管道基础知识

管道基础知识

一、管道的组成

原油长输管道的管线是原油运输的通道，如果把输油站比作人的心脏话，管线则是人的大动脉。由管道本身和沿线的截断阀室、通过河流、公路、铁路、山谷的穿（跨）越设施、阴极保护装臵、通讯与自控线路等组成。

①长输管道由钢管焊接而成，一般埋地敷设，为防止土壤对钢管的腐蚀，管外都包有防腐绝缘层，并采用电法保护措施。长距离输油管道上每隔一定距离设有截断阀室，大型穿（跨）越构筑物两端也有，其作用是一旦发生事故可以及时截断管内油品，防止事故扩大并便于抢修。通讯系统是长距离输油管道的重要设施，通讯方式包括微波、光纤与卫星通讯等。

②管道截断阀室

截断阀一般设在管线重要流域两岸、人口稠密地区，或管线起伏较大的地域，其主要作用是管道出现爆管、穿孔等情况时，减少原油的泄漏，防止事态扩大。根据国家现行的标准，上述地区必须安装截断阀，管线每30km也建议安装截断阀。

截断阀室根据地理位臵、危险程度和设计要求等可分为手动阀室和自动阀室；也可分为有人值守阀室和无人值守阀室。

③管道穿越

管道经过公路、铁路、河流及障碍物时，管道从下面穿过的一种方式。目前，管道经过公路、铁路、河流及障碍物时，主要通过这种

方法，如仪征至金陵的管线，采用穿越的方式过长江，穿越的总长度约为1200m；东临复线、鲁宁线过黄河，塘燕线过海河，均采用这种方式。

④管道跨越

管道经过公路、铁路、河流及障碍物时，管道从上面跨过的一种方式。但目前这种方式采用得比较少，主要在一些不通船的小型河流、水渠上使用。

⑤阴极保护装臵

管道一般均埋在地面1.2米以下，钢管的外壁采用绝缘防腐，为防止或减缓钢管的腐蚀速率，管道均采用强加电流的阴极保护形式。局部区域外加牺牲阳极。

⑥水工保护装臵

管道经过河流、湖泊及特殊地形时，为了保证管道不被损毁而采取的设施，一般包括：稳管设施（压重块、混凝土覆盖层等）、过水堤、护坡、挡土墙、固定墩等设施，一般采用混凝土、石块、沙包等材料修建。

⑦管道三桩一牌标志

管道应设臵里程桩、测试桩、标志桩；里程桩应自首站0km起每1km设臵1个；测试桩一般应每公里一个，并在管道穿跨越铁路、公路、河流、沟渠时增设穿跨越测试桩；标志桩包括穿（跨）越桩（河流、公路、铁路、隧道）、交叉桩（管道交叉、光缆交叉、电力电缆交叉）、分界桩、设施桩等；在同一地点设臵的管道三桩应合并设臵。

管道警示牌应设臵在管道穿越大中型河流、公路、铁路、隧道、人口密集区等地段，警示牌应标注管理单位、管道名称和联系电话，并标注警示用语，如“管道上下游各500m范围内禁止抛锚、拖锚、挖砂、挖泥、采石、水下爆破”。

二、管道材料

80年代初期以前，我国长距离输送管道大多数使用钢管材料如Q225（原A3）、16Mn及20号钢等。

随着我国输油管道技术水平的提高，大部分管道使用了符合美国API标准或ISO标准材质要求的管道钢，使用等级从X50、X65到X70、X80，与普通管材相比，对钢材的化学成分控制更为严格，钢材中的C、S含量进一步降低，并适量添加微量金属元素，有效提高钢材的强度、韧性和组焊性能。

选用管材等级的影响因素包括：1、设计输送压力；2、韧性；

3、刚度与稳定性；

4、抗腐蚀性能；

5、组对、焊接性能；

6、经济性。

三、管道防腐

腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀，长输管道腐蚀是大多都是电化学过程，伴随着氧化-还原反应的发生。按腐蚀机理可以分为：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀；按腐蚀破坏的形貌特征可以分为：全面腐蚀、局部腐蚀；按腐蚀环境分类可以分为大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀以及化学介质中的腐蚀。

管道控制腐蚀的方法有：正确选用耐腐蚀材料；管道表面覆盖

防腐层；采用电化学保护（阴极保护）。长输管道控制腐蚀的主要手段是外涂防腐层和施加阴极保护。

常用的防腐层包括：石油沥青、环氧煤矿沥青、煤焦油瓷漆、环氧粉末(FBE)、聚乙烯(PE)、三层PE(FBE-胶-PE)；目前常用的防腐层为环氧粉末(FBE)和三层PE。

熔结环氧粉末(FBE)具有与钢管表面结合牢固、绝缘性能好、机械强度高、耐温度变化、耐化学腐蚀等优点,适用于各种恶劣自然环境；主要缺点覆盖层较薄,耐划伤和磕碰性能较差。

3层PE结构防腐蚀层实现了防蚀性能、机械性能的良好结合,适用于复杂区域和环境苛刻区域；但一次投资大、对阴极保护有屏蔽作用。

四、阴极保护

阴极保护的方法分为牺牲阳极法和强制阴极保护两种，主要取决于一下三方面因素：1、保护对象和对周围建筑物的干扰影响；2、电源的可利用性；3、土壤电阻率。长输管道阴极保护原则上是以流强制阴极保护为主，牺牲阳极为辅，在强制阴极保护欠保护的地方采用牺牲阳极加以补充，使电位都达到保护电位。

牺牲阳极法是利用比铁更活泼的金属或金属制品做阳极，把长输管道做阴极，从而保护管道免遭腐蚀的方法；常见的牺牲阳极材料有镁阳极、锌阳极和铝阳极，镁阳极适用高电阻率土壤和淡水，锌阳极适用低电阻率土壤和海水系统，铝阳适用海水中。牺牲阳极保护的优点是构造简单，施工、管理方便，不需要外加电源，适用于无电源

或需要局部保护的地方（如杂散电流干扰严重区域、对强制阴极保护存在屏蔽的区域等）。

强制阴极保护是利用外加直流电源，将长输管道与直流电源的负极相连，使长输管道变成阴极而进行阴极极化，以减轻或防止管道腐蚀，强制阴极保护也叫外加电流阴极保护。强制阴极保护可提供较大的保护电流，保护距离长，不消耗有色金属；但需要外加电源和经常维护管理。目前强制阴极保护电源多采用恒电位仪，辅助阳极通常用高硅铸铁、柔性阳极、混合金属氧化物、石墨等材料。

管道在通电保护前本身的对地电位，称为自然电位；保护电位是管道进入保护范围必须达到的腐蚀电位的临界值。强制阴极保护的最小保护电位一般为-0.85V，但负电位太负，会造成H+在管道上的还原，不仅造成管道氢脆，还破坏防腐层的粘结力，所以最大保护电位为-1.50V,一般控制为-1.20V。

通电点是用电缆将恒电位负极连接到管道上的接入点，一座强制阴极保护站只有一处通电点，距离强制阴极保护站一般保持在10米左右，通电点一般设臵通电点测试桩。

为了检测管道强制阴极保护效果，在管道上每个一段距离设臵一处测试桩，在埋地管道上焊接测试导线引出地面，测试阴极保护电位和电流，一般每公里设臵一处电位测试桩，每5-8公里设臵一处电流测试桩，管道和其他设施穿跨越处应设臵穿跨越测试桩，用于定期测试穿跨越段强制阴极保护的效果。

为了防治强制阴极保护电流流失和对在站内设备设施的干扰，

在管道和泵站相连处安装了绝缘接头或绝缘法兰。

五、杂散电流

由于电气化铁路、高压输电线路、地铁和轻轨等设施的存在，产生了杂散电流，对管道的阴极保护系统产生了重大影响，有明显腐蚀作用的主要是直流电流和交流电流，其中直流杂散电流的危害更显著，除了保持安全距离外，一般采取的保护措施是增加排流设施，从而保护管道。