强制电流阴极保护在直埋蒸汽管道的应用

郑春苗， 石常青， 高镭珉， 胡海涛， 李吉星

(青岛金海热电有限公司，山东青岛266000)

1 概述

青岛金海热电有限公司(以下简称金海热电公司)既担负着城镇居民集中供热，也是中韩贸易工业园区的供汽单位，更承担着中国轨道交通装备制造行业的骨干企业——中车青岛四方机车车辆股份有限公司(本文简称中车青岛公司)供汽服务。确保管网的安全稳定运行，关系着民生和经济。本文针对直埋蒸汽管道在埋地环境下出现的外护钢管腐蚀穿孔问题，提出采取强制电流阴极保护，对防腐效果进行评价。

2 项目概况

① 项目概况

热电厂为中车青岛公司提供蒸汽，用于生产车间用汽。蒸汽管道采用直埋敷设，敷设长度为6.2 km，从热电厂依次经过热电厂出厂段、过洪江河段、锦荣路段、华贯路段、中车入厂段到达中车青岛公司生产车间。

设计蒸汽压力1.0 MPa，温度280 ℃。采用外滑动钢套钢预制直埋蒸汽管，固定支座形式为内固定支座，补偿器为套筒波纹管复合补偿器。工作管规格为D630×10，外护管规格为D1020×12。外护管外防腐层采用3PE，补口采用热缩套。

② 出现的问题

2016年，华贯路多处排潮管排出大量蒸汽，开挖检查发现外护管多处腐蚀并出现穿孔，保温层受损严重，出现大面积结晶体，非常坚硬。根据现场勘察，确定排潮管大量排汽的主要原因是直埋蒸汽管道外护管腐蚀穿孔，导致地下水进入保温层，与工作管接触汽化后产生大量蒸汽，由排潮管排出。保温层出现的大面积结晶体，应为含盐地下水反复受热浓缩后结晶而成。

3 解决思路与实施方案

① 解决思路

为防止直埋蒸汽管道今后出现类似情况，除需要更换腐蚀穿孔的直埋蒸汽管外，还考虑对华贯路段约1.2 km的直埋蒸汽管道的外护管实施强制电流阴极保护。

强制电流阴极保护是通过人为设置阳极地床强制电流输出失去电子，使被保护的结构、设备得电子，使需要保护的结构、设备的电位一直处在阴极保护标准电位的状态下，从而成为整个环境中的阴极。这样，就不会因为失去电子而发生腐蚀。强制电流阴极保护系统由整流电源、辅助阳极地床、参比电极、连接电缆等组成，主要用于大型设备以及土壤电阻率比较高的环境中结构、设备的阴极保护。

② 实施方案

对于直埋蒸汽管道，由于在滑动方式、固定支座、补偿器、疏水装置各个方面均实现了工作管与外护管之间无热桥，因此工作管与外护管为电隔绝，强制电流阴极保护仅针对外护管。强制电流阴极保护系统的连接电缆与外护管进行铝热焊接，焊接后重新进行绝缘密封处理，确保焊接区的防腐效果可靠。

在更换腐蚀穿孔直埋蒸汽管的基础上，2017年，实施了华贯路段直埋蒸汽管道外护管的强制电流阴极保护工程。2018年，先后对热电厂出厂段(约1.3 km)、锦荣路段(约600 m)、中车青岛公司入场段(约1.2 km)的直埋蒸汽管道外护管实施了强制电流阴极保护。

4条路段的直埋蒸汽管道分别设置1台恒电位仪(与防爆接线箱安装在阴极保护间内)，辅助阳极地床沿管道均匀分布，通过电缆与恒电位仪连接。由于排潮管与外护管为电连通，未单独设置测试桩，测试系统电位时，将排潮管作为测试端。

4 阴极保护效果

① 断电电位

经现场测量，直埋蒸汽管道外护管自然电位为-0.66～-0.57 V。根据GB/T 21448—2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》的相关规定，最小保护电位(无IR降)取-0.85 V，限制临界电位(无IR降)取-1.2 V。

2019年9月24日，我们对热电厂出厂段、锦荣路段、华贯路段、中车入厂段直埋蒸汽管道外护管的断电电位进行测量。由于热电厂出厂段与锦荣路段之间仅隔一段过河段，因此采取联合测量。华贯路段、中车入厂段则采取单独测量。实测结果分别见表1～3。由表1～3数据可知，4条路段直埋蒸汽管道外护管各测点的断电电位均负于最小保护电位，正于限制临界电位，说明外护管受到了充分的阴极保护。

表1 热电厂出厂段及锦荣路段直埋蒸汽管道外护管的断电电位

② 排潮管排汽量

自更换腐蚀穿孔的直埋蒸汽管及实施外护管强制电流阴极保护以来，华贯路段直埋蒸汽管道排潮管再未出现过大量排汽的情况。说明外护管腐蚀得到了有效抑制。

表2 华贯路段直埋蒸汽管道外护管的断电电位

表3 中车入厂段直埋蒸汽管道外护管的断电电位

5 结语

对较强腐蚀环境中的直埋蒸汽管道实施强制电流阴极保护技术，对抑制外护管腐蚀穿孔效果明显，宜在管道敷设安装时同步实施。既有直埋蒸汽管道实施强制电流阴极保护，存在开挖路面以及在绿化带内施工的情况，不仅施工难度较大，而且涉及侵占管位的问题。随着城市建设加快，日后建成的地铁项目将导致杂散电流的干扰，需要在后期增设排流设施。因此，应加强日常监督和数据分析，密切关注管道的运行状况。