城镇超高压天然气管线工程设计中几个重点问题的研究

无机富锌+环氧煤沥青是随着华北油田进京天然气复线工程进入燃气工程应用领域的。主要用于1.0MPa高压管线。原因是当时燃气管道的阴极保护得到重视，但实施管道阴极保护需要设置一定数量的检测桩，而在城区交通干道上设置检测桩(地上或地下)有一定的难度，并且，基于当时工程技术人员阴极保护理论水平的限制，工程工期又紧，所以采用无机富锌底漆做为管道双重保护的一种措施。而且，在当时条件下，对采用牺牲阳极或外加电流的阴极保护方案，从运行管理方面能否得到预期保护效果的疑虑，也是采用无机富锌底漆的原因之一。实际上，采用无机富锌做为金属的防蚀保护措施是有其适用环境、条件和局限性的，对于埋地管道的长效保护，尤其是做为双重保护措施，采用无机富锌并非为一种好的选择。单层熔结环氧粉末喷涂防腐技术是目前国际上公认的高效防腐方式之一。该技术九十年代初在北京液化石油气三油线上首次使用(埋地和架空)，从多年运行情况看效果良好。该防腐方式采用机械化、半自动化流水线作业，原料及作业工艺易于控制，有一套完整的管道附件和补口、补伤工艺方案和一套完整的质量保障体系，性能指标远优于其他常用方式，尤其采用双重保护时更显其优越性，而且价格适中。

通过慎重分析，并与常规外防腐方式进行对比和研讨，我们决定在本超高压、大口径天然气干线工程设计中使用这种机械化、工厂化、高质量、高速度、中等成本的防腐技术，同时为保证粉末涂层的喷涂质量，环氧粉末指定采用美国3M公司产品。

选定了一种好的防腐方式并不就等于选择了好的防腐工程质量。每种防腐涂料都有其优缺点，但它们有一个共同特点，就是对埋地管道给予保护。而它们对管道的保护效果又取决于从选料至管槽回填的各个工序质量。如果在各个阶段均按照标准、规范的要求进行，那么无论哪种外防腐层、哪种阴极保护方案，都会对埋地管道起到应有的保护作用。相反，不论多么优质的涂料，多么先进的防腐手段，花费多高的投入，也不能确保对埋地管道起到应有的保护作用。只有在各个工序质量控制过程中以认真、求实、科学的工作态度，严格执行质量标准，才能确保防腐工程质量。

环氧粉末喷涂防腐方式中，涂层质量的三个关键指标就是附着力、厚度和电火花检测。这三个指标也正是我院设计人员在涂层质量跟踪工作中的重点。在粉末质量保证的前提下，涂层的附着力主要取决于钢管表面的除油、除锈及除尘质量和锚纹情况。这与钢管的原始状态，除锈用料的选择和更换频度又有直接关系。环氧粉末用料的多少则直接决定着该防腐方式的经济性。在涂层设计厚度确定的前提下，实际涂层薄，达不到设计要求；实际涂层厚，又造成不必要的浪费。

例如，在管材防腐过程中，曾因环氧粉末货运周期与工程周期冲突，指定的美国3M环氧粉末一时断货，为确保工程进度，防腐厂经设计单位及甲方同意临时调换了另外一个厂家的环氧粉末。在工程质量巡查过程中，我们加大了对更换环氧粉末的管材防腐涂层的检查力度，及时发现了涂层的附着力问题。经过分析讨论，认为关键问题之一就是钢管表面涂有防锈底漆，该问题起初并未引起防腐厂足够的重视，除油效果不好，同时抛丸除锈用钢砂又造成连锁负效应，使不带底漆的钢管造成污染。由此引起几十根防腐好的钢管重新返工。加强钢管除油工作，又彻底更换了钢砂之后，附着力问题得到彻底解决。该问题的及时纠正，虽然造成几十根钢管重新防腐，但却减少了工程事故隐患，确保了防腐涂层的质量。

再如，由于管材为螺旋缝管，螺旋焊缝根部在抛丸除锈时就不容易达到质量要求，进而影响防腐涂层质量。我院设计人员在防腐厂发现该问题后，及时反馈给工厂技术人员，改进了钢砂的选料和配比后，不但圆满解决了螺旋焊缝根部的除锈问题，而且，新选钢砂由于使用寿命增加，同时也降低了除锈成本。

还有，如防腐涂层火花检测标准问题，为了严格监督粉末质量、喷涂工艺质量、喷涂厚度以及施工过程中人为因素产生的破损问题，在质量保证、规范允许的范围内，通过实践、总结、再实践、再总结，提出了正常管段5000V、现场补口10000V的火花检测标准，并在后续同类工程使用至今。

②带状镁阳极的应用

本工程首次在城镇天然气管道电保护系统设计中引入了带状镁阳极。由于本工程的重要性，在工程设计的各个环节，都要精心细致。过去，在顶管穿跨越工程中，由于套管的屏蔽作用，套管内的管段除了工艺上采用加厚管壁、提高防腐等级等措施外，在电保护系统设计上并无更好的措施。另外，在牺牲阳极阴极保护系统中，阳极的埋设位置及深度有一定的要求，同时，阳极周围也应有一个较好的导电环境。在本工程的穿山段，管道是敷设在采用爆破方式炸出的石头管槽中的，如果仍旧采用块状牺牲阳极阴极保护方式，开挖阳极坑将非常困难，而且由于石头地质的导电环境较差，管道的阴极保护效果也不会十分理想。为了解决上述两个问题，我们查阅了大量的工程技术资料，拜访了多位学术界和工程应用领域的防腐专家及工程技术人员，并进行了多次技术调研和研讨，最终选择了带状镁阳极，并在一些专家的帮助下，进行了敷设方式和用量的选择、计算和设计。从而解决了套管内和恶劣工程地质环境中燃气管道的阴极保护问题。该工程竣工后的测试资料表明，采用带状镁阳极完全达到了设计初衷，也为同类工程提供了切实可行的参考方案。

③直埋绝缘接头的选取和布置

绝缘是埋地管道电保护系统中一项常规且重要的技术。没有绝缘，就没有电保护。过去，阴极保护的电绝缘一般是采用绝缘法兰。而绝缘法兰在绝缘性能、日常维护等方面有许多局限性，而且需要砌筑专用维护井。我们通过对国内外绝缘装置的性能、价格、施工和运行管理等方面的分析和比较，认为直埋