陰極保護法在戶主水庫供水管道中的應用

李成龍

（滕州市戶主水庫管理所，山東滕州277533）

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陰極保護法在戶主水庫供水管道中的應用

李成龍

（滕州市戶主水庫管理所，山東滕州277533）

【摘要】分析了滕州市戶主水庫供水管道漏水的原因，對幾種保護方案進行了比較，綜合考慮選定犧牲陽極的陰極保護法，并介紹了施工中注意事項。

【關鍵詞】滕州市；戶主水庫；供水管道；陰極保護法

戶主水庫位于滕州市城區(qū)東北17 km，東郭鎮(zhèn)境內，控制流域面積44 km2，總庫容2 026萬m3，興利庫容1 110萬m3，是一座以防洪為主、灌溉、工業(yè)供水綜合利用的國家防洪重點中型水庫，滕州市重要的水源地之一。

該水庫有兩期向華電滕州新源熱電有限公司供水的工程，一期供水管線工程，由滕州市水務局組織投資建設，2003-03投入使用，管線工程連通戶主水庫、馬河水庫向滕州新源電廠供水，設計使用年限30年，日供水能力2萬m3，實際供水0.5萬m3。工程鋪設φ300管道戶主支線5.5 km，連通馬河水庫φ400管道馬河支線1.6 km，并通φ500主管道20 km，主要工程有輸水管道27.1 km，其中采用玻璃鋼管材質管道17.1 km，過橋、過河、過城區(qū)建設、建筑物聯(lián)通等采用抗外壓材質螺旋材質管道10 km。二期供水工程由華電滕州新源熱電有限公司投資建設，2005-09建成通水，設計使用年限30年，日供水能力1萬m3，實際供水0.5萬m3。工程管網總長度28 km，全部采用直徑500 mm螺旋鋼管。受滕州市水務局和華電滕州新源熱電有限公司委托，滕州市戶主水庫管理所負責兩期供水工程巡查、維修和保養(yǎng)等工作。

1　漏水原因分析

經過10余年運行，兩期供水工程發(fā)揮了巨大的社會和經濟效益，期間出現(xiàn)過數(shù)次供水管道漏水搶修事故。經過分析，事故原因總結如下：其中玻璃鋼管段大部分為受工程施工影響、重載車輛碾壓、管道沉陷受力不均等外力作用影響產生；鋼管段數(shù)次漏水事故均出現(xiàn)在高壓線桿附近、大型建筑物附近及土壤潮濕污水溝附近。

受外力影響而破損的玻璃鋼管，沒有好的方法預防和彌補，只有加強巡視和做好警示標志等措施。對于鋼管的漏水原因，可歸納為鋼管局部銹蝕嚴重導致，主要原因為受土壤中酸性離子的氧化反應和受地層內復雜電磁場、電流影響的緣故。針對這兩種情況，均可采用犧牲陽極的陰極保護法，采用化學性質更為活潑的金屬和鋼管連接在一起，利用活潑金屬如鎂、鋁、鋅等的電子補充鋼管材料中的電子損失，達到阻止鋼材銹蝕的目的，延長供水鋼管的使用壽命。

2　保護方案優(yōu)選

常用的陰極保護方法有：強制電流保護法、犧牲陽極保護法、極性排流法和強制排流法，各種方法優(yōu)缺點分析總結如表1。

根據(jù)兩期工程特點，鋼管基本位于城區(qū)段地下，周圍建筑物多，埋深約2 m。管線距水庫管理所較遠，不具備外部電源條件，故選用犧牲陽極的陰極保護法。

土壤中犧牲陽極材料有鎂及鎂合金，鋅及鋅合金，在土壤中一般不使用鋁合金犧牲陽極。應用時電阻率小于15 Ω時選用鋅陽極；電阻率小于100 Ω時可選用鎂塊陽極；特別需要時可采用帶狀鎂陽極。經綜合分析，結合市場行情，本管道采用鎂陽極作為犧牲陽極。

表1　幾種陰極保護法優(yōu)缺點比較

由于管道中鋼管已運行近10年，部分腐蝕嚴重，本保護方案為補救措施，結合廠家建議，選用22 kg規(guī)格鎂塊，預計使用壽命20年。鎂塊在出廠時，考慮管道周圍土壤電阻率不均等因素，預設50 kg填料包，主要成分為膨潤土。應用時，吸水后形成良好、均勻的導電材料，以便形成電位差。鎂塊和鋼管間用銅芯導線連接，方便電流自由流動。導線外圍要求絕緣，焊接后涂刷防腐漆，防止外界電流干擾。

在陰極保護設計時，要計算一個陰極保護站所能保護的最大管道距離。由于通電點（匯流點）的電位不能太低，所以，一般都限定匯流點斷電電位不低于-1.20 V，保護末端斷電電位-0.85 V。因此，可按下式計算一個陰極保護站能夠保護的最大距離：

2L=（8ΔV/(πDJs×R)）1/2

R=Pt/（π×（D×1000-δ）×δ）

式中：L為管道一側保護長度，m；ΔV為匯流點與最低保護電位之差，V；D為管道外徑，m；Js為保護電流密度，mA/m2；R為管道電阻，Ω/m；δ為管道壁厚，mm；Pt為管材電阻率，Ωmm2/m。

經過計算，結合本工程實際受城區(qū)開挖場地限制，本方案采用間隔200 m設置陽極的距離，每處設2塊陽極包。

綜上，水庫管理所已取3 km易出露點的管段做了犧牲陽極保護法實驗，保護方案為：鎂陽極兩支為一組，埋設在管道兩側（若開挖不方便，也可以埋設在管道的一側），陽極組間距200 m，總共設置16組（32支鎂包陽極），陽極在管段上基本上均勻分布，若有障礙物，陽極在具體埋設時可以在5 m左右范圍內移動。陽極埋設距離管道1.5 m，陽極填包料布袋距離地面不小于0.7 m。在陽極設置位置開挖陽極坑，陽極在就位后在陽極布袋上蓋上一層薄土后，向坑內灌水，使陽極布袋內的填料飽和吸滿水，然后再回填并夯實，恢復地坪。回填土中不應含有磚、石等雜物。

3　施工注意事項

陽極所帶電纜焊接及焊點處理電纜焊接在管道正上方，欲焊接點破除原防腐層并除銹至光亮，采用鋁熱焊（也可以采用廠家提供的過度金屬片的焊接方法，但是鋁熱焊不需要電源，為SY/ T0019-97推薦做法）直接將陽極電纜焊接于鋼套管上，焊點用熱熔膠和補傷片補傷。

在管線兩端各設置一個測試樁，華電滕州新源熱電有限公司北門約800 m處與鐵路交叉增加測試樁。測試樁附近埋設一支長效硫酸銅參比電極，以測量管道的保護狀態(tài)。測試線和管道焊接，焊點也用熱熔膠和補傷片防腐，測試線和參比電極所帶電纜引到測試樁連接到測試端。

4　結語

按照上述方案，水庫管理所采取的犧牲陽極保護法實驗3 km管段，1年中未發(fā)生一處螺旋鋼管腐蝕露點事故。該實驗消耗32支鎂包陽極，開挖16處，施工總投資約5萬元。而未保護前，每年該管段出現(xiàn)鋼管腐蝕漏水事故7～8次，由于該管段位于在城區(qū)，每次處理漏水事故，需停水處理，加之水淹補償?shù)让看翁幚砭枞f元左右。故本保護方案效益已非常明顯。

（責任編輯崔春梅）

作者簡介：李成龍（1980—），男，工程師

收稿日期：2015-04-23

【中圖分類號】TV674

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2016）-01-0026-02