地下管线阴极防蚀工程应用与检测-中油.PDF

地下管線陰極防蝕工程應用與檢測 邱德俊 台灣中油股份有限公司煉製研究所 一、前言 陰極防蝕是以電化學的原理利用工程應用的方式對大範圍的地下金 屬結構物進行防蝕措施，它可以對地下或海下的金屬結構物提供防蝕電 流使金屬結構物即使在沒有包覆的情況下達到防蝕的目的；地下管線使 用有機性的絕緣包覆帶來阻隔金屬管線和土壤環境的腐蝕因子。包覆帶 雖有防蝕功能但是管線上的包覆並無法達到百分之百的隔離，而且這些 有機包覆有時卻是土壤中硫酸還原菌(sulfate 營養的食物，這些細菌可以分解包覆，破壞包覆產生的產物更加速地下 管線鋼材的腐蝕[1]；土壤環境中的氯離子(chloride)、硫酸根離子 (sulfate)也會加速管線的腐蝕。採用陰極防蝕則是可以有效克服包覆所 無法達到的防蝕功能，同時陰極防蝕更可以提供地下管線任何位置長時 間的防蝕達到確保地下管線的營運安全及增加其操作壽命的目的。 因此若能在建造時即針對陰極防蝕的設備及工法作充分的瞭解，妥 善規劃施工程序可以減少複雜與大範圍的陰極防蝕系統產生缺陷，使地 下管線的防蝕功能完整發揮。 本文的主要目的在討論地下管線陰極防蝕工程的各項施工法的特性 及適用範圍，提供使用者瞭解並注意如何正確將其應用在陰極防蝕的系 統，並說明在陰極防蝕系統下如何對防蝕系統及地下管線系統進行應有 的基本維護及檢測工作，以做好地下管線的陰極防蝕保護。 2.1 陰極防蝕的工程應用 地下管線陰極防蝕所用的型式可分別犧牲陽極及外加電流陽極兩種 系統見圖一及圖二。 2.1.1 犧牲陽極 土壤環境中使用鎂合金作為陽極，見圖三。利用鎂和鋼管的電位差為 驅動電壓提供防蝕電流，此時正負極的有效電壓差僅0.7V 至1.1V ，比市 售的家用1.5V 電池小，因此正負極之間即始增加1Ω的電阻都會使電流 減少5 % ~ 10% (在3000Ω- cm 土壤中) 的電流，因此鎂合金陽極地床和 陽極的施工均需以不增加阻抗為主要考量[2] 。 鎂合金陽極在安裝前應進行現場電位的檢驗工作，執行方式如下： (1) 將鎂合金陽極外包的紙袋或塑膠袋取下(安裝時亦同) 。 (2) 將鎂合金陽極浸泡在裝滿水的大型塑膠桶內浸泡一至二小時，浸泡 時導線未端勿放入水中。 (3) 以硫酸銅參考電極量測時鎂陽極的開路電位應在 –1.45V (標準型) 或 –1.70 V (高電位型) 以上。 安裝時鎂陽極埋設的位置 (地床) 應以溪砂回填，地床必須在開挖區 的最低位置，儘量使地床保持在濕潤的狀態。陽極距離管線的距離以 1~1.5 公尺時對管線的防蝕有最佳效果，太近時防蝕保護的範圍過度集中 會使其他位置缺乏防蝕保護。在工程實務上不太可能將鎂合金陽極埋設 距離管線 1~1.5 公尺外，雖然無法維持最佳距離，兩者的距離至少應有 60 公分。設計者會依實務及管線埋設條件增加陽極的數量。陽極數量的 增加是因為要克服陽極和管線距離縮小，後部份無法獲得電流的區域。 陽極導線連到地下管線上可以使用併聯的方式來安裝，而安裝的方式如 下圖四。 圖四(a) 的方式可讓陽極的效果發揮到最大，但須作導線和管線的多 次焊接及包覆，成本增加。(c) 的方式無法將電流分散並傳遞到管線，而 且導線連接的位置完全無法做到防水要求，(b) 的方式是目前使用最多型 式，但每個陽極導線接到導線時一定要用三通熱熔焊接 (Thermit Welding) 的方式增加焊接點的強度和導電性，焊接位置被覆的部份也必須使用三 通被覆 (Splice Kit ) 來包覆確實，阻絕水份的浸入。若焊接位置被覆失效 或水份入浸，在土壤中的銅線將在半年內腐蝕，使犧牲陽極系統失效。 某些設計會將陽極或陽極組導線和管線的排流導線引至接線箱內形 成回路，這種施工方式，陽極和管線導線的防水處理必須特別注意，最 好是將接線箱設置為地上型 ，則可避免導線腐蝕。 無論採用何種埋設方式，陽極導線線徑最好使用＃8 AWG 以上且長 度不長於3 公尺若採用 (b)的接線方式，則主線的線徑應大於＃8 AWG ， 主因仍為減少導線阻抗。 2.1.2 外加電流陽極地床 地下管線的外加電流系統陽極常使用淺井式陽極地床和深井式陽極 地床兩種型式，淺井式陽極地床的使用越來越少，主因是淺井陽極床的 用地需極大，約需要至少40 公尺長的區域設置陽極，另一原因是淺井陽 極地床