CN101696506A - 一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极 - Google Patents

Abstract

一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其用于所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置(3)中；其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)为棒状，其长度和横截面外径的比值为3～10。本发明能保证管道顶管施工的持续性，大大节约了安装工作量和安装成本，经一次施工就能达到长效的防护，满足大型工程施工的耐久性要求；其在工程应用中具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

Description

一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极

技术领域

本发明涉及金属管道防腐蚀保护技术，特别提供了一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极。

背景技术

传统的大口径管道腐蚀控制方法有以下两大类：

隔离金属管道与腐蚀环境，例如在金属管道外部涂镀具有防腐蚀作用的涂层；采用电化学防腐的方法进行防腐蚀处理，例如安装牺牲阳极装置。

因此，人们迫切希望获得一种技术效果更好的针对金属质地的大口径管道(尤其是顶管施工的管道)外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置，尤其是其中最为关键的零件：大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果从防护效果分析性价比远高于现有技术中的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极。

本发明具体提供了一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其用于所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置3中；其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302为棒状，其长度和横截面外径的比值为3～10(优选的范围是5～7.5)。

为了使得所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极利于实用。所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。

所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的材质优选为镁合金或者锌合金；具体要求分别满足《中华人民共和国石油天然气行业标准.埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97中的“4技术条件”的规定。

所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302是横截面为均匀圆形的直棒，横截面直径为15～35mm(横截面直径进一步优选为22～30mm)；其长度为150～190mm。

所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的横截面直径为26mm；其长度为178mm；参见图4。配备的支撑钢筋的长度为0.9m，直径为20mm，钢筋外采用SLF系列冷涂料涂装加以绝缘，涂层在4KV电火花监测无渗漏。

本发明所述所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的应用背景是大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置，其应用于开放式挖掘施工或者顶管施工的管道1；其特征在于：

所述牺牲阳极保护装置3具体由以下两大部分构成：支撑连接部301、牺牲阳极302；其中，牺牲阳极302通过支撑连接部301直接或者间接固定连接在管道1上。

所述牺牲阳极保护装置3中还包括以下优选内容：

所述牺牲阳极保护装置3中的牺牲阳极302与管道1之间构成电连接结构。

所述牺牲阳极保护装置3中，支撑连接部301具体为具有电连接能力的支撑钢棒；支撑钢棒固定并密封在管道1上。

所述未被牺牲阳极302包裹住的那部分支撑钢棒外部设置有绝缘套4。牺牲阳极保护装置3整体可以形成基本为针状的结构。

在所述牺牲阳极保护装置3外部，设置有用于包裹牺牲阳极保护装置3用的糊状牺牲阳极添包料。

所述牺牲阳极保护装置3中，我们使用堵头6将作为支撑连接部301的支撑钢棒固定在管道1上；同时，堵头6还将管道1内外空间密封分别隔离开来。

所述牺牲阳极保护装置3还满足下述要求之一或其组合：堵头6与作为支撑连接部301的支撑钢棒之间为螺纹连接；堵头6与管道1之间为螺纹连接。

本所述的在管道内施工安装牺牲阳极保护装置3是指利用原有的管壁上的注浆孔或者在管道上打孔，从管道内向管道外安装牺牲阳极保护装置3；这种方式在实际工程应用中必定会具有很好的技术效果；

实际应用过程中，在安装牺牲阳极保护装置3完毕之后，我们使用糊状牺牲阳极添包料将牺牲阳极保护装置3包裹起来；所述糊状牺牲阳极添包料的质量百分比组成为石膏粉∶工业硫酸钠∶膨润土＝75∶5∶20。

在实际应用中，所述牺牲阳极保护装置3要求堵头6与管道1之间的接触电阻小于0.001欧姆。具体操作说明如下：在牺牲阳极保护装置3外部使用糊状牺牲阳极添包料封裹之后；我们使用毫欧表测定堵头与钢管主体之间的接触电阻应小于标准值0.001欧姆。

之后再进行保护电位测量：在实验钢管另一端的注浆孔安装硫酸铜参比电极，采用四位半读数的万用表测定保护电位，达到初期保护电位要求；初期保护电位要求小于-850毫伏。如此，可以取得更好的技术效果。

本发明的技术背景还依据一种大口径管道顶管施工的管道外壁腐蚀控制方法，该方法根据已有国内外标准规定进行埋地管道施工；其特征在于：

采用管道外壁涂层防护+牺牲阳极阴极保护的联合防腐蚀方案进行管道腐蚀控制；

——采用GB/T 18593-2001、SY/T 0315-2005标准进行测试，所述管道外壁涂层的关键防护性能要求达到如下指标：

涂层的抗水渗透性：在蒸馏水中60℃条件下浸泡30天，涂层增重率≤3％；

涂层的附着力：95℃条件下，浸泡30天，涂层的附着力达到1级；

涂层的粘结强度≥70Mpa；

涂层的阴极剥离要求：在-1.5V、65℃条件下，2天，剥离量≤3.5mm；

断面孔隙率：1～2级；

界面孔隙率：1～2级；(上述这些指标可以成为实际的工程标准。)

——所述阴极保护是在管道内施工安装牺牲阳极保护装置3，对管外壁进行保护的方式。

需要强调的是，上述的涂层的附着力以及断面孔隙率、界面孔隙率参照下述的标准：GB/T 18593-2001、SY/T 0315-2005；管道外壁涂层具体使用的是熔融结合环氧高性能长寿命管道涂层(中国科学院金属研究所出产的SEBF1～7系列涂层，是市售产品)；

本发明中所涉及的涂层防护是管道防护实际上的主要手段，在设计使用寿命内，主要靠管道外壁的熔融结合环氧高性能长寿命管道涂层(中国科学院金属研究所出产的SEBF1～7系列涂层，市售产品)作为主防护手段作全寿命阴极保护，作为辅助手段对涂层涂层钢管进行防护即使对涂层光管在生产、运输和安装过程中由于机械磕碰、摩擦等原因引起的涂层破损处对管道外壁进行阴极保护。

这种方法是目前设计管道防护的依据。对于大口径顶管施工的管道防护，采用上述原则进行防护有一定的难度：

1)在涂层管道顶管施工的过程中，能保证管道施工的连续性，要求提供一种高性能且能快速固化的布补口材料，这在目前的产品中还未可见；

2)在涂层管道顶管施工后，没有很好的方法实施阴极保护，以有的外加电流法在顶管施工管道复杂的地段中，由于与外工程的电流相互干扰，难于实现可靠的阴极保护，若要实施也要耗费巨大的财力。另一种牺牲阳极法通常在管外施工实施保护。

在所述大口径管道顶管施工过程中，要求将各段管道1端部的一段清理掉保护涂层，然后将各段管子之间进行焊接固定和密封，再之后还要求进行焊接之后的补口操作；

对所述管道外壁焊接部位进行补口操作的要求具体是：首先清理焊接后未覆盖涂层部位及其附近的残留物(焊接后的残留物、锈蚀物质等)，之后在管道外部的焊接部位及其附近重新涂覆保护涂层，使得各段管子共同形成一个外部设置有连续防护涂层的整体。

为了保证应用于金属管道外壁的熔融结合环氧高性能长寿命管道涂层的连续性，我们在原本属于不同节段的管道之间的连接处的焊接部位使用与管道外壁涂层同一类型的补口涂层材料进行管道外壁腐蚀防护处理，除了要求粘结强度≥25Mpa的指标要求之外，其它指标要求与金属管道外壁的熔融结合环氧高性能长寿命管道涂层一致；具体选择的可以是高分子无溶剂环氧涂层材料SLF系列。具体说明如下：

采用GB/T 18593-2001、SY/T 0315-2005标准进行测试，所述管道外壁补口涂层的关键防护性能指标要求达到如下指标：

涂层的抗水渗透性：在蒸馏水中60℃条件下浸泡30天，涂层增重率≤3％；

涂层的附着力：95℃条件下，浸泡30天，涂层的附着力达到1级；

涂层的粘结强度≥25Mpa；

涂层的阴极剥离要求：在-1.5V、65℃条件下，2天，剥离量≤3.5mm；

断面孔隙率：1～2级；

界面孔隙率：1～2级。

所述大口径管道顶管施工的管道外壁腐蚀控制方法中，牺牲阳极保护装置3具体安装在管道1外部，其按照管道1的轴线在管道1外壁上成对安装；安装间距是15米～1千米。

现有技术中牺牲阳极通常的安装间距最大为15米；但是，在本发明中因为使用高性能的防护涂层，牺牲阳极的安装间距可以达到1千米甚至以上。

当将管道之间焊接并涂覆补口涂层之后，所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置的安装方法可以按照如下要求依次进行：

首先，利用管道1的管壁上的注浆孔或者在管道上打孔作为安装孔，向孔内注入糊状牺牲阳极添包料；

然后，从管道内向管道外安装牺牲阳极保护装置3：将作为支撑连接部301使用的小头端固定有牺牲阳极部302的支撑钢棒通过管壁上的安装孔安装到内部注有糊状牺牲阳极添包料的空腔中，要求将牺牲阳极部302朝向远离管道的一端；

再之后，使用堵头6将支撑钢棒固定在管道1上；

再保持一段时间后，即安装成功符合要求的外部包裹有糊状牺牲阳极添包料的管内安装的牺牲阳极保护装置3。

需要强调的是：在将牺牲阳极保护装置3从管道内部放入对应管道上安装孔的管道外部糊状牺牲阳极添包料空腔中之前，先将堵头6和作为支撑连接部301使用的支撑钢棒的大头端通过螺纹连接的方式固定连接在一起；

在将牺牲阳极保护装置3从管道内部放入对应管道上安装孔的管道外部糊状牺牲阳极添包料空腔中之后，利用堵头6上的螺纹结构将堵头6与连接在其上并与之成为一个整体的支撑钢棒都固定在管道1上，并封闭设置在管壁上的安装孔。

本发明及其相关技术方案的优点：

1)本发明大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置(尤其是作为其关键零件的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极)可以应用于大口径管道顶管施工的管道外壁腐蚀控制方法中。由于管道外壁使用了高性能的熔融结合环氧长寿命管道外壁涂层(中国科学院金属研究所出产的SEBF1～7系列涂层，市售产品)，在大口径顶管施工后，管道整体涂层防护性能优良。在少量牺牲阳极的使用下(少于正常环境下牺牲阳极用量的1/10)其优良的涂层防护的性能可以使通常的埋地和浸水管道的有效防护年限达50年以上；由于牺牲阳极在有效保护期内的用量少，在大口径顶管管道内，采用新型式的阳极和新的阳极安装施工技术，实施大口径顶管施工牺牲阳极的阴极保护方法成为可能。本发明解决了现有技术中顶管施工管道外壁腐蚀控制的技术难题，填补了技术空白；

现有技术中，管道外壁涂层的体积电阻通常位10¹⁰欧姆.米；而本技术方案中的涂层的体积电阻可达10¹⁴欧姆.米；其技术效果明显优于现有技术。

2)本技术方案具体优选可以使用焊接方式将所述牺牲阳极保护装置3通过支撑连接部301固定在管道1上；为在现场保证管道顶管施工的持续性，要求焊接部位防护施工时间很短(在1小时之内)，补口材料能实干，粘结强度接近10Mpa，保证顶管施工时不损伤补口涂层性能；

本发明使用了无溶剂环氧补口涂层，配合管道外壁的高性能熔融结合环氧长寿命管道外壁涂层，共同使得顶管施工管道得到整体保护。

管道外部补口涂层材料的防护性能指标：在蒸馏水中60℃浸泡30天，涂层增重率≤3％；涂层的附着力：95℃条件下浸泡30天，达到1级；涂层的粘结强度≥70Mpa；涂层的阴极剥离：-1.5V  65℃，2天≤3.5mm；断面孔隙率：1-2级；界面孔隙率：1-2级。

3)本发明采用高效牺牲阳极的阴极保护方法；其还具体使用了特殊结构设计的针状的牺牲阳极保护装置3(参见附图1～3)；结合管道外壁预设涂层以及焊接部位补口涂层的使用，其所需的牺牲阳极数量少于常规用量的1/10。

同时，在管道内施工的牺牲阳极保护装置3的安装位置充分利用了注浆孔，原有注浆孔能基本满足牺牲阳极保护装置3在安装时的数量、重量等要求，可以使得整个大口径管道顶管施工管道外壁腐蚀控制系统达到最佳设计，并对应有最佳效果。如此，本发明所述的相关技术方案大大节约了安装工作量和安装成本。

4)本技术方案能经一次施工就能达到长效的防护，满足大型工程施工的耐久性要求；其具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为设置有牺牲阳极保护装置3的管内施工阴极保护系统示意图，图中，我们利用在管道1上是成对设置的注浆孔，在注浆孔上成对安装基本为轴对称的牺牲阳极保护装置3；

图2为图1的A处局部放大图；

图3为牺牲阳极保护装置3基本结构图；

图4为大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极外观示意图。

具体实施方式

本发明所述附图中的各个数字标号的含义如下：

管道1、牺牲阳极保护装置3、支撑连接部301、牺牲阳极302、绝缘套4、堵头6。

实施例1

一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其用于所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置3中；其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302是横截面为均匀圆形的直棒，其长度和横截面外径的比值约为6.8(牺牲阳极302的横截面直径为26mm；其长度为178mm；具体请参见图4)。

所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。对应所述开孔的支撑连接部301的长度为0.9m，直径为20mm，钢筋外采用SLF系列冷涂料涂装加以绝缘，涂层在4KV电火花监测无渗漏。

为了使得所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极利于实用。所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。

所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的材质具体为镁合金或者锌合金；具体要求分别满足《中华人民共和国石油天然气行业标准.埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97中的“4技术条件”的规定。

本实施例所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302作为大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置3的关键零件，所述牺牲阳极保护装置3应用于开放式挖掘施工或者顶管施工的管道1；其特征在于：所述牺牲阳极保护装置3具体由以下两大部分构成：支撑连接部301、牺牲阳极302；其中，牺牲阳极302通过支撑连接部301直接或者间接固定连接在管道1上。

本实施例还包括以下内容：

所述牺牲阳极保护装置3中的牺牲阳极302与管道1之间构成电连接结构。

所述牺牲阳极保护装置3中，支撑连接部301具体为具有电连接能力的支撑钢棒；支撑钢棒固定并密封在管道1上。

所述未被牺牲阳极302包裹住的那部分支撑钢棒外部设置有绝缘套4。牺牲阳极保护装置3整体可以形成基本为针状的结构。

在所述牺牲阳极保护装置3外部，设置有用于包裹牺牲阳极保护装置3用的糊状牺牲阳极添包料。

本实施例使用堵头6将作为支撑连接部301的支撑钢棒固定在管道1上；同时，堵头6还将管道1内外空间密封分别隔离开来。

本实施例所述牺牲阳极保护装置3还满足下述要求之一或其组合：

堵头6与作为支撑连接部301的支撑钢棒之间为螺纹连接；

堵头6与管道1之间为螺纹连接。

本实施例中的技术背景中关于大口径管道顶管施工的管道外壁腐蚀控制方法请参见说明书，在此从略。

实施例2

本实施例与实施例1的内容基本相同，其不同之处主要在于：

1)所述横截面为均匀圆形的直棒形式的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302道长度和横截面外径的比值约为10(牺牲阳极302的横截面直径为15mm)。

所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。对应所述开孔的支撑连接部301的长度为0.6m，直径为10mm，钢筋外采用SLF系列冷涂料涂装加以绝缘，涂层在4KV电火花监测无渗漏。

所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的材质材质为镁合金；具体要求满足《中华人民共和国石油天然气行业标准.埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97中的“4技术条件”的规定。

2)堵头6与作为支撑连接部301的支撑钢棒之间为铆接或者焊接；堵头6与管道1之间为焊接或者卡座连接。

管道外壁涂层具体使用的是熔融结合环氧高性能长寿命管道涂层(中国科学院金属研究所出产的SEBF1～7系列涂层，是市售产品)；SEBF1～7系列涂层适合不同的管道，可以根据具体情况选用。

管道外壁补口使用的涂层材料具体可以是：

中国科学院金属研究所出产的SEBF1～7系列熔融结合环氧高性能长寿命管道涂层，或者是高分子无溶剂环氧涂层材料SLF系列。

实施例3

本实施例与实施例1的内容基本相同，其不同之处主要在于：

所述横截面为均匀圆形的直棒形式的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302道长度和横截面外径的比值约为7.5(牺牲阳极302的横截面直径为22mm)。

所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。对应所述开孔的支撑连接部301的长度为0.8m，直径为18mm，钢筋外采用SLF系列冷涂料涂装加以绝缘，涂层在4KV电火花监测无渗漏。

所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的材质为锌合金；具体要求满足《中华人民共和国石油天然气行业标准.埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97中的“4技术条件”的规定。

实施例4

本实施例与实施例1的内容基本相同，其不同之处主要在于：

所述横截面为均匀圆形的直棒形式的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302道长度和横截面外径的比值约为5(牺牲阳极302的横截面直径为30mm)。

所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。对应所述开孔的支撑连接部301的长度为1.2m，直径为26mm，钢筋外采用SLF系列冷涂料涂装加以绝缘，涂层在4KV电火花监测无渗漏。

实施例5

本实施例与实施例1的内容基本相同，其不同之处主要在于：

所述横截面为均匀圆形的直棒形式的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302道长度和横截面外径的比值约为3(牺牲阳极302的横截面直径为35mm)。

所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极302的一端内部设置有用于配合和支撑连接部301结合以便使其间接固连在管道1的开孔。对应所述开孔的支撑连接部301的长度为0.95m，直径为30mm，钢筋外采用SLF系列冷涂料涂装加以绝缘，涂层在4KV电火花监测无渗漏。

Claims (6)

1.一种大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其用于所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极保护装置(3)中；其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)为棒状，其长度和横截面外径的比值为3～10。

2.按照权利要求1所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)的长度和横截面外径的比值为5～7.5。

3.按照权利要求2所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其特征在于；所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)的一端内部设置有用于配合和支撑连接部(301)结合以便使其间接固连在管道(1)的开孔。

4.按照权利要求1或2或3所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)的材质为镁合金或者锌合金；具体要求分别满足《中华人民共和国石油天然气行业标准.埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97中的“4技术条件”的规定。

5.按照权利要求4所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其特征在于：所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)是横截面为均匀圆形的直棒，横截面直径为15～35mm。

6.按照权利要求5所述大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极，其特征在于：所述直棒形状的大口径管道外壁腐蚀控制用牺牲阳极(302)的横截面直径为22～30mm；其长度为150～190mm。

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