摘要 本文主要介紹陰極保護(hù)的方法及管道安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)過(guò)程中應(yīng)該注意的方面，做出了一套合理的青山水庫(kù)輸水管線陰極保護(hù)的施工方案。在青山水庫(kù)輸水管線陰極保護(hù)工程實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)電化學(xué)參數(shù)測(cè)量,陰極保護(hù)效果良好。

　　關(guān)鍵詞 陰極保護(hù);腐蝕;PCCP、鋼管

　　1 前言

　　葫蘆島市是極度缺水城市，水資源短缺一直是葫蘆島市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸。青山水庫(kù)工程是葫蘆島市2009年三大水源工程之一，壩址位于葫蘆島興城市三道溝鄉(xiāng)，六股河中游青山腳下。主要任務(wù)是向葫蘆島市跨流域調(diào)水，以解決葫蘆島市工業(yè)與生活用水的不足問(wèn)題，同時(shí)提高六股河中下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善下游農(nóng)業(yè)的供水條件及水資源環(huán)境。其中輸水管線均用埋地方式敷設(shè),穿越地形、地段復(fù)雜,土壤性質(zhì)各異,對(duì)管道存在著不同程度的腐蝕,如果能應(yīng)用現(xiàn)代腐蝕理論和防腐技術(shù),腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失可以降低25% ～30%[ 1 ] 。

　　青山水庫(kù)輸水工程起于青山水庫(kù)樞紐壩址左岸輸水隧道出口，終端接葫蘆島市開(kāi)發(fā)區(qū)的老合臺(tái)凈水廠，管線長(zhǎng)71.022公里，其中管道長(zhǎng)68.870公里，隧道長(zhǎng)2152米。輸水管道(PCCP管)分為兩種管徑，其中DN1600管道約61.654km， DN1400管道約7.216km。管線過(guò)河及地形復(fù)雜的地區(qū)采用鋼管。

　　2 陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1 陰極保護(hù)方法

　　陰極保護(hù)是指將被保護(hù)金屬進(jìn)行陰極極化,使電位負(fù)移到金屬表面陽(yáng)極的平衡電位,消除其化學(xué)不均勻性所引起的腐蝕電池,使金屬免遭環(huán)境介質(zhì)(如土壤)的腐蝕,即用輔助陽(yáng)極或犧牲陽(yáng)極材料的腐蝕來(lái)代替被保護(hù)管道、設(shè)備的腐蝕,從而達(dá)到延長(zhǎng)被保護(hù)管道的使用壽命,提高其安全性和經(jīng)濟(jì)性的目的。強(qiáng)制電流法則有:保護(hù)范圍大、適合范圍廣、激勵(lì)電勢(shì)及輸出電流高、綜合費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),故適合用于長(zhǎng)管線的防腐[ 2 ]。如應(yīng)用于廠區(qū)范圍內(nèi)時(shí),則由于其會(huì)產(chǎn)生干擾電流而影響其它管線及建筑物,且還需要征地或占用建筑物,在實(shí)施時(shí)會(huì)帶來(lái)較大的困難。

　　1.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　(1) 土壤電阻率

　　青山水庫(kù)輸水工程輸水管線長(zhǎng)71.022公里，其中管道長(zhǎng)68.870公里，隧道長(zhǎng)2152米，途中穿過(guò)多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其土壤電阻率變化較大。因此根據(jù)土壤電阻率的變化情況在低于50Ωm的地段附近設(shè)置了陰極保護(hù)系統(tǒng)。同時(shí)，在50-100Ωm地段設(shè)置了預(yù)留電纜，以便后期增加陰極保護(hù)系統(tǒng)。

　　(2)腐蝕因素分析

　　影響PCCP管腐蝕的因素有：鋼筋自身、氯化物、碳化、氧和水[ 3 ]等，在本項(xiàng)工程中均存在。

　　(3) 同類(lèi)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)

　　利比亞“大人工河”關(guān)于陰極保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)的總結(jié)[ 4 ]。國(guó)內(nèi)首次在南水北調(diào)中線工程北京段PCCP輸水管線采用的外防腐層與陰極保護(hù)技術(shù)相結(jié)合的防腐措施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[ 5,6 ]。

　　1.3 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方案[7,8 ]

　　青山水庫(kù)輸水工程輸水管線沿線土壤電阻率變化大,最低17.6Ω·m,最高852.7 Ω ·m。

　　(1) 理論計(jì)算

　　根據(jù)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)范,需要根據(jù)被保護(hù)管道的基本數(shù)據(jù)和選取的陰極保護(hù)參數(shù)計(jì)。其中陽(yáng)極輸出電流按照下式計(jì)算：

　　Ia——陽(yáng)極輸出電流(A)

　　Ec——陰極開(kāi)路電位(V)

　　Ea——陽(yáng)極開(kāi)路電位(V)

　　ec——陰極極化電位(V)

　　ea——陽(yáng)極極化電位(V)

　　Rc——陰極過(guò)度電阻(Ω)

　　Ra——陽(yáng)極接地電阻(Ω)

　　Rw——回路導(dǎo)線電阻(Ω)

　　ΔE——陽(yáng)極有效電位差(V)

　　R——回路總電阻(Ω)

　　所需陽(yáng)極數(shù)量按下式計(jì)算：

　　N——陽(yáng)極數(shù)量(支)

　　IA——所需保護(hù)電流(A)

　　Ia——單只陽(yáng)極輸出電流(A)

　　f——備用系數(shù)，取2至3倍

　　根據(jù)工程的實(shí)際情況, 青山水庫(kù)輸水工程輸水管線全線共設(shè)置鋅陽(yáng)極200套，預(yù)留電纜1553處，棒狀鎂陽(yáng)極20套，串裝鎂陽(yáng)極41支。

　　(2) 犧牲陽(yáng)極布點(diǎn)的技術(shù)和施工要求

　　陽(yáng)極具體布置本著保護(hù)電位分布均勻、盡量減少陽(yáng)極間互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影響、利于管線陰極保護(hù)的施工原則，條件許可的情況下，盡可能采用管道兩側(cè)均勻交叉埋設(shè)，以盡量避免管道本身兩側(cè)的自身屏蔽影響。

　　填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，應(yīng)保證陽(yáng)極四周的填料厚度一致、密實(shí)，各邊厚度不小于50mm。填料應(yīng)調(diào)拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。每支陽(yáng)極需用填料約50Kg。

　　電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊，無(wú)論哪種焊接手段都要求：焊接牢固，焊縫均勻，焊接點(diǎn)電阻要求小于4×10-4Ω，焊接點(diǎn)強(qiáng)度大于焊接后銅芯電纜的承載力。焊接完成且溫度降低后進(jìn)行焊縫檢查，合格后對(duì)焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)口，補(bǔ)口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。

　　在電位測(cè)試裝置處，陽(yáng)極電纜與管道測(cè)試電纜在測(cè)試樁內(nèi)連接。

　　陽(yáng)極電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)留有足夠余量，在焊點(diǎn)及其他連接處預(yù)留蛇形彎，防止電纜或焊點(diǎn)受力拽脫。

　　當(dāng)管道的安裝與鋅陽(yáng)極埋設(shè)同步進(jìn)行時(shí)，犧牲陽(yáng)極的埋設(shè)位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應(yīng)小于0.3m。陽(yáng)極可埋設(shè)在管道的側(cè)方或側(cè)下方,視現(xiàn)場(chǎng)具體工況條件，可選擇立式或臥式埋設(shè)。埋設(shè)深度必須在凍土層以下，一般要求與管道深度一致。

　　對(duì)于已安裝完的管道，陽(yáng)極埋設(shè)可在管道中心位置，使得陽(yáng)極包的中心位置與管道中心位置在同一高程上，施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為Ф400，陽(yáng)極包采用豎向布置。

　　(3) 陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行效果

　　經(jīng)過(guò)對(duì)青山水庫(kù)輸水工程輸水管線陰極保護(hù)系統(tǒng)工程中已安裝的管道保護(hù)電位進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果為- 0.85～ - 0.98 V (相對(duì)硫酸銅參比電極),符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

　　3 陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常管理

　　(1) 在全線完工后，每月測(cè)量一次全線管道保護(hù)電位，每季度測(cè)量一次陽(yáng)極床接地電阻;

　　(2) 管道電流、電位測(cè)試樁注意保護(hù)，防止人為破壞，并且每年保養(yǎng)一次;

　　(3) 所有測(cè)量數(shù)據(jù)需填寫(xiě)記錄表，存檔，以便查閱。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　(1) 雜散電流腐蝕一直是陰極保護(hù)技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn),我們?cè)趯?shí)測(cè)雜散電流強(qiáng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的地點(diǎn)都增設(shè)陽(yáng)極,它不僅能排除雜散電流,還可以為管道提供一定的保護(hù)電流。

　　(2) PCCP管輸水工程對(duì)于大口徑長(zhǎng)距離具有極大的優(yōu)勢(shì)，陰極保護(hù)是埋地PCCP管行之有效的防腐蝕技術(shù)。

　　(3) 根據(jù)土壤電阻率分布，階段性的設(shè)置陰極保護(hù)系統(tǒng)可以從經(jīng)濟(jì)性上降低工程成本。

　　參考文獻(xiàn)

　　[ 1 ] 胡士信.管道陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與展望[ J ]. 腐蝕與防護(hù),2004, 25 (3) : 93～101.

　　[ 2 ] 胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè). 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

　　[ 3 ] 魏寶明.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕與防護(hù)，腐蝕科學(xué)與防腐蝕工程技術(shù)新進(jìn)展[ M ] . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1999 .

　　[ 4 ] Veazey M V. CP retrofitting underway on Libyan project[J].MP, 2005(4):22- 23.

　　[ 5 ] 郭永峰，楊進(jìn)新等，南水北調(diào)中線工程PCCP管道陰極保護(hù)防腐技術(shù)探討[ J ]. 特種結(jié)構(gòu),2009,26 (2) : 109～113.

　　[ 6 ] 胡士信，竇宏強(qiáng)等，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管_PCCP_的陰極保護(hù)[ J ]. 腐蝕與防護(hù),2009, 30 (12) : 912～927.

　　[ 7 ] SY/T0019-97《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》石油工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)

　　[ 8 ] SY0007-99《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐防腐工程設(shè)計(jì)規(guī)范》石油工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)