浅谈涉外EPC项目投标阶段中阴极保护的注意事项

浅谈涉外EPC项目投标阶段中阴极保护的注意事项

韩强

中石化南京工程有限公司211100

摘要：随着化工行业的蓬勃发展，中国工程公司的实力增强，我们的工程公司逐步走出国门，开始与国外一流工程公司同台竞争。在涉外工程项目中，工程模式往往采用EPC总承包模式，这在我们投标以及设计阶段，如何能够精准的控制费用，提出了更高的要求。在化工总承包项目中，由于国外技术规范相对于国内存在巨大差异，我们关于阴极保护在投标阶段往往经验不够，未能按照国际惯例编制技术询价文件，导致这部分费用在中标后项目实施过程中，往往超出预算。本文重点介绍在科威特某燃料油EPC投标项目中，从工程应用的角度，分析阴极保护的方案制定、技术文件编制等应用经验。

关键字：涉外项目阴极保护方案

前言

化工厂存在大量地下管线，钢制储罐，钢筋混凝土结构。金属设施和钢结构所处环境恶劣，金属外表面与土壤直接接触、内表面与腐蚀性介质接触，土壤中存在大量的腐蚀介质以及杂散电流，使其遭受腐蚀，可能导致设备穿孔，严重影响其在设计使用寿命内的安全运行，同时增加业主的巨额维护费用。常用的防腐技术有表面涂层保护、改善腐蚀环境和阴极保护。阴极保护已经在欧美地区和中东地区化工厂中得到广泛应用。阴极保护是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀的受保护金属体，提供足够的与腐蚀电流相反的保护电流，使之抵消金属原本存在的腐蚀电流。相对于其他防腐技术，阴极保护是一种主动防护技术，延长设备使用寿命一倍以上，已成为一种最为长期有效的防腐蚀控制措施[1]。

1阴极保护介绍

阴极保护（CathodicProtection）主要包括两种方式，一种是牺牲阳极法，一种是外加电流法。两种方法区别在于产生保护电流的方式和来源不同。

（1）牺牲阳极法：是一种最早的防腐方法，在被保护金属构筑物上联接一个电位更负的金属或合金做阳极，通过它不断溶解所缠上的阴极电流对金属进行阴极极化。（见图1）

（2）外加电流法：它是由外加的直流电源向被保护金属构筑物施加阴极电流，他是由辅助电极、参比电极、直流电源和相关的电缆所组成。（见图2）

2项目背景

科威特某燃料油工程总承包项目，位于波斯湾西海岸，该区域是典型的中东气候，气温高，湿度大，陆地主要是以沙土为主。由于靠近波斯湾，土壤中氯离子含量比较高，对地管，设备储罐以及混凝土中的钢筋腐蚀性极大。业主技术规范明确提出对其进行阴极保护。在涉外项目中，阴极保护我们作为包设备进行设计，由阴极保护供货商进行报价以及进行方案设计。根据以往其他涉外项目经验，对于阴极保护在投标阶段，由于时间紧张，往往并没有全面理解理解业主技术文件。国内一些工程公司由于没有专门的阴极保护专业，导致工程设计人员相关经验的欠缺，而国外工程规定恰恰对防腐要求严格苛刻，我们对于阴极保护的工程的费用估算严重偏低，造成工程公司巨大损失。

3技术要求

根据工程规定要求，对于被保护对象，在业主的工程规定了已经做了明确规定，结合本项目保护对象如下：

（1）埋地的管线的外表面；

（2）原油罐底部为环梁基础的罐底板；

（3）成品罐区的底部和底周壁板；

（4）冷却水系统中钢筋混凝土以及任何金属的浸泡在水中的金属器件；

（5）潮湿的水罐的内表面；

（6）关于钢筋混凝土基础的钢筋需要阴极保护的条件，暴露在土壤中的氯离子含量超过如下值时：

A.土壤环境中，水中的氯离子含量超过600ppm；

B.在潮湿环境中，水中的氯离子含量超过800ppm；

C.在干燥环境中，水中氯离子含量1200ppm。

在国内化工厂设计中，一般主要是对地下管线和罐底板进行阴极保护。对于第6条，关于钢筋混凝土中的钢筋进行保护，国内化工项目应用不多。评估土壤对钢筋混凝土中的钢筋的腐蚀程度，氯离子是一个重要指标。该项目位于波斯湾沿岸，土壤环境中氯离子含量偏高，引发腐蚀钢筋。因此，根据工程规定我们需要对钢筋混凝土中的钢筋，进行阴极保护。另外，我们曾经向业主提供一种方案，即采用涂环氧树脂的钢筋，取消对钢筋的阴极保护。业主明确指出严格执行工程规定，对钢筋混凝土防腐采用阴极保护。因此我们投标过程中，我们要准确理解业主对阴极保护的具体要求和详细规定，以减少项目在运行中的风险。

4方案的确定

（1）对于钢制储罐的内表面阴极保护方案的确定：

A.采用牺牲阳极的方法。由于储罐内环境介质比较稳定，介质电阻率低，适用于牺牲阳极法；对于后期维护，可以直接在介质中更换阳极；另外不需要额外电源，节省费用。

B.采用铝作为阳极材料。牺牲阳极的材料主要有镁、铝、锌三种金属。镁阳极材料的成本是锌阳极材料的两倍。由于镁本身激励电势较高，因此能输出较大的电流，阳极金属消耗较快。在原油罐内，镁因碰撞易产生火花，出于安全角度考虑，禁止使用镁材料，同时限制了其在防爆区域场所内的使用。锌阳极在高温介质中极化率存在晶间腐蚀，可能产生电位极性逆转。当温度高于60℃时，由于锌阳极表面不断地生成电位比锌本身电位正多得多的膜，使之变正，但是被保护的阳极铁的电位基本不变，因此出现了电位的极性反转，使锌阳极变为阴极，受到保护，铁变为阳极并加速腐蚀[2]。综合以上方案，对于钢制储罐内表面的保护，我们采用铝作为阳极材料。

（2）对于罐底板，地下管线，钢筋混凝土中的钢筋的保护，我们采用外加电流法。

A.设计寿命：牺牲阳极法一般在设计寿命内，不能提供均匀的电流分布，由于阳极的消耗，会导致系统过早失效。例如一般新建储罐（ASTs）设计寿命为25年以上，由于罐体的基础设计，以及防渗层的选择不同，往往更换阴极保护系统几乎不可能实施。外加电流法使用寿命在20到30年，30年以上才需要检修[3]。

B.输出电流：对于需要大量的保护电流时的设备，牺牲阳极法无法提供,外加电流法可以提供大的保护电流并连续可调。

C.经济合理性；从工程机角度考虑，工程规模越大，采用外加电流法，经济效益更为合理。

编制技术文件的数据表：

在EPC化工项目阴极保护系统设计中，往往我们设计人员并不是专业的技术人员。设备的阴极保护作为包设备由供货商提供方案深化设计。依据我们以往的经验，我们对国外供应商提供的数据表和规格书不能满足其报价要求，导致对方拒绝报价或者无效报价。即使报价，提供的技术方案不能满足要求，增加了项目在运行过程中的风险。因此阴极保护作为包设备，如何对供货商提供有效的数据和要求，对于我们工程技术人员的尤为重要。

下面列举，在该项目中，我们对国外供货厂商询价文件的编制过程。

对于埋地的管线的外表面的阴极保护：

我们需要提供如下被保护地下管线的参数（见表1）。

表1

（2）对于需要保护的罐底板和罐内表面：

我们需要列出罐和容器需要保护的对象（见表2）。这里我们把需要阴极保护的每一个罐和容器的数据表作为附件，附在技术文件中。

表2

（3）对于混凝土中的钢筋的阴极保护：

对于钢筋混凝土中的钢筋的阴极保护，阳极形式包括：扩展网状，带网状，表面应用阳极和分散阳极,每种类型的阳极各有利弊[3]。扩展网阳极，阴极保护电流分布均匀，并且有极好的电流裕量，但是需要粘结涂层，增加额外负载，存在涂层链接破坏的隐患；带状网阳极，费用低，适合于新建建筑物，缺点是电流分布均匀性差，需要20mm以上的的混凝土覆盖；表面应用阳极，安装费用低，在潮湿环境中，不适用，因为容易引起大电流，导致保护过早失效，可能引起搭接短路；分散阳极，不需要混凝土涂层，在阳极布置合理的情况下，保护电流均匀，缺点是不能用于多层钢筋笼或内部梁的构件，钻孔检测较浅的钢筋比较困难，有可能引起搭接短路。对于阳极方式的选取，需要我们协助供货商制定。因此我们需要提供给对方环境参数，才能得到更经济合理的方案。

5提供平面图信息

（1）平面布置图

在以往投标过程中，我们一般只是提供关于需要阴极保护对象的数据表，往往不提供平面布置图。但是在和国外供货厂商询价过程中，我们还需要提供如下保护对象的平面布置图：

被保护的地下管线的走向图；

被保护的罐和容器的布置图；

被保护的基础内的钢筋，我们要提供设备基础平面布置图。

根据提供的平面布置图，供货商可以统计出供电点的数量。根据各个保护点的位置的密集程度，供货商确定接线箱和整流变压器的位置和数量，可以准确的核算出设备材料，比如电缆，格兰头，这样报价才能更加精确。

（2）防爆区域划分图

如果条件允许，我们可以提供防爆区域划分图，方便供货商确定接线箱和整流变压器位置，通常将其安装在防爆区域划分图以外，这样可以降低设备防爆组别，较少费用，优化设计。

备品备件：

根据工程规定，提供试车阶段和两年运行阶段的备品备件，我们在技术文件中明确指出。这部分费用，需要供货商进行考虑，如对方没有考虑，我们需要酌情增加费用。

现场服务费：

服务费包括服务人员的培训费，住宿费，施工费用等，需要额外估算。按照一般国外工程经验，现场服务费占到需要服务的投资的3%左右。但是对于阴极保护，该部分费用，远高于这个比例，需要单独考虑。

6结论

在该项目投标阶段，由于投标文件基础设计深度不够，投标时间短，并且与国内关于阴极保护要求存在巨大差异，给阴极保护的工程费用估算带了困难。尤其在询价的过程中，我们需要采用业主认可的短名单里的供货厂商。公司本身在科威特当地业绩是刚刚起步，许多国外知名厂商，对我们的工程公司认可程度有待提高。在编制技术规定时，如果达不到供货商报价技术深度，对方往往拒绝报价。因此对阴极保护的询价编写要格外重视，认真研读规范，按照国际工程管理编制文件，提供给供货商相关的技术资料。本项目，最终阴极保护询价进度按时完成，阴极保护费用达到千万美金，在设备投资中，占到一个不容忽视的比重。这对我们今后的其他项目的开展有了一个很好的借鉴意义。

参考文献

[1]武烈,吴晨阳,倪政瑜,翟云皓,周永超.近海港工钢机构阴极保护工程设计应用研究的实践,第十四届亚太腐蚀控制会议现代桥梁结构防腐动技术论坛文集.2006,10,23.

[2]郭明.阴极保护技术的研究和应用2006,6.

[3]MikiFunahashi,何小松,马龙.浅析钢筋混凝土阴极保护系统.2007年全国大型桥梁和水工结构防腐蚀技术研讨会论文集,2007.