一种钢质管道阴极保护系统及方法 |
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| 申请号 | CN202211130368.0 | 申请日 | 2022-09-15 | 公开(公告)号 | CN117737740A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 中国石油天然气股份有限公司; | 发明人 | 田志金; 李理; 陈燃; 程华; 王峰; 陈墨; 唐柳怡; 夏太武; 曹勇; 王飞; 牟洪陶; 杨东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 提供一种 钢 质管道 阴极 保护 系统及方法，包括:在 套管 内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充 膨润土 ，以实现对钢质管道的阴极保护。本发明实施例通过在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土来实现对钢质管道的阴极保护，避免了现有的穿越段钢质管道或者跨越段钢质管道的阴极保护系统或者方法在后期存在安全 风 险及运维成本较高的技术问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢质管道阴极保护方法，其特征在于，包括: |
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| 说明书全文 | 一种钢质管道阴极保护系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及一种钢质管道阴极保护系统及方法。 背景技术[0002] 为了输送介质，应用大量钢质管道作为输送工具。因此，钢质管道的运行安全至关重要。目前钢质管道基本采用埋地的方式敷设，而钢质管道的埋设环境会影响钢质管道的腐蚀速率。为有效延缓钢质管道的腐蚀速率，延长管道的使用寿命，确保钢质管道在运行过程中的安全，现阶段主要采取牺牲阳极和强制电流的阴极保护方式。 [0003] 然而，在埋地钢质管道中涉及到穿、跨越河流、道路、铁路、桥梁等特殊地段。针对特殊地段阴极保护系统通常存在电流屏蔽的现象，因此，针对在阴极保护系统中特殊地段(穿、跨越地段)的钢质管道主要采取以下方式。 [0004] 对于穿越段的钢质管道：目前穿越段的钢质管道存在有导通阴极保护电流的套管和屏蔽阴极保护电流的套管两种。 [0005] 屏蔽阴极保护电流的导管内存在电解质时，采用牺牲阳极进行保护；导通阴极保护电流的导管，以导管与工作管道之间加装可调电阻跨接的方式利用整体阴极保护系统对导管和工作管道联合保护。具体方式为：穿越管道外部设有钢套管(导通阴极保护电流的套管)或者混凝土套管(屏蔽阴极保护电流的套管)，在工作管道与套管之间采用绝缘支架道进行保护的方式。 [0006] 穿越管道在导管内存在电解质时，主要牺牲阳极使用寿命较短，由于处于套管内(通常套管≥工作管道100mm)后期难以更换。若阳极消耗殆尽后未及时更换会形成漏点，造成钢质管道加速腐蚀，存在安全风险，后期运行维护成本较高。 [0007] 穿越管道在导管内无电解质时，阴极保护无电流导通，工作管道无阴极保护，导管与工作管道之间形成受限空间，气体泄漏后形成安全风险，因此需设施泄漏监测口，长期进行监测，运维成本较高； [0008] 4)导通阴极保护电流的导管，利用整体阴极保护系统对导管和工作管道联合保护，在导管与工作管道之间加装可调电阻跨接的方式。该方式在管道破损后存在安全风险。 [0009] 对于跨越段的钢质管道：跨越段的钢质管道大部分处于露空状态，在管道与支架之间采用绝缘胶垫进行绝缘，出入土的两端采用加装绝缘设施和绝缘监测设施的方式，与整体阴极保护系统断开，设置绝缘设施需长期维护、检测，后期运行维护成本较高。 [0010] 跨越段钢质管道未实施阴极保护，为防止管道的延缓腐蚀速率，采用防腐层进行加强防腐，防腐方式多采用缠绕粘弹体、冷缠带或涂刷油漆的方式，由于收到自然环境的影响，通常3‑5年需重复循环开展外防腐层修复工作，修复过程中需根据管道所处的环境，针对法规对安全环境保护要求，产生的措施费用较高。 发明内容[0011] 为解决现有技术中穿越段钢质管道或者跨越段钢质管道的阴极保护系统或者方法在后期存在安全风险及运维成本较高的技术问题，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护系统及方法，以降低阴极保护系统及方法在后期的安全风险及运维成本。 [0012] 本发明实施例通过下述技术方案实现： [0013] 本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护方法，包括: [0014] 在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土，以实现对钢质管道的阴极保护。 [0015] 进一步的，所述套管为用于导通阴极保护电流的导管。 [0016] 进一步的，所述套管为用于屏蔽阴极保护电流的导管； [0017] 所述在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土，以实现对钢质管道的阴极保护；包括：在套管内的钢质管道的外侧缠绕钛丝作为阴极保护电流的导体，钛丝的两端与自然土壤连通，其中所述套管内间隔设有若干个绝缘支架。 [0018] 进一步的，所述保护方法还包括： [0019] 将套管和钢质管道的一端斜插入地面下； [0020] 将套管和钢质管道斜插入地面下的一端，先用膨润土填实成膨润土层，再在膨润土上用自然土壤填实成自然土壤层。 [0021] 进一步的，所述膨润土层和自然土壤层的厚度比为1‑2:1。 [0022] 进一步的，所述膨润土层和自然土壤层的厚度均为500mm。 [0023] 进一步的，所述钢质管道的外侧壁和套管的内壁经过防腐处理。 [0024] 进一步的，套管的直径超过钢质管道的直径100mm以上，所述钛丝的缠绕间距为钢质管道直径的1.5倍。 [0025] 第二方面，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护系统，包括： [0026] 套管，套设于钢质管道，套管与钢质管道之间填充满膨润土； [0027] 当所述钢质管道为穿越段钢质管道且所述套管与钢质管道的一端斜插入地面下时，套管为用于导通阴极保护电流的导管；从套管与钢质管道的一端由下至上依次由膨润土层和自然土壤层填实； [0028] 当所述钢质管道为埋地段钢质管道时，所述套管为用于屏蔽阴极保护电流的导管；套管内的钢质管道的外侧缠绕有钛丝，钛丝的两端与自然土壤连通；所述套管内间隔设有若干个绝缘支架。 [0029] 第三方面，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护系统，钢质管道包括：穿越段钢质管道、跨越段钢质管道和埋地段钢质管道；所述埋地段钢质管道通过穿越段钢质管道和跨越段钢质管道连通； [0030] 所述穿越段钢质管道套设有用于导通阴极保护电流的导管，所述穿越段钢质管道与用于导通阴极保护电流的导管之间填充有第一膨润土，所述穿越段钢质管道和用于导通阴极保护电流的导管的插入地面下的一端从下至上依次通过膨润土层和自然土壤层填实； [0031] 所述埋地段钢质管道套设有用于屏蔽阴极保护电流的导管，所述埋地段钢质管道与用于屏蔽阴极保护电流的导管之间填充有第二膨润土，所述埋地段钢质管道上缠绕有钛丝，所述钛丝的两端与自然土壤连通；所述用于屏蔽阴极保护电流的导管内间隔设有若干个绝缘支架。 [0032] 本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果： [0033] 本发明实施例的一种钢质管道阴极保护系统及方法，通过在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土来实现对钢质管道的阴极保护，避免了现有的穿越段钢质管道或者跨越段钢质管道的阴极保护系统或者方法在后期存在安全风险及运维成本较高的技术问题。 附图说明 [0034] 为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0035] 图1为钢质管道的布置结构示意图。 [0036] 图2为现有技术中导管内存在电解质阴极保护示意图。 [0037] 图3为穿越段钢质管道的结构示意图。 [0038] 图4为埋地段钢质管道的结构示意图。 [0039] 附图中标记及对应的零部件名称： [0040] 1‑跨越段钢质管道，2‑穿越段钢质管道，3‑绝缘接头测试桩，4‑绝缘接头，5‑埋地段钢质管道，6‑辅助阳极，7‑阴保电流，8‑阴保站，9‑套管，10‑第一绝缘支架，11‑电解质，12‑彭润土层，13‑自然土壤层，14‑导通阴极保护电流的导管，15‑第一膨润土，16‑第二膨润土，17‑屏蔽阴极保护电流的导管，18‑钛丝，19‑第二绝缘支架。 具体实施方式[0041] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。 [0042] 在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。 [0043] 在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。 [0044] 在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。 [0045] 实施例 [0046] 为解决现有技术中穿越段钢质管道或者跨越段钢质管道的阴极保护系统或者方法在后期存在安全风险及运维成本较高的技术问题，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护系统及方法，以降低阴极保护系统及方法在后期的安全风险及运维成本。 [0047] 第一方面，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护方法，参考图1、2和4所示，包括: [0048] 在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土，以实现对钢质管道的阴极保护。 [0049] 可选地，在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间采用高压注浆设备注入膨润土全断面进行填充使在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充满膨润土。 [0050] 由于膨润土的土壤电阻率在130Ω/M左右，与自然土壤电阻率相符，如：川渝地区土壤电阻率在50Ω/M—150Ω/M之间，电流能够有效实现通过膨润土导通，从而，实现对钢质管道的阴极保护。 [0051] 从而，本发明实施例通过在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土来实现对钢质管道的阴极保护，避免了现有的穿越段钢质管道或者跨越段钢质管道的阴极保护系统或者方法在后期存在安全风险及运维成本较高的技术问题，降低了传统的阴极保护系统及方法在后期的安全风险及运维成本。 [0052] 进一步的，所述套管为用于导通阴极保护电流的导管。 [0053] 进一步的，所述保护方法还包括：将套管和钢质管道的一端斜插入地面下； [0054] 将套管和钢质管道斜插入地面下的一端，先用膨润土填实成膨润土层，再在膨润土上用自然土壤填实成自然土壤层。 [0055] 进一步的，所述膨润土层和自然土壤层的厚度比为1‑2:1。进一步的，所述膨润土层和自然土壤层的厚度均为500mm。 [0056] 在该导管每10000mm处设置检查孔，至少设置2处，便于后期测试土壤电阻率； [0057] 针对跨越段管道的导管，需将导管两端各1000mm埋入土壤中，其中‑500～‑1000mm采用膨润土进行填充，上端0～‑500mm采用原土进行回填，将膨润土与自然土壤有效结合，实现阴极保护电流导通。 [0058] 可选地，所述套管为用于屏蔽阴极保护电流的导管； [0059] 所述在套管内的钢质管道的外侧和套管的内侧之间填充膨润土，以实现对钢质管道的阴极保护；包括：在套管内的钢质管道的外侧缠绕钛丝作为阴极保护电流的导体，钛丝的两端与自然土壤连通，其中所述套管内间隔设有若干个绝缘支架。 [0060] 进一步的，套管的直径超过钢质管道的直径100mm以上，所述钛丝的缠绕间距为钢质管道直径的1.5倍。 [0061] 进一步的，所述钢质管道的外侧壁和套管的内壁经过PE防腐处理。 [0062] 在钢质管道防腐层外部缠绕缠绕间距为工作管道管径1.5倍的鈦丝(鈦丝导电性好且腐蚀速率2mg/(A.a)缓于钢质管道腐蚀速率9.13kg/(A.a)，因此，鈦丝使用寿命长于钢质管道，避免工作管道在寿命周期内发更换导体)作为阴极保护电流的导体。阴极保护电位通常在‑0.85V至‑1.2V之间，鈦丝的自然电位‑1.63V,钢质管道自然电位‑0.6V，由于鈦丝电位更负，因此阴极保护电流会直接流向钢质管道，实现优先保护钢质管道的目的)因加设鈦丝主要是由于套管将阴极保护电流进行屏蔽后，导管内膨润土未与大地完全接触，阴极保护电流无法完全导通，鈦丝两端插入土壤,可选地，钛插入土壤中长度为500mm,能有效将阴极保护电流导通，引入后从另一端流出，形成循环，实现阴极保护的效果。 [0063] 第二方面，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护系统，参考图1‑4所示，包括： [0064] 套管，套设于钢质管道，套管与钢质管道之间填充满膨润土； [0065] 当所述钢质管道为穿越段钢质管道且所述套管与钢质管道的一端斜插入地面下时，套管为用于导通阴极保护电流的导管；从套管与钢质管道的一端由下至上依次由膨润土层和自然土壤层填实； [0066] 当所述钢质管道为埋地段钢质管道时，所述套管为用于屏蔽阴极保护电流的导管；套管内的钢质管道的外侧缠绕有钛丝，钛丝的两端与自然土壤连通；所述套管内间隔设有若干个绝缘支架。 [0067] 第三方面，本发明实施例提供一种钢质管道阴极保护系统，参考图1‑4所示，钢质管道包括：穿越段钢质管道、跨越段钢质管道和埋地段钢质管道；所述埋地段钢质管道通过穿越段钢质管道和跨越段钢质管道连通； [0068] 所述穿越段钢质管道套设有用于导通阴极保护电流的导管，所述穿越段钢质管道与用于导通阴极保护电流的导管之间填充有第一膨润土，所述穿越段钢质管道和用于导通阴极保护电流的导管的插入地面下的一端从下至上依次通过膨润土层和自然土壤层填实； [0069] 所述埋地段钢质管道套设有用于屏蔽阴极保护电流的导管，所述埋地段钢质管道与用于屏蔽阴极保护电流的导管之间填充有第二膨润土，所述埋地段钢质管道上缠绕有钛丝，所述钛丝的两端与自然土壤连通；所述用于屏蔽阴极保护电流的导管内间隔设有若干个绝缘支架。 [0070] 现有技术参考图2所示，在套管9内有电解质11时，套管内设有若干个第一绝缘支架10，阴保站8和电解质连通，阴保站还连接有辅助阳极6；阴保电流7从辅助阳极流向钢质管道，从而，实现对钢质管道的阴极保护。 [0071] 1‑跨越段钢质管道，2‑穿越段钢质管道，3‑绝缘接头测试桩，4‑绝缘接头，5‑埋地段钢质管道，6‑辅助阳极，7‑阴保电流，8‑阴保站，9‑套管，10‑第一绝缘支架，11‑电解质，12‑彭润土层，13‑自然土壤层，14‑导通阴极保护电流的导管，15‑第一膨润土，16‑第二膨润土，17‑屏蔽阴极保护电流的导管，18‑钛丝，19‑第二绝缘支架。 [0072] 本发明实施例在此基础上进行改进。钢质管道在布置时，需要穿越特殊地段时，钢质管道需要进行如图1所示的架设布置；钢质管道包括跨越段钢质管道1、穿越段钢质管道2和埋地段钢质管道5；在地下的多个埋地段管道之间采用绝缘接头4连通；每个绝缘接头连接一个绝缘接头测试桩3；跨越段钢质管道1、穿越段钢质管道2和埋地段钢质管道5依次连通。 [0073] 在穿越段钢质管道上采取如图3的阴极保护结构。 [0074] 穿越段钢质管道套设有用于导通阴极保护电流的导管14，所述穿越段钢质管道与用于导通阴极保护电流的导管之间填充有第一膨润土15，所述穿越段钢质管道和用于导通阴极保护电流的导管的插入地面下的一端从下至上依次通过膨润土层12和自然土壤层13填实。 [0075] 可选地，将导管的下端1000mm埋入土壤中，其中‑500～‑1000mm采用膨润土进行填实，上端0～‑500mm采用自然土壤进行回填将膨润土与自然土壤有效结合，实现阴极保护电流导通。 [0076] 通过用于导通阴极保护电流的导管14依次与阴保站、辅助阳极和膨润土连通，可以实现阴保电流通过膨润土向穿越段钢质管道流动，从而实现阴极保护。 [0077] 在埋地段钢质管道上采取如图4的阴极保护结构。 [0078] 所述埋地段钢质管道套设有用于屏蔽阴极保护电流的导管17，所述埋地段钢质管道与用于屏蔽阴极保护电流的导管之间填充有第二膨润土16，所述埋地段钢质管道上缠绕有钛丝18，所述钛丝的两端与自然土壤连通；所述用于屏蔽阴极保护电流的导管内间隔设有若干个绝缘支架19。 [0079] 通过钛丝、自然土壤与阴保站和辅助阳极连通，可以实现阴保电流通过钛丝向穿越段钢质管道流动，从而实现阴极保护。 [0080] 从而，本发明实施例可实现钢质管道穿越和跨越特殊地段时的阴极保护。由于采用膨润土填充套管与钢质管道之间的空间避免了套管与钢质管道之间存在的空间，同时膨润土的化学物理性质稳定，从而使后期的运维成本显著降低。 [0081] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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