中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司煉油廠（以下簡稱煉油廠）始建于上世紀60年代初，共有埋地水管道930條，94.9km。管道采用金屬材料。運行至今，許多埋地管腐蝕問題嚴重。通過腐蝕現狀調查，煉油廠廠區(qū)（以下簡稱廠區(qū)）內管道的特點是38.6%的鋼質管道接近覆蓋層的使用壽命；有48%的鋼質管道超過了覆蓋層的使用壽命。據統計，漏點較多時一年有近100處，處理水漏需要費用約100萬元，年，水量損失120200kt/a,造成了水資源的浪費。

另外廠區(qū)土壤電阻率很低，鹽含量比廠區(qū)外高出幾倍，存在著菌群腐蝕，屬于化工污染強烈的強腐蝕性土壊區(qū)域。而且廠區(qū)地下管網涂層老化，破損處多，已不能對埋地金屬管道形成有效防護。除一部分更換新管外，絕大多數管道正處于漏點多發(fā)時期，減輕和解決腐蝕問題已成為一個迫切需要解決的課題。

管網地下管道腐蝕原因

① 大慶地區(qū)的水位較高，該管道有相當一部分浸泡在非常潮濕的土壤中。

② 根據該地區(qū)的有關土質資料介紹：該地區(qū)的土質一般呈中性或堿性，大多數的金屬在土壤中的腐蝕屬于氧去極化腐蝕。

③ 地形變化、躲避地下障礙等原因使其管道沿路埋深不斷的變化，加之管道所途經地段土壤含氣狀況不盡相同，造成長距離管道各段土壤中氧含量的不同，這對于那些防腐蝕層破損的管段，將會形成氧濃差電池。對于土壤埋設較深的管段，由于氧含量相對埋深較淺的管段來說較低，成為陽極被腐蝕。

④ 直埋管道的混凝土固定墩也存在著氧濃差電池。

⑤ 管網中經常同時出現直埋與架空兩種敷設方式，當管道由架空轉入地下，或由地下轉出架空時，無論哪種情形都會出現直埋出（入）地管段與地面相交的現象，這將出現類似前述的“水線”腐蝕。

管道防腐蝕措施

對于解決舊埋地管道的腐蝕問題，將管道挖出重新進行完整的涂層保護是不現實的，這既要耗費大量資金又不能解決根本問題。煉油廠現有運行的管道屬于埋地管道，要想控制管道的腐蝕現有的方法只能進行陰極保護控制。

所謂陰極保護技術就是向被保護的鋼管通以足夠的直流電流（陰極電流），對鋼質管道外表面進行陰極極化,降低鋼質管道在土壤中的腐蝕電位，使腐蝕電流減小甚至趨于零，進而達到徹底阻止管道腐蝕的目的。這是一項成熟的技術，采用涂層和陰極保護聯合防腐蝕手段，可延長地下管道的使用壽命一倍至幾倍。實施陰極保護的費用只占埋地管線造價的1%~3%,而管線的使用壽命卻可以成倍地延長，因此這項技術正被越來越多的人所認識，并得到越來越廣泛的應用。

陰極保護實施方案

由于廠區(qū)埋地水管道分布面積較大，方圓約20km2,并且錯綜復雜，管徑為1020-100mm.另外，廠區(qū)屬于防爆區(qū)在技術上實施陰極保護要求是比較高的。通過設計核算，在上述埋地水管網平均分布了42處陰極保護點，各點自成體系又相互聯系，確保能夠覆蓋整個埋地管網。

3.1 陰極保護方法分類

根據直流電流的來源不同，陰極保護技術分為犧牲陽極和外加電流兩種保護法。兩種方法由于供電來源和系統組成存在差異，各有其特點。

3.2 設計思路

埋地管道的防腐蝕保護方法的選擇既要考慮技術的先進、可靠性，又要考慮經濟的合理性，并考慮沿線土壤的腐蝕性、管道材質、管道布局等。所以在進行防腐設計前，必須對現場環(huán)境因素進行調查，以確定埋地管道防腐蝕設計方案。經過對廠區(qū)內的腐蝕調查和對廠區(qū)輸水管網及其腐蝕現狀有了詳盡的了解。廠區(qū)內管網運行多年、涂層破損嚴重、腐蝕環(huán)境惡劣，需要很大保護電流，所以應選擇外加電流法為主的保護方法；煉油廠區(qū)內管道密集、縱橫交錯，再加上工業(yè)建筑基礎、儲罐基礎、輸配電網、接地網，構成了極其復雜的地下金屬結構網絡，所以應設計使用深井陽極地床的輔助陽極，以解決進行陰極保護時復雜金屬網絡的屏蔽問題。

方案的設計思路是，以采用80m深井陽極地床的外加電流陰極保護為主，對地下輸水管網中的鋼質管道實施保護，在各別屏蔽的欠保護區(qū)域輔助以鎂合金犧牲陽極保護。

3.3 技術指標

(1) 有效保護年限20年；

(2) 在有效保護期內，管道的保護電位不高于一0.85V(相對于Cu/CuSO。參比電極)，全廠區(qū)的電位達標率超過95%；

(3) 在有效保護期內，管道的保護度高于90%；

(4) 在有效保護期內，被保護的管道的漏點數量逐漸減少，在原腐蝕嚴重部位之外不再新發(fā)生腐蝕穿孔。

3.4 設計依據

(1) SY/T0019-97(埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范》；

(2) GB/T17731-1999(鎂合金犧牲陽極〉；

(3) SY0007-1999(鋼質管道及儲罐腐蝕控制工程設計規(guī)范》；

(4) SY/T0036-2000(埋地鋼質管道強制電流陰極保護設計規(guī)范》；

(5) 新繪制的廠地下管網圖紙；

(6) 管道臺帳。

3.5 計算說明

(1) 保護對象：煉油廠管道總長達94.9km,鋼質和鑄鐵管道外表總面積達1050dam2；

(2) 保護電流密度的選取和保護電流的計算：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極小保護電流密度，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，它與極小保護電位(鋼為一0.85V)相對應。如果選取的保護電流密度偏低，會造成保護不足，金屬構件達不到全保護，產生不同程度的腐蝕；反之，將會造成不必要的材料浪費和施工的投入。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)、表面防腐蝕涂層的種類和質量、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UA/rn2變化到數百個UA/m2.根據以往的工程經驗和綜合考慮兩廠區(qū)的實際情況，在煉油廠區(qū)選取陰極保護電流密度為i=7mA/m2.結合“保護對象"中所給出的保護面積，計算廠區(qū)管線所需保護電流為：1=2.5i×s=2.5×7×10.5=1838(A)

3.6 電源設備及陽極地床

(1) 外加電流系統整流器：每座陽極地床釆用一臺75A/75V恒電位儀供電?？紤]到外加電流系統余量以及廠區(qū)的實際情況，根據所需保護電流安裝恒電位儀42臺。

(2) 陽極地床：陽極地床釆用深井陽極地床，井深80m,每眼井安裝組合陽極體4支，單支規(guī)格為?377mmx6000mm,每支組合陽極體內含3支規(guī)格為?75mmxl200mm、重量為50kg/支的高硅鑄鐵陽極。

3.7 均壓保護

均壓保護就是采用電纜或鍍鋅扁鋼將同溝鋪設、近距離平行或交叉走向的被保護管道，以及非焊接連接的同一條被保護管段間電性連接起來，達到均衡管道電位的目的。這種技術的實施，可減小管道之間的電位差，確保電位分布均勻，防止雜散電流腐蝕，擴大陰極保護范圍。廠區(qū)設均壓線98處。

3.8 陰極保護監(jiān)測

為進行陰極保護系統的日常管理，及時可靠地掌握地下管網的腐蝕情況，需設計安裝測試系統。廠區(qū)共設立82個電位綜合測試樁，用于在保護期間內測量管道的保護電位。

3.9 鎂合金犧牲陽極

由于廠區(qū)裝置地基和罐區(qū)的屏蔽影響，以及距離陽極井太遠使之部分支線管道出現保護不足，所以在以外加電流保護為主的系統中輔以鎂合金犧牲陽極保護，解決局部保護不足問題.廠區(qū)共埋設210支鎂合金陽極。

陰極保護配置

2006年5月施工，2006年10月結束。安裝恒電位儀42臺，打80m深井42口，安裝組合陽極體160支，測試裝置82套，均壓線98處；埋設鎂合金犧牲陽極210支；埋設保護效果檢查片2套。

效果

2006年10月煉油廠埋地水管網陰極保護正式投入運行。該系統達到了SY/T0036-2000《埋地鋼質管道強制電流陰極保護設計規(guī)定》的設計要求，保護電位在-0.85?一1.5V范圍內，陽極地床接地電阻正常，恒電位儀輸出穩(wěn)定，工作正常。但是由于埋地管道的防腐蝕層的破損程度不同，造成的電能的消耗也各不相同。從陰極保護技術投用到2007年3月，煉油廠埋地水管網共發(fā)生泄漏45次，而2005年9月至2006年3月共發(fā)生泄漏87次。泄漏次數明顯減少,并且呈逐月遞減趨勢。說明陰極保護的工作狀況良好，能夠減緩管道的腐蝕速度。

結論

通過對埋地金屬管網的防腐蝕措施與強制電流陰極保護技術的綜合應用，表明把埋地管網作為陰極進行保護是一種防止管道電化學腐蝕的有效的方法。其優(yōu)點是：輸出電壓連續(xù)可自動調節(jié)，保持恒定保護電位；保護范圍大，能夠覆蓋整個埋地管網；42個陰極保護系統平均分布在整個管網上，單個系統占地面積小，施工選址容易，適合對老廠區(qū)埋地管網追加陰極保護的情況。陰極保護與管道本身的防腐層互相補充,在安全性和經濟性方面能夠達到理想組合，是目前公認的合理防腐蝕方案。