合金犧牲陽極的埋設過程中，逐點測量了犧牲陽極的工作狀態，從測試結果看，鎂陽極的開路電位全部負于-1.50V。工作電位全部負于-1.30V。
　　1.3.4 陰極保護實施前埋地管線的電位測量結果
　　陰極保護實施以前，全面測量了廠外埋地管線的電位，管道電位在-0.54V～0.67V之間，具體數據見表3。

表3 陰極保護實施前后埋地管線的電位測量結果 序號 測試樁號 保護前管道電位（-V） 保護后管/地電位（-V） 第一次 第二次 第三次 1 C1 0.662 1.480 1.525 1.208 2 C2 0.637 1.480 1.514 1.162 3 C3 0.627 1.250 1.421 1.216 4 C5 0.670 1.216 1.234 1.093 5 C6 0.660 1.210 1.257 1.199 6 C7 0.595 1.086 0.116 1.078 7 C10 0.609 1.042 1.066 1.027 8 C12 0.545 0.818 1.000 0.904 9 C13 0.609 0.962 1.086 1.059 10 C14 0.634 1.049 1.001 1.118 11 C16 0.616 1.251 1.580 1.483 12 C22 0.578 1.116 1.024 1.056 13 C23 0.576 0.916 0.962 0.911 14 C24 0.612 0.840 0.850 0.850 15 C26 0.570 0.645 0.820 0.834

　　1.3.5 陰極保護效果測試結果
　　陰極保護系統全部通電運行后，在半個月的時間內進行了三次全面的管地電位測試，測量結果見表3。由測試結果可以看出，保護電位比較穩定，三次測量的結果基本一致，數據的重現性較好，且隨著時間的推移，電位分布越來越均勻，說明隨著陰極計劃時間的延長，陰極保護電流分布越來越均勻，陰極保護系統的工作狀態越來越好。
　　從紅旗泵站到安薩路口，公司所有的埋地七條管線基本平行，本區段共埋設七個測試樁C1～C7。且測試樁分別位于不同的管道上，從測試結果可以看出，管地電位均負于-1.0V，各條管線的保護電位較均勻，均壓線均壓效果良好。
　　從安薩路口開始，七條埋地管線由此分岔，其中5條經農場、二十里泡至乙烯和化肥區。另兩條經農場至煉油廠。陰極保護投運后，二十里泡內的四個測試樁C8～C11電位均在-1.0V左右，電位分布均勻，說明二十里泡內的管線保護狀態良好。
　　從臥興路至乙烯區的四條管線，共埋設了22組44支鎂合金犧牲陽極。從C12～C15測試樁的測試結果看，在犧牲陽極和外加電流的聯合保護下，管線的保護電位分布均勻，保護效果良好。
　　從臥興路至化肥廠共埋設了五個測試樁C16～C20，其中（C16～C19測試樁靠近陽極井，受陽極峰的影響，埋地管線電位偏負在-1.20V～1.80V之間。
　　從安薩路口至煉油廠的兩條φ720管線，由外加電流和犧牲陽極聯合保護，其中從鐵路至煉油廠龍鳳升壓站這段管線共埋設了28組鎂合金犧牲陽極，從測試結果看，從安薩路口至C24測試樁區段內管線電位-O.85V～-1.481V之間，埋地管線保護狀態良好。從C24～C26大約有一公里長的管線在市區內埋設，受廠區內管網影響較大，加之城市內建筑物基礎對電流的屏蔽作用，除犧牲陽極附近的管線電位達標外，其余約半公里長的管線可以在以后廠區內管網保護時一并加以解決。
　　從運行二年以來的測試結果來看，恒電位儀運行穩定，測試樁的測試數據均負于-0.85V，說明陰極保護系統運行正常。
　　1.3.6保護掛片的測試
　　在陰極保護系統投運后，在地下管線的典型地段埋設了12組與被保護管道材質相同的鋼質掛片，每組6片，其中3片與被保護管道電性連接，另3片與被保護管道電性絕緣。從測試數據來著保護掛片與管道電性連接情況良好，掛片電位為-O.862～-1.241V，基本與管地電位相同，一年后取出掛片，計算保護度均在90％以上，處于完全保護狀態。而非保護掛片的電位為-0.566～-0.611V，處于自然腐蝕狀態。
1.4 結論
　　根據測試結果分析，可以得出以下結論：
　　①陰極保護系統性能良好，工作狀態穩定，達到設計要求；
　　②達到完全保護的電位處于-0.85V～-2.OV之間的管道面積占管道總面積的99.5％，只有0.5％的被保護管道處于欠保護狀態，電位為-0.80V左右。
　　③埋設的保護掛片與管道電性連接情況良好，均處于完全保護狀態，電位處于-0.862V～-1.241V；非保護掛片與管道電性絕緣，遭受自然腐蝕，電位為-0.566V～-0.611V；
　　④陰極保護系統投運后，輸出電流為230～240A，占設計保護電流的50％左右，符合設計規范技術要求；
　　⑤本工程選用的輔助陽極結構合理，接地電阻低，均不超出1.0Ω，耗電小。

2 大慶石化公司化肥廠廠區地下管網陰極保護

2.1 工程簡介
　　化肥廠廠區輸水地下管網1975年建成，共長18.8公里。由于腐蝕問題日趨嚴重，泄漏點逐漸增多。該陰極保護工程共建設陰極保護站6座，安裝恒電位儀7臺，鉆建40米深井陽極地床2座，60米深井陽極地床8座，埋設高硅鑄鐵陽極共112支，敷設電纜5300米，安裝均壓線17處，埋設測試樁21支，標志樁23支，參比電極18支，陰極接點6處，埋設試驗掛片10組，共60片，建成了以深井陽極地床為主的外加電流陰極保護系統。
2.2 陰極保護效果測試內容及方法
　　測試內容及方法見1.2。
2.3 測試結果與分析
　　2.3.1 外加電流系統工作狀態測試結果
　　2.3.1 深井陽極地床接地電阻測試
　　在深井陽極地床安裝后，分別對各眼深井進行了接地電阻測量，其數據如表4所示：

表4 化肥廠區地下管網陰極保護深井陽極接地電阻測量數據表 序號 位置 測量深度（米） 接地電阻（歐） 1 升壓站西 60 0.34 2 清水池東北側 40 0.44 3 清水池西南 60 0.35 4 二開關東北 40 0.39 5 二開關西南 60 0.42 6 2號爐東南 60 0.39 7 三開關南 60 0.47 8 空分空壓東 60 0.44 9 順丁橡膠西 60 0.42 10 順丁橡膠西 60 0.43

　　從表中數據可見，陽極地床接地電阻＜1Ω，符合規范要求。
　　2.3.2 外加電流系統工作狀態測試結果
　　經過一段時間的通電運行，外加電流陰極保護系統達到穩定狀態，陰極控制點的電位控制在-1.0V～-1.80V之間，恒電位儀輸出電流在30～65A之間，輸出電壓在8～28V之間，經多次檢查，表明恒電位儀工作狀態穩定，性能可靠。陽極井、參比電極等埋地設施也全部工作正常。測試結果見表5。（相對于銅/硫酸銅參比電極）

表5 外加電流系統恒電位儀工作狀態測量數據表 序號 位置 輸出電流（A） 輸出電壓（V） 陰極控制電壓（-V） 1 升壓站內 34.0 10 1.218 2 碳濾水廠內 42.0 8.2 1.141 3 第二開關所 60.0 17.5 1.580 4 快鍋 39.8 29 1.394 4-1 快鍋 60.5 30 1.394 5 空分空壓間 42.4 13.0 1.500 6 順丁橡膠化驗樓 60.2 19.8 1.590

　　2.3.3 陰極保護實施前埋地管線的電位測量結果
　　陰極保護實施以前，全面測量了化肥廠埋地管線的電位，管道電位在-0.487V～0.763V之間。
　　2.3.4 陰極保護效果測試結果
　　陰極保護系統全部通電運行后，在一個月的時間內進行了五次全面的管地電位測試。由測試結果可以看出，大部分測試樁達到充分保護電位，陰極極化過程良好，對于管段密集區域，如：冷卻塔循環水管網C4極化較慢，但一直在逐漸增加。
　　從運行二年以來的測試結果來看，恒電位儀運行穩定，測試樁的測試數據均負于-0.85V，說明陰極保護系統運行正常。
　　2.3.5 保護掛片的測試
　　從埋地的保護掛片的測試數據來看，保護掛片情況良好，掛片電位本與管地電位相同，一年后取出掛片，計算保護度均在92％以上，處于完全保護狀態。
2.4 結論
　　根據測試結果分析，可以得出以下結論：
　　化肥廠廠區陰極保護系統性能良好，工作狀態穩定，達到設計要求：陽極地床接地電阻小，使得陰極保護的日常維護費用低：

3 經濟效益分析

3.1 直接經濟效益
　　3.1.1 延長使用壽命的經濟效益
　　早在1985年因廠外地下管網腐蝕己更換了管道，化肥廠廠內的地下管線也有泄漏，己成為生產的重大隱患。地下輸水管網的使用壽命按15年計算，采用陰極保護后，有效保護期為25年，現有管網的使用壽命延長到40年。陰極保護的經濟效益按下式計算：

　　S＝[n(a+b+c-G)-(F+M)]/Q
　　式中：
　　　　S——年經濟效益，萬元／年
　　　　N——2.7（使用壽命增加的倍數）
　　　　a——管道工程造價
　　　　b——管道維修費
　　　　c——舊管道拆除費
　　　　G——舊管道剩余價值
　　　　F——陰極保護工程造價
　　　　M——陰極保護維修費
　　　　Q——25年（采用陰極保護后的使用壽命）
　　將上述數據，帶入公式計算結果為：
　　　　廠外輸水管網陰極保護工程投資280萬元，直接效益S=1600萬元/年
　　　　化肥廠廠區陰極保護工程投資128萬元，直接效益S＝800萬元/年
　　3.1.2 抑制腐蝕泄漏創造的節水效益
　　廠外和化肥廠區埋地輸水管線進行陰極保護后，管線的泄漏次數明顯降低，按照進行陰極保護后每年減少漏點90％，每個漏點從發現到堵完按5天計算，年節水約250萬噸，年創經濟效益250萬元。

參考文獻：
　　[1] 米琪等．管道防腐蝕手冊．北京：中國建筑工業出版社，1994
　　[2] 孟繁強等，陰極保護技術在埋地鋼質管道中的應用．中國給水排水．（2001）05-0059-03