石油高校油氣儲(chǔ)運(yùn)腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地建設(shè)

劉建國(guó), 李自力, 胡宗武, 寇 杰, 張樹(shù)文

(中國(guó)石油大學(xué) 儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院, 山東 青島 266580)

劉建國(guó), 李自力, 胡宗武, 寇 杰, 張樹(shù)文

(中國(guó)石油大學(xué) 儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院, 山東 青島 266580)

為滿足學(xué)生實(shí)踐教學(xué)要求,改善實(shí)踐教學(xué)條件,以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力為目標(biāo),以建設(shè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為契機(jī),建設(shè)了腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地,構(gòu)建了工程環(huán)節(jié)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系。確保了學(xué)生在校內(nèi)有足夠的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)時(shí)間,有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性。

油氣儲(chǔ)運(yùn)； 腐蝕與防護(hù)； 實(shí)踐創(chuàng)新基地； 本科教學(xué)

中國(guó)石油大學(xué)是一所具有鮮明石油特色的行業(yè)院校。油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)作為國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科,堅(jiān)持培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)應(yīng)用型人才。2012年“油氣儲(chǔ)運(yùn)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”獲批建設(shè)“十二五”國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(下稱中心),中心以學(xué)生的工程意識(shí)養(yǎng)成和實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo),構(gòu)建校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工業(yè)模擬仿真、校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)鍛煉一體化的實(shí)踐育人模式[1-4]。中心建設(shè)加大對(duì)教學(xué)基本設(shè)施的投入,改善實(shí)踐教學(xué)條件,建設(shè)腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地是重要一環(huán)。

1 建設(shè)必要性、可行性分析

國(guó)內(nèi)石油管網(wǎng)、儲(chǔ)罐等日益嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題及由于腐蝕造成的重大安全問(wèn)題已經(jīng)威脅到油氣儲(chǔ)運(yùn)的安全運(yùn)行。青島“1122”爆燃事故,造成了嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境污染,就是由于腐蝕導(dǎo)致的穿孔漏油導(dǎo)致的[5]。腐蝕與防護(hù)方向主要介紹金屬腐蝕與防護(hù)方面的基礎(chǔ)知識(shí),重點(diǎn)是電化學(xué)腐蝕的原理以及電化學(xué)保護(hù)、防腐層保護(hù)等基本保護(hù)方法,以拓寬學(xué)生的專業(yè)面,并使學(xué)生能夠在該領(lǐng)域從事基本的應(yīng)用與研究工作,要求學(xué)生既要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ),又要有較強(qiáng)的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)踐能力,以適應(yīng)社會(huì)的需求[6-8]。目前存在的主要問(wèn)題是缺乏工程環(huán)節(jié)相關(guān)實(shí)踐實(shí)驗(yàn),與實(shí)踐應(yīng)用脫鉤,無(wú)法滿足工作單位應(yīng)用需求。由于管道的腐蝕老化問(wèn)題日益嚴(yán)重,目前石油部門(mén)已將腐蝕檢測(cè)及評(píng)估作為防腐蝕的一個(gè)重要環(huán)節(jié),但目前沒(méi)有相關(guān)的實(shí)訓(xùn),與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用嚴(yán)重脫鉤,導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后初次面對(duì)相關(guān)問(wèn)題時(shí)不知所措。為了滿足學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)的要求,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力,以國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)為契機(jī),建設(shè)了腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地。

2 腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地建設(shè)

為了滿足學(xué)生工程實(shí)訓(xùn)的要求,達(dá)到滿足企業(yè)的工程應(yīng)用需求的目的,建設(shè)的腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地需與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一致。依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447—2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》、GB/T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》,對(duì)腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地進(jìn)行了設(shè)計(jì)建設(shè)。利用學(xué)校草坪,建設(shè)了與現(xiàn)場(chǎng)一致的微縮型“腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地” ,見(jiàn)圖1。該基地模擬現(xiàn)場(chǎng)埋地長(zhǎng)輸管線,采用防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合對(duì)管線進(jìn)行保護(hù)。該基地所用設(shè)備、材料與現(xiàn)場(chǎng)一致,具體包括鋼制管道、環(huán)氧煤瀝青防腐層、犧牲陽(yáng)極、恒電位儀、輔助陽(yáng)極、參比電極、電纜、測(cè)試樁、填充料等。部分建設(shè)照片見(jiàn)圖2。

圖1 腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地示意圖

圖2 腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地建設(shè)照片

2.1 基地概況

埋地管線采用Q235A碳鋼管材,管線直徑219 mm,壁厚5 mm,總長(zhǎng)48 m,管道埋深0.8 m。管線37 m和46 m處均有一彎頭,46 m處彎頭向上。管線和地面齊平,設(shè)置管道井,可方便進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)與評(píng)價(jià)等,管線兩端使用法蘭封堵。全線采用環(huán)氧煤瀝青防腐層。陰極保護(hù)采用2種形式,日常采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù),實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用外加電流陰極保護(hù)。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

土壤電阻率取 40 Ω·m；平均保護(hù)電流密度取20 μA/m2；設(shè)計(jì)壽命20年；最小保護(hù)電位-0.85 V(vs. CSE),最大保護(hù)電位-1.20 V(vs. CSE)。

2.3 基地建設(shè)

管線全線采用環(huán)氧煤瀝青防腐層進(jìn)行防護(hù),管道工廠預(yù)制,補(bǔ)口處現(xiàn)場(chǎng)制作。

陰極保護(hù)采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)、外加電流陰極保護(hù)2種形式。陰極保護(hù)是通過(guò)外加負(fù)電位使被保護(hù)的金屬陰極極化,從而降低金屬的腐蝕速度的方法。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)就是在金屬構(gòu)筑物上連接或焊接電位較負(fù)的金屬,如鋁、鋅或鎂。釋放出的電流供給被保護(hù)金屬構(gòu)筑物而陰極極化,從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。本基地犧牲陽(yáng)極采用規(guī)格為MG-14鎂合金犧牲陽(yáng)極2塊,其尺寸為700×(120+100)×102 mm。犧牲陽(yáng)極用填充料包覆,填充料組成為:石膏粉75%，膨潤(rùn)土20%，無(wú)水硫酸鈉5%。

外加電流陰極保護(hù)是在被保護(hù)結(jié)構(gòu)周?chē)浑娊赓|(zhì)環(huán)境中埋設(shè)輔助陽(yáng)極,通過(guò)一個(gè)直流電源以輔助陽(yáng)極為陽(yáng)極,以被保護(hù)結(jié)構(gòu)為陰極,構(gòu)成供電回路,將直流電通向被保護(hù)的金屬,使被保護(hù)金屬陰極極化。外加電流采用KHV-5A/20V可控硅恒電位儀控制,輸出電壓的可調(diào)范圍0.4～20 V,輸出電流的可調(diào)范圍0.1～5 A。恒電位儀具備恒電位、恒電流運(yùn)行模式。恒電位控制范圍為0～-3 V(vs. SCE),恒電流方式工作時(shí),控制電流在0.1～5A 的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。恒電位儀自帶模擬電路,可以在不連接管道情況下,實(shí)現(xiàn)恒電位儀操作模擬,方便教學(xué)。輔助陽(yáng)極采用MMO/Ti柔性陽(yáng)極,與管道并行鋪設(shè),其組成部分由內(nèi)向外依次是:陽(yáng)極引線、陽(yáng)極引線與MMO/Ti陽(yáng)極線連接點(diǎn)、MMO/Ti陽(yáng)極線、焦炭包覆層、耐酸堿織層(填料袋)和耐磨編織網(wǎng)組成。MMO/Ti陽(yáng)極主體由一個(gè)連續(xù)的鈦基材并外涂裝銥/鉭金屬氧化物混合物涂層共同構(gòu)成。MMO陽(yáng)極線直徑0.8 mm,陽(yáng)極設(shè)計(jì)壽命≥40年,MMO陽(yáng)極線涂層消耗率≤6 mg/A.a,平均工作電流密度52 mA/m,陽(yáng)極電阻≤0.007 Ωm。

參比電極采用長(zhǎng)效硫酸銅參比電極,共布設(shè)5個(gè)參比電極,其中1個(gè)用作控制參比電極,其余分布在管線各處,用作測(cè)試之用。共布設(shè)3個(gè)測(cè)試樁,參比電極電纜、陽(yáng)極地床電纜以及管線等均引入測(cè)試樁。

在平行于管線、距管線2 m處,布設(shè)紫銅接地極2個(gè),接地極通過(guò)電纜引入測(cè)試樁,用于模擬雜散電流輸入。

輔助陽(yáng)極電纜規(guī)格為XLPE/PVC 0.6/1 kV 1×16 mm2,陽(yáng)極匯流電纜規(guī)格為YJVP 1×25 mm2,陰極電纜規(guī)格為YJVP 1×25 mm2,測(cè)試電纜規(guī)格為VV 0.6/1 kV 1×10 mm2。埋地電纜外均穿PVC保護(hù)管。

3 腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用建好的腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地,以學(xué)生的工程意識(shí)養(yǎng)成和實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo),構(gòu)建了工程環(huán)節(jié)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系,充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位,對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程環(huán)節(jié)訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì),提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,為將來(lái)科研工作以及畢業(yè)后的工作提供基本方法、基本技能和科學(xué)思維的保障。

3.1 實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用,依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB/T 19285—2003《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》、SY/T 0087.1—2006《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)》、SY/T 5918—2004《埋地鋼質(zhì)管道外防腐層修復(fù)技術(shù)規(guī)范》、GB/T 21246—2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》、SY/T 0017—2006 《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50698—2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,設(shè)計(jì)了管線精確查找模塊、陰極保護(hù)檢測(cè)與評(píng)價(jià)模塊、防腐層檢測(cè)與評(píng)價(jià)模塊、雜散電流檢測(cè)與評(píng)價(jià)模塊4個(gè)模塊,土壤電阻率測(cè)試、管道陰極保護(hù)電位測(cè)試、管道自然電位測(cè)試、犧牲陽(yáng)極開(kāi)路電位測(cè)試、陽(yáng)極接地電阻測(cè)試、管道定位檢測(cè)、管道防腐層檢測(cè)與評(píng)估、交流雜散電流檢測(cè)與評(píng)估、直流雜散電流檢測(cè)與評(píng)估、恒電位儀操作培訓(xùn)10個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。這4個(gè)模塊10個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)均為目前現(xiàn)場(chǎng)的日?；蛲话l(fā)事故檢測(cè)項(xiàng)目,基本涵蓋了油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的腐蝕檢測(cè)評(píng)估工作,使學(xué)生不出校門(mén)就可達(dá)到工程實(shí)訓(xùn)的目的。

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,編制了實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū),包括了10個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)所需要的儀器設(shè)備、操作步驟等,并建設(shè)了網(wǎng)站,錄制了實(shí)訓(xùn)視頻資源放在網(wǎng)站上,供學(xué)生下載學(xué)習(xí),提前熟悉儀器設(shè)備及操作方法。

3.2 開(kāi)放性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

開(kāi)放腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地,增加了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。與學(xué)校、學(xué)院“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目”相結(jié)合,鼓勵(lì)學(xué)生利用實(shí)踐創(chuàng)新基地,自主申請(qǐng)腐蝕相關(guān)項(xiàng)目。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)緊跟現(xiàn)場(chǎng)需求,從選題立項(xiàng)、儀器設(shè)備等方面給予學(xué)生全方位支持。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并通過(guò)考核后,賦予相應(yīng)的自主發(fā)展學(xué)分。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)主要有管道內(nèi)檢測(cè)方法、智能內(nèi)檢測(cè)機(jī)器人的研制、埋地管道剩余壁厚非開(kāi)挖檢測(cè)、陰極保護(hù)電位IR降的消除、管中雜散電流測(cè)試方法研究、雜散電流智能排流器的設(shè)計(jì)等。滿足了學(xué)生對(duì)專業(yè)、興趣等的個(gè)性化需求,促進(jìn)學(xué)生發(fā)展獨(dú)立思維和自我開(kāi)拓獲取知識(shí)的能力,激發(fā)其創(chuàng)新意識(shí),提高其創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

以建設(shè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為契機(jī),建設(shè)了腐蝕與防護(hù)實(shí)踐創(chuàng)新基地作為校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地之一,以學(xué)生的工程意識(shí)養(yǎng)成和實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo),構(gòu)建了工程環(huán)節(jié)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系,充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。基地建設(shè)已經(jīng)取得初步成效,確保了學(xué)生在校內(nèi)有足夠的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)時(shí)間。加深了學(xué)生對(duì)腐蝕防護(hù)知識(shí)的理解,分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力明顯提高,使得學(xué)生不出校門(mén)就可達(dá)到工程實(shí)訓(xùn)的目的,教學(xué)效果明顯,為學(xué)生將來(lái)的科研工作以及畢業(yè)后的工作提供了基本方法、基本技能和科學(xué)思維的保障。

References)

[1] 梁勇, 王杰, 任佳, 等.構(gòu)建校內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐基地 培育學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2014, 31(10): 216-218.

[2] 李勇軍, 張海燕.大學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練模式探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014, 31(11): 17-19, 28.

[3] 王莉麗,艾欣,宋金鵬.國(guó)家級(jí)電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2014, 31(12): 124-127.

[4] 羅小明,何利民,曹學(xué)文,等.油氣儲(chǔ)運(yùn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的思考[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2014, 31(10): 161-164.

[5] 安全監(jiān)管總局監(jiān)督管理一司.山東省青島市“11?22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故調(diào)查報(bào)告[EB/OL].(2014-1-11).http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_20132/2014/0110/229137/content_229137.htm.

[6] 韓立影,王亞男,張峻巍,等.“材料腐蝕與防護(hù)”課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 35(3): 247-251.

[7] 張惠,王輝,馬永青,等.材料的腐蝕與防護(hù)實(shí)踐教學(xué)探索[J].化學(xué)工程與裝備,2012 (1): 177-178.

[8] 龔利華,吳海峰,鄭傳波.《耐腐蝕金屬材料學(xué)》課程教學(xué)改革探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2012, 10(2): 116-118.

Corrosion and protection practice and innovation base construction of oil & gas storage and transportation in petroleum universities

Liu Jianguo, Li Zili, Hu Zongwu, Kou Jie, Zhang Shuwen

(College of pipeline and civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

In order to meet the students’ requirements of practical teaching and improve practical teaching conditions, taking to train students practice and innovation capacities as the target, to construct the national experimental teaching demonstration center as an opportunity, the corrosion and protection practice and innovation base was constructed. The engineering training test and innovative experimental system was built. It is ensured that the students have enough time to practice and get training in the school, and the enthusiasm and creativity of students are effectively mobilized.

oil & gas storage and transportation; corrosion and protection; practical and innovation base; undergraduate teaching

2015- 05- 24 修改日期：2015- 07- 07

“十二五”國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心“油氣儲(chǔ)運(yùn)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”建設(shè)項(xiàng)目；中國(guó)石油大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目(2014)；中國(guó)石油大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目(JY-B201275)；山東省成人高等教育特色課程建設(shè)項(xiàng)目(2013)

劉建國(guó)(1983—),男,內(nèi)蒙古烏蘭察布,博士,講師,儲(chǔ)運(yùn)工程系副主任,主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)腐蝕與防護(hù)研究.

E-mail：jgliu83@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0225- 03