长输管线阴极保护
2008-01-24 19:17:15
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长输管线阴极保护方案
1. 保护范围
本设计适用于天然气管道中阴极保护工程。

2. 执行的标准规范
钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范SY 0007-99
埋地钢质管道阴极保护参数测试方法SY/T 0023-96
埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范SY/T 0036-2000
阴极保护管道的电绝缘标准SY/T 0086-2003
管道阴极保护工程施工及验收规范SYJ 4006-90
3. 设计参数
土壤电阻率：20Ω·m
设计寿命：20a
自然电位：-0.55 V （相对饱和硫酸铜参比电极）
汇流点电位：-1.15V （相对饱和硫酸铜参比电极）
管道保护电位：≤-0.85V （相对饱和硫酸铜参比电极）
管道防腐层绝缘电阻：>50,000 Ω&㎡
钢管电阻率：0.135Ω&mm2/m
输气干线：Φ159×5，16km
4. 阴极保护系统设计
4.1 保护长度计算
保护长度计算公式：
钢管纵向电阻计算公式：
式中：L －单侧保护长度（m）；
ΔV L－最大保护电位与最小保护电位之差（V）；
D －管道外径(m)；
J s －保护电流密度(A/㎡)；
R －单位长度管道纵向电阻(Ω/m)；
ρT －钢管电阻率（Ω·mm2/m）；
D’ －管道外径(mm)；
δ －管道壁厚(mm)。

公式中代入已知的设计参数，得到:
R=5.58×10-5 Ω/m
2L=41508 m 即L=20754 m 即强制电流阴保站的保护半径为20.7km，完全能够满足16km长管线的保护。

4.2 阴极保护方案概述
支线管道规格为Φ159×5，全长16km。

沿线设1座阴极保护站即可实现全线的保护。

阴极保护系统设备包括智能高频恒电位仪、控制台，在站外布置一组高硅铸铁阳极地床（包括15支阳极），通过阳极电缆连接到阴极保护控制台。

管道进出站设绝缘接头，管线绝缘接头外侧设置1处汇流点，汇流点处阴极电缆、零位接阴导线、参比导线等均接到阴极保护控制台。

绝缘接头旁设锌接地电池。

管道沿线设测试桩。

4.3 供电措施
阴极保护站内的阴极保护设备供电采用220V 交流电。

4.4 阴极保护管道的绝缘
根据标准SY/T 0086的规定，为防止阴极保护系统电流流失，需要在输油管线进站、出站位置安装绝缘接头。

绝缘接头处设双锌棒接地电池。

5 .技术要求及相关技术参数
5.1 恒电位仪主要技术性能及参数
使用环境
电源：AC 220V±10%，频率：50 Hz±5%
- 室内温度：-15°C~45°C
- 相对湿度：20~90%
安全要求
- 满足标准GB8898的要求
- 绝缘电阻：电源进线相对机壳的绝缘电阻≥2MΩ
- 满足标准GB8898的要求
- 绝缘电阻：电源进线相对机壳的绝缘电阻≥2MΩ
- 击穿强度：仪器的电源进行对机壳击穿电压≥AC1500V（试验时间1min）
直流输出：50V/30A
- 输出电流：30A
- 输出电压：50V
- 波纹系数：满负荷时≤10%
恒电位功能
- 最小恒电位范围-0.5V~-3.0V；
- 恒电位精度：≤±10mV
恒电流功能：恒电位仪应能具有恒电流功能，在此模式下工作时，恒电位仪应能在调定的恒定输出电流下工作，而不管负载如何变化。

抗交流干扰：参比、零位之间交流干扰电压≤30V，仪器应工作正常。

过流保护：
- 在仪器的交流输入端和直流输出端应安装快速熔断器；
- 当输出电源达仪器额定值102%~110%时，仪器自动进入限流状态并发出声光报警，当负载电流减至额定值以下后，仪器能自动恢复正常运行。

防雷保护：
- 仪器的输入、输出端应安装有防雷击保护电路；
- 在仪器输出阳极、阴极端能承受幅度15KV、脉冲宽度25s、重复周期1~5s、时间1min的模拟感应雷的冲击。

指示仪器：仪器应装有输出电流表、输出电压表、管地电位表，且精度不得低于1.5级。

5.2 高硅铸铁阳极
5.2.1 含铬高硅铸铁阳极的化学成分应符合表5.2.1的要求：
表5.2.1 高硅铸铁阳极化学成分
5.2.2 高硅铸铁阳极的允许工作电流密度为≤80A/m，消耗率小于0.5kg/（A×a）。

5.2.3 高硅铸铁阳极引出线为VV-1kV/1H16mm2型。

5.2.4 阳极引出线与阳极的接触电阻应为零，拉脱离强度数值应大于阳极自身质量的1.5倍，阳极接头密封可靠，阳极表面应无明显缺陷。

5.2.5 为了有效降低辅助阳极的接地电阻，阳极周围填加焦炭填包料。

5.3 参比电极
采用长效饱和Cu/CuSO4参比电极，预包装在有填包料的布袋中，并带有一根截面积为2.5mm2的高分子聚乙烯铜芯电缆，不同规格的参比电极应带有清晰可读的标识。

参比电极要求极化小、稳定性好、寿命长。

Cu/CuSO4参比电极测量误差±10mV。

5.4 电缆
阳极主电缆、阴极电缆采用VV22-1kV/1×25mm2型；高硅铸铁阳极自带电缆为VV-1kV/1×16mm2型；参比、零位接引导线为VV-1KV/1×6 mm2型；测试桩测试线为VV-1KV/1×10mm2型。

6 .阴极保护系统的施工
6.1 恒电位仪
恒电位仪、控制台放置在阴极保护间内，2台恒电位仪放置在阴极保护控制台两侧，设备的安装应按设计和设备产品说明书要求进行。

6.2 汇流点及参比电极
汇流点设置在管线出站位置绝缘接头外侧，汇流点处设1只防爆接线箱，1支埋地型长效参比电极，汇流点处的阴极电缆、零位接阴电缆、参比导线均通过防爆接线箱与设备相连接。

汇流点处需涂抹环氧树脂（加入固化剂）并作防腐绝缘，防腐等级不低于主体管道。

6.3 电缆
电缆与管道的连接采用铝热焊焊接，在焊接后要采取必要的防护、绝缘措施，以防接头处损坏，并涂抹环氧树脂（加入固化剂）并作防腐绝缘，防腐等级不低于主体管道。

最后焊点处要缠绕热收缩带，热收缩带宽度250mm，径向搭接不小于100mm。

电缆埋深需在冻土层以下。

直埋电缆的上、下须以不小于100m m厚的软土或沙层包覆，上盖红砖，覆盖宽度应超过电缆两侧各50mm。

电缆应留有足够的裕量以防在电缆上产生张力，回填土中应去掉尖锐石块或其他可能损伤导线绝缘的材料。

电缆穿路，穿墙要铺设Ф89×4钢管。

电缆与管道交叉时，相互间的净垂直距离不应小于0.5m。

6.4 阳极地床
站外设一组阳极地床，由15支高硅铸铁阳极组成，阳极规格φ75×1500mm。

每支阳极带2m长电缆，电缆规格为VV-lkV/1×16mm2。

地床埋在站外距离管线垂直距离≥350m处。

埋深为阳极顶部距地面1.5m，阳极间距为2m。

辅助阳极周围用填包料包覆，径向厚度为100mm，填包料采用焦碳粉，且焦碳最大粒径宜小于15mm，含炭量大于85%。

阳极地床的埋设宜避开地上、地下构筑物，宜选择在潮湿、低洼地区。

根据现场情况可以对阳极地床位置做适当调整。

6.5 锌接地电池
为了保证电绝缘接头的安全运行，在绝缘接头处设1套锌接地电池（由2根锌棒组成，2根锌棒间由绝缘件连接），锌接地电池自带电缆通过防爆接线箱连接到管线上。

锌接地电池自带2根电缆，每根电缆长7 m，电缆型号VV-1KV/1×10mm2。

6.6 测试桩、防爆接线箱
管道沿线每1km设置一支电位测试桩，每5km设置一支电流测试桩。

防爆接线箱设置在阳极地床处、汇流点处、绝缘接头处，共设置4只。

测试桩、接线箱均埋设于管道流向左侧距离管道边缘1.5m处。

埋设要牢固稳定，外表做好防腐处理。

7 .检查与验收
7.1 阳极地床、汇流点、测试桩、防爆接线箱的位置、结构、数量是否符合设计要求。

7.2 检查电缆、阳极、测试桩、防爆接线箱的接线是否正确。

8 .投产调试
8.1 强制电流阴极保护系统，在投入运行前进行一次系统测试。

测试方法应按SY/T 0023的规定进行。

8.2 系统参数测试应至少包括以下项目：
(1) 辅助阳极区的土壤电阻率；
(2) 管道绝缘接头的绝缘性能；
(3) 仪器输出电流、电压；
(4) 管道阴极保护电位、阴极保护电流。

判定标准为：管道电位应达到保护电位-0.85V或更负（相对于铜/硫酸铜参比电极）。

同时有效消除IR压降。