管道工程强制电流阴极保护设计方案

管道工程

强制电流阴极保护

设计方案

新疆奥睿博节能科技发展有限公司

目录

、概述 、设计方案 、设计依据标准 、设计指标 、系统设计及安装 、阴极保护系统仪器和材料 、施工设计 、施工技术要求 、工程验收 、效果监测 附录一：阴极保护材料表

强制电流阴极保护设计方案

1、概述

本工程总长度为58.7km，管道管径多数为D89mm，防腐层为黄夹克防腐层。由于管道所经地多为盐碱地，土壤电阻率较大，易选用外加电流阴极保护方式，对管道进行保护，达到延长使用寿命的目的。

2、设计方案

管道设计采用独立的外加电流阴极保护系统。设计1座阴极保护站。阴极保护站设计1处浅埋阳极地床、在靠近排气管处埋设1支长效硫酸铜参比电极、在阴极保护站设计安装1台直流电源。

3、设计依据标准

《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448-2008

《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T0086-2003

《钢质管道外腐蚀控制规范》GB/T21447-2008

《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》GB/T21246-2007

《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015

《锌-铝-镉合金牺牲阳极》GB/T4950-2002

《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》SY/T0017-2006

《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》GB/T50698-2011

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4、设计指标

1、阴极保护设计使用寿命15年。有效保护期间管道极化电位应满足以下第2或3条要求。

2、施加阴极保护后，管道阴极极化电位为-0.85~1.25V（相对于CSE电极），应考虑排除IR降。

3、在阴极保护极化形成或衰减时，测取被保护管道表面与土壤接触、稳定的参比电极之间的阴极极化电位差不应小于100mV。

4、当土壤或水中存在硫酸盐还原菌，且硫酸离子含量超过0.5%时，通电保护电位应达到-0.95V或更负（相对于CSE电极）。

5、系统设计及安装

5.1阴极保护设计参数

（1）管道总长度: 约58.7km

（2）绝缘层: 黄夹克防腐层

（3）管道总表面积: 约16404m2

（4）阴极保护系统设计寿命： 30年

（5）土壤平均电阻率: 200Ω·m（0～2米深土壤层）

（6）管道保护电位: ≤-0.85V（CSE）

5.2阴极保护系统的设计计算

5.2.1保护电流密度的选取

根据管道外防腐层绝缘电阻和阴极保护电流密度的对应关系（见表1），选择本项目中的最小阴极保护电流密度为0.5mA/m2。

表1 电流密度和防腐层绝缘电阻的对应关系

5.2.2管道保护长度的计算 s s p p 82R J D V

L ⨯⨯⨯∆⨯=π

式中： L P － 单侧保护管道长度，m

V ∆ － 极限保护电位与保护电位之差，0.35V

p D － 管道外径，0.089m

s J － 保护电流密度，0.5×10-3A/m 2

s R － 管道线电阻 Ω/m δδπρ)1000(p t

s -=D R

其中：t ρ－ 钢管电阻率 Ω·mm 2/m

p D － 管道外径 m

δ － 管道壁厚 mm

本方案中：t ρ = 0.135Ω·mm 2/m

p D = 0.089m

s J = 0.5×10-3A/m 2

V ∆ = 0.35V (-1.20V ～-0.85V)

δ = 4.5mm

计算得： s R ＝0.91×10-5Ω/m s s p p 82R J D V

L ⨯⨯⨯∆⨯=π

＝46925m

L p =23.5km

阴极站管道保护长度达到23.5km，可对阴极站至其它方向延长线的部分

管道进行保护，当所保护管线实际所需的阴极保护电流密度＜0.5mA/m2时，阴极站的单边保护长度将大于计算值23.5km，反之则小于计算值23.5km。

5.2.3阴极保护总电流的计算

阴极保护总保护电流需要量计算如下：

I总=i×S=0.5×16404=8202mA=8.2A（其中S=16404m2）

5.2.4辅助阳极数量的选取

本方案辅助阳极选用高硅铸铁阳极，规格75*1500mm，因为工作电流密度大，每年的消耗率低。辅助阳极的经济数量按如下公式确定：

ρ

I

12

.0

n

w

= [A-1]

式中：

w

n－辅助阳极的经济数量

I－总保护电流（A）（I＝8.2A ）

ρ－土壤电阻率（m·Ω）（ρ＝200Ω·m）

故可得:

w

n＝13.9支

由于管道沿线的土壤电阻率的波动范围较大，并且部分管道处于盐碱地段，为了留有一定的设计余量，所以将阴极保护系统的辅助阳极设计数量选择为20支，采用浅埋式阳极地床，因此每个阴极站的单支阳极平均输出电流

是： I输=I A/

w

n=8.2/20=0.41A

5.2.5辅助阳极重量及规格的选取

辅助阳极重量：

k I

g

T

G ⋅

⋅

=

式中：G－辅助阳极总重量，kg

g－辅助阳极消耗率，kg/(A·a)

I－辅助阳极工作电流，A

T－辅助阳极设计寿命，a

k－辅助阳极利用系数，取0.70～0.85

其中：g＝0.5kg/(A·a)

T＝30a

k＝0.7

I＝8.2A

计算得G＝144.7kg；

选取高硅铸铁阳极作辅助阳极，其规格为Φ75×1500mm，该阳极在土壤

及淡水环境中的最大额定输出电流为≤50A/㎡,即2.5A/支。本项目阴极保护

站设计计算阴极保护系统的单支阳极输出电流分别是0.41A，远远小于最大额

定输出电流 2.5A，而该阳极在推荐的电流密度下（≤50A/㎡,土壤及淡水环

境），可保证其使用寿命大于30年。

硅铸铁阳极化学成分见表1:

表1 高硅铸铁阳极化学成分 (%)

高硅铸铁阳极的允许电流密度为50A/m2，消耗率应小0.5kg/(A·a),其规格见表2:

5.2.6制电流阴极保护系统的电源功率计算

考虑实际中阳极地床接地电阻、防腐层绝缘电阻及回路电阻的变化,可