克-烏輸氣管道外防腐設計畢業(yè)設計

克—烏輸氣管道外防腐設計說明書1設計依據(jù)本單項工程根據(jù)以下文件及要求進行施工圖設計：《西南石油大學畢業(yè)設計（論文）任務書》《克—烏輸氣管道工程簡介》(網(wǎng)絡資源)《地下金屬管道的腐蝕與防護》《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕控制工程設計規(guī)范》(SY0007-1999)《埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐技術標準》(SY/T0420-1997)《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范》SY/T0019-1997《埋地鋼質(zhì)管道強制電流陰極保護設計規(guī)范》SY/T0036-2008《簡明陰極保護手冊》19922工程概況克—烏輸氣管道起點為克拉瑪依金龍一級配氣站，終點為烏魯木齊王家溝末站，該管線經(jīng)過克拉瑪依市、農(nóng)六師、農(nóng)七師、農(nóng)八師、農(nóng)十二師的部分團場以及沙灣縣、瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市、烏魯木齊市等區(qū)縣，管線全長312km。管道工程采用φ426×6螺旋焊縫管（鋼材鋼級選用L360（X52）），輸送商品天然氣，。管道全線以溝埋為主，有6處中小型穿越及1處小型跨越。沿線以戈壁和農(nóng)田，個別地段為河流、土丘和沖溝。一般地段管道埋深1.25～2.5m，土壤電阻率在7～1025.m，自然電位-0.6～-0.55V。3外層防腐3.1外防腐層選用選擇管道外防腐層的作用是將腐蝕介質(zhì)與被保護金屬表面隔開，在埋地管道防腐工程中，覆蓋層占有重要的位置，對延長管道的使用壽命、維持正常使用及增加運行安全性都有十分重要的意義。因此，合理的選擇管線外防腐材料，是保證工程設計經(jīng)濟合理至關重要的技術關鍵。作為埋地管道外覆蓋層應具備下列性能：（1）有效的電絕緣性；埋地管道外防腐層的絕緣電阻一般不應小于10000Ω·m2；（2）有良好的防潮、防水性；（3）有較強的機械強度（包括抗沖擊強度、耐彎曲性、耐磨性、針入度等指標）；（4）防腐層對鋼材表面有良好的粘接性；（5）防腐層的材料和施工工藝對母材的性能不應產(chǎn)生不利的影響；（6）有良好的抗陰極剝離性能；（7）有較好的耐化學性能和抗老化性能；（8）防腐層損傷易于修補；（9）防腐層對環(huán)境的影響應符合相應的要求。3.2外防腐層比選常用的埋地管道外防腐涂層材料有石油瀝青、煤焦油瓷漆、熔結環(huán)氧、擠塑聚乙烯（PE）等。石油瀝青涂層是國內(nèi)應用最多的埋地管道外防腐涂層，其主要優(yōu)點是施工技術成熟，造價較低，與陰極保護相容性好等優(yōu)點；缺點是機械性能較差、絕緣電阻率不高，不耐植根刺、不耐微生物侵蝕、使用壽命較短、防腐工作勞動條件差、對環(huán)境有一定的污染。從國內(nèi)的使用效果來看，施工質(zhì)量高的管道涂層面電阻在20kΩ.m2左右,陰極保護電流密度30μA/m2左右；施工質(zhì)量差的管道涂層面電阻30kΩ.m2甚至更低，陰極保護電流密度100μA/m2以上。石油瀝青涂層的預制費約65元/m2。煤焦油瓷漆涂層具有很強的抵御細菌、堿性和其他化學物侵蝕的能力，吸水率較低，絕緣電阻率略高于石油瀝青涂層，抗植物根莖穿透。煤焦油瓷器涂層的主要確定是毒性大、抗土壤應力差、機械強度不高、高溫流淌、低溫發(fā)脆、熱穩(wěn)定性差。煤焦油瓷器的價格較貴，是目前常用外防腐層中材料費最貴的品種。熔結環(huán)氧涂層具有對鋼管的粘結力強、陰極剝離半徑小、使用溫度范圍寬、化學穩(wěn)定性好、硬度大、抗土壤應力好、摩擦系數(shù)小、耐化學介質(zhì)浸泡好、絕緣電阻高等一系列優(yōu)點。熔結環(huán)氧涂層的缺點是涂層太薄，生產(chǎn)中易產(chǎn)生針孔，運輸和施工過程中極易受傷，補口和補傷麻煩，不耐大氣老化。熔結環(huán)氧涂層的預制費約70元/m2。擠塑聚乙烯（PE）防腐層的突出優(yōu)點是機械性能好，耐沖擊強度高、化學穩(wěn)定性高、絕緣電阻高、透水率極低、補口補傷方便、抗外來人為損壞和運輸損傷能力強、易于修補、表現(xiàn)出的使用性能與熔結環(huán)氧相近或更好。主要缺點是兩層結構的PE的陰極剝離半徑大，一旦粘結劑從鋼管表面脫落，脫落處又破損，電解質(zhì)從破損處浸入，由于PE的致密性好，陰極保護電流不易在夾縫處形成回路，極易造成夾縫腐蝕。二層結構擠塑聚乙稀防腐層的預制費約為75元/m2。為了充分發(fā)揮溶結環(huán)氧和PE涂層的優(yōu)點，克服缺點，以曼內(nèi)斯曼為代表的防腐涂層公司在八十年代中期發(fā)展了三層結構PE，即溶結環(huán)氧底漆—共聚物熱溶膠—聚乙烯防腐層。該涂層的關鍵技術在溶結環(huán)氧固化前就涂共聚物熱溶膠，實現(xiàn)環(huán)氧與熱溶界面上兩種材料的交聯(lián)，保證兩種材料的良好結合。該防腐層利用了PE和環(huán)氧的機械性能和絕緣性能方面的優(yōu)點，使用效果極好，陰極保護電流密度特別低，防腐層十分堅固，幾乎不受土壤應力的影響，不易破壞，補口、補傷方便，是當前外防腐涂層最為理想的結構之一。三層結構聚乙烯防腐層的預制費約90元/m2。3.3外防腐材料選擇保證克—烏輸氣管道埋地鋼質(zhì)管道在預期壽命內(nèi)不產(chǎn)生由于土壤腐蝕而造成的功能損失是對外防腐涂層的基本要求。外防腐涂層的選擇失誤會導致在管道內(nèi)由于外防腐層失效而帶來的巨額維修費用，該費用往往超過建設時采用高性能防腐層所增加的初始費用。按《鋼質(zhì)管道與儲罐腐蝕控制工程設計規(guī)范》（SY0007－1999）標準的規(guī)定，本段管道外防腐層選用石油瀝青加強級絕緣防腐涂層，特殊地段采用石油瀝青特加強級絕緣防腐。采用石油瀝青加強防腐涂層補口補傷。4陰極保護4.1陰極保護方式的選取目前，國際公認的管道最經(jīng)濟、合理、有效的外防腐措施是防腐層與陰極保護結合起來使用。無論多么優(yōu)良的防腐層都會在其生產(chǎn)、運輸、施工等過程中產(chǎn)生針孔，受到損壞，從而不可能將管道完全與腐蝕環(huán)境隔離，加速了針孔和損傷處管體受到的腐蝕，因此陰極保護是外防腐涂層的有效補充。為保證管道安全可靠地運行，按照規(guī)范的要求對全線實施陰極保護，陰極保護主要有外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護兩種，兩種方法各有其優(yōu)缺點，詳見表4-1：表4-1陰極保護方式比較表方法優(yōu)點缺點外加電流1、輸出電流連續(xù)可可調(diào)2、保護范圍大3、不受環(huán)境電阻率率限制4、工程越大越經(jīng)濟濟5、保護裝置壽命長長1、需要外部電源2、對鄰近金屬構筑筑物干擾大3、維護管理工作量量大犧牲陽極1、不需外部電源2、對鄰近金屬構筑筑物無干擾或或很小3、投產(chǎn)調(diào)試后可不不需管理4、工程越小越經(jīng)濟濟5、保護電流分布均均勻、利用率率高1、高電阻率環(huán)境不不易使用2、保護電流不可調(diào)調(diào)3、防腐層質(zhì)量必須須好4、投產(chǎn)調(diào)試工作復復雜5、消耗有色金屬對于短距離管道工程采用犧牲陽極陰極保護方法較為經(jīng)濟，對于長距離輸送管道工程，相比之下，采用外加強制電流陰極保護方法則更為經(jīng)濟。由于本工程距離較短，管徑小，因此決定采用犧牲陽極的陰極保護方式。任何材料的管道外防腐層在施工、運行過程中都會殘留破損點，為防止破損點的鋼鐵遭受土壤的電化學腐蝕，延長管道的使用壽命，必須采用保護措施，最大限度地減緩土壤對鋼鐵的腐蝕速度。本工程管道直徑小，沿線腐蝕性為中強。綜上所述，本工程埋地鋼管采用外敷絕緣材料與電化學防腐雙重保護，以確保天然氣管道的使用壽命。防腐采用石油瀝青加強級防腐，陰極保護采用犧牲陽極陰極保護。4.2犧牲陽極陰極保護及計算4.2.1保護陽極金屬的確定考慮到主要幾種陽級材料的電性能及經(jīng)濟指標見表4-2、4-3：表4-2犧牲陽極性能比較參數(shù)特性鎂合金陽極MgA2鋅合金陽極Zn鋁合金陽極Al-ZnAl-In陽極開路電位有效電壓理論發(fā)生電量，安安時/克電流效率，%有效電量，安時//克消耗量，千克/安安培、年比重1.550.652.21551.227.21.841.100.250.82900.7411.87.31.000.152.88501.446.12.831.100.252.88802.303.812.82表4-3犧牲陽極選用比較類型鎂陽極鋁陽極鋅陽極優(yōu)點有效電壓高；發(fā)生電量大；能用土壤電阻率比比較高的土壤壤和水中；發(fā)生電量最大；材料容易獲得；成本低廉。性能穩(wěn)定,自腐蝕蝕??；電流效率高；壽命長；不用擔心過防蝕。缺點電流效率低；自腐蝕大；材料來源和冶煉均均不易若使用不當會產(chǎn)生生過防蝕。在污染海水中和高高土壤電阻率率環(huán)境中性能能下降；目前國產(chǎn)鋁陽極性性能尚不穩(wěn)定定。有效電壓低；單位面積發(fā)生電量量少；不適宜高溫,淡水水或過高土壤壤電阻率的環(huán)環(huán)境。參考價格130元/支100元/支100元/支通過上述比較本工程主要選用鎂合金陽極作為保護金屬陽極材料。根據(jù)以往經(jīng)驗選用型號為MAZL-2的11.0Kg鎂合金陽極，此型陽極輸出電流大，使用壽命長且性能穩(wěn)定，是比較理想的金屬陽極材料。4.2.2埋設間距的確定由于φ426×6螺旋焊縫管長度為312km，每500m埋設一組陽極，每1Km設置一處檢測樁，因此需在整條管線中部設陽極地床600處即可滿足需要。4.2.3陽極地床埋地犧牲陽極必須使用化學填包料，其配方見表4-4表4-4犧牲陽極填包料的配方陽極類型填包料配方[%（m/m）]適用條件（電阻率）石膏粉（CaSO4·2HH2O）工業(yè)硫酸鈉工業(yè)硫酸鎂膨潤土鎂陽極5025751515——515——25—20355050205050≤20Ω·m≤20Ω·m>20Ω·m>20Ω·m>20Ω·m鋅陽極507555——4520——根據(jù)管道所經(jīng)地段的土壤電阻率，故選用的配方如下：石膏粉（CaSO4·2H2O）15%，工業(yè)硫酸鎂（MgSO4）35%，膨潤土50%4.2.4本工程的具體作法（1）主管道全線采用犧牲陽極保護。陽極在管道上沿軸向臥式成組分布，每組4只。（2）陽極埋設位置距管道3～5米，最小不宜小于0.3米，埋設深度為陽極頂部距不小于1米。（3）臥式陽極宜采用開槽法施工。（4）陽極連接電纜的埋設深度不應小于0.7米。（5）每500m設置一組犧牲陽極；遇特殊地段穿越，在兩端各設置一組犧牲陽極。（6）具體施工辦法參見《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范》SY/T0019－97。4.2.5陰極保護輔助設施（1）陰極保護測試樁：高壓管道每1km設一個測試樁，每一個絕緣接頭設置一個測試樁。（2）絕緣接頭為防止陰極保護電流通過沒有絕緣的金屬接地裝置時漏失，以便于測試保護電位，共設絕緣接頭20個。（3）運行保護陰極保護保護準則：相對于飽和筒/硫酸銅參比電極的管道陰極極化電位至少為850mV；管道表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定飽和銅/硫酸銅參比電極之間的陰極極化電位差值最小為100mV。（4）交流干擾處理原則管道與交流電氣化鐵路平行、接近、交叉時按下列原則處理：=1\*GB3①平行長度超過10km時，平行間距必須大于100m；=2\*GB3②與電氣化鐵路交叉，必須正交；=3\*GB3③埋地管道與牽引變電站的間距必須大于1km；否則采取降低干