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        合作案例

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        海底管道犧牲陽極陰極保護方案
        時間:2025-05-16?? 瀏覽:449次

        海底管道作為海洋油氣資源輸送的關鍵設施,長期處于復雜的海洋環(huán)境中,極易遭受腐蝕。犧牲陽極陰極保護是一種基于電化學原理的防腐蝕技術,通過將電位較負的犧牲陽極與海底管道連接,使陽極發(fā)生氧化反應(犧牲自身),管道成為陰極,從而受到保護,有效延長海底管道的使用壽命,保障海洋油氣運輸安全。

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        數(shù)據(jù)收集

        管道參數(shù):詳細獲取海底管道的材質(zhì)(如 X65 鋼等)、管徑、壁厚、長度、埋設深度、鋪設方式(如直埋、懸浮等)以及運行壓力、溫度等參數(shù)。

        環(huán)境參數(shù):收集管道所在海域的海水溫度、鹽度、pH 值、海流速度、溶解氧含量、海底土壤電阻率等環(huán)境數(shù)據(jù)。不同海域的環(huán)境差異較大,這些數(shù)據(jù)直接影響犧牲陽極的性能和保護效果。

        歷史腐蝕數(shù)據(jù):查閱管道以往的腐蝕檢測報告,了解管道的腐蝕狀況、腐蝕速率等信息,為保護方案設計提供參考。

        陰極保護參數(shù)計算

        保護電位確定:根據(jù)管道材質(zhì)和海水環(huán)境,參考相關標準(如 NACE RP0176 等),確定海底管道的合格保護電位。一般來說,對于碳鋼材質(zhì)的海底管道,在海水中的合格保護電位為 -0.85V(相對于銅 / 飽和硫酸銅參比電極,CSE)。

        保護電流密度計算:依據(jù)管道的材質(zhì)、表面狀況以及海水環(huán)境條件,確定合適的保護電流密度。通常,對于新建海底管道,在海水中的保護電流密度取值范圍為 10 - 30μA/cm2;對于已服役有一定腐蝕程度的管道,保護電流密度可適當提高。通過保護電流密度乘以管道的表面積,可計算出所需的保護電流。

        犧牲陽極用量計算:根據(jù)所需的保護電流、陽極的實際電容量、設計保護年限等參數(shù),計算犧牲陽極的用量。陽極實際電容量與陽極材料、制造工藝等因素有關,例如,常用的鋁合金犧牲陽極實際電容量約為 2200Ah/kg。計算公式為:陽極用量(kg)= 保護電流(A)× 設計保護年限(h)× 8760(h / 年)÷ 陽極實際電容量(Ah/kg)÷ 陽極利用效率(一般取 0.8 - 0.9) 。

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        陽極選型與布置設計

        陽極選型:綜合考慮陽極的電化學性能、價格、加工工藝、環(huán)境適應性等因素,選擇合適的犧牲陽極材料。常見的犧牲陽極材料有鋁合金陽極、鋅合金陽極和鎂合金陽極。鋁合金陽極有較高的電容量和驅(qū)動電壓,價格適中,適用于海水環(huán)境;鋅合金陽極工作電位穩(wěn)定,電流效率高,在海泥等電阻率較低的環(huán)境中表現(xiàn)良好;鎂合金陽極電位較負,驅(qū)動電壓大,但電容量相對較低,適用于土壤電阻率較高的環(huán)境。根據(jù)海底管道的具體環(huán)境條件,優(yōu)先選擇鋁合金犧牲陽極。

        陽極布置:根據(jù)管道的長度、管徑、運行條件以及計算得到的陽極用量,確定陽極的布置方式。常見的布置方式有單支分散式布置和成組式布置。對于管徑較小、長度較短的管道,可采用單支分散式布置,將陽極均勻分布在管道兩側;對于管徑較大、長度較長的管道,采用成組式布置,將多個陽極組成陽極組,間隔一定距離安裝在管道上。陽極的安裝間距一般為 50 - 100m,具體間距需根據(jù)計算結果和現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整,確保管道表面各點的電位都能達到保護要求。

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        犧牲陽極材料

        鋁合金犧牲陽極:選用符合國家標準(如 GB/T 4948 - 2002)的高性能鋁合金犧牲陽極,其化學成分應滿足:鋁 95% - 97%、鋅 3% - 5%、鎂 0.05% - 0.2%、銦 0.01% - 0.05% 等,雜質(zhì)含量嚴格控制,以保證陽極的電化學性能穩(wěn)定。陽極的形狀可根據(jù)安裝需求選擇,常見的有鐲式陽極(適用于管徑較大的管道)、塊狀陽極(適用于管徑較小的管道或海底地形復雜的區(qū)域)等。

        性能要求:陽極的開路電位應≤ -1.05V(相對于 CSE),工作電位應在 -1.05V - -1.25V(相對于 CSE)之間,電流效率≥85%,實際電容量≥2200Ah/kg 。

        輔助材料

        連接電纜:選用耐腐蝕、高強度的電纜,如銅芯橡膠絕緣電纜。電纜的截面積應根據(jù)計算得到的保護電流大小進行選擇,確保電纜能夠安全承載保護電流,同時滿足機械強度要求。電纜與陽極、管道的連接應采用可靠的焊接或壓接方式,并進行防水、防腐處理。

        參比電極:采用長效銅 / 飽和硫酸銅參比電極(CSE),用于監(jiān)測管道的保護電位。參比電極應具有良好的穩(wěn)定性和耐久性,其電位精度應滿足 ±10mV 。安裝時,將參比電極固定在管道附近的海底,通過電纜與管道連接,定期測量管道電位,確保保護效果

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        施工安裝

        安裝前準備

        對海底管道進行表面清理,去除油污、鐵銹等雜質(zhì),確保管道表面清潔,以保證陽極與管道之間的良好電接觸。

        對犧牲陽極進行外觀檢查和性能測試,檢查陽極表面是否有裂紋、氣孔等缺陷,測試陽極的開路電位、工作電位等性能指標,確保陽極質(zhì)量符合要求。

        準備好安裝所需的設備和工具,如潛水設備、焊接設備、吊裝設備等,并對設備進行調(diào)試,確保其正常運行。

        陽極安裝

        單支分散式布置安裝:潛水員攜帶陽極和安裝工具,到達預定的安裝位置。將陽極通過電纜與海底管道進行焊接或壓接連接,確保連接牢固可靠,接觸電阻小于 0.01Ω。連接完成后,將陽極固定在海底,可采用混凝土基床或錨固件等方式進行固定,防止陽極在海流作用下移位。

        成組式布置安裝:首先在岸上將多個陽極組裝成陽極組,通過支架或框架將陽極固定在一起,并連接好內(nèi)部電纜。然后利用吊裝設備將陽極組運輸?shù)胶5坠艿腊惭b位置,潛水員配合將陽極組與管道進行連接和固定。陽極組與管道的連接方式同樣采用焊接或壓接,確保電氣連接良好。

        參比電極安裝

        將參比電極安裝在距離海底管道 0.5 - 1m 的位置,采用混凝土底座或其他固定方式將參比電極固定在海底,確保其穩(wěn)定。通過電纜將參比電極與管道連接,并在電纜接頭處進行防水、防腐處理。

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        監(jiān)測與維護

        電位監(jiān)測

        定期(每月至少一次)測量海底管道的保護電位,使用便攜式電位測量儀,通過參比電極測量管道表面各點的電位,確保管道電位處于保護電位范圍內(nèi)。如果發(fā)現(xiàn)管道電位偏離保護電位范圍,及時分析原因,采取調(diào)整陽極布置、更換陽極等措施進行處理。

        在管道沿線設置電位測試樁,方便長期監(jiān)測管道電位。測試樁應安裝在便于測量的位置,并做好標識和記錄。

        陽極性能監(jiān)測

        定期檢查犧牲陽極的消耗情況,通過潛水檢查或水下攝像等方式觀察陽極的外觀形態(tài),測量陽極的剩余尺寸和重量。當陽極的剩余重量小于初始重量的 20% 時,應及時更換陽極,以保證陰極保護效果。

        電纜及連接部位檢查

        定期檢查連接電纜是否有破損、斷裂等情況,檢查電纜與陽極、管道的連接部位是否牢固,是否存在腐蝕現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)電纜破損,應及時進行修復或更換;如連接部位出現(xiàn)腐蝕,應進行清理和重新防腐處理。



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