PCCP管道陰極保護方案的選擇與設計

邢士波 ，蘇 霄 ，王相民 ，李 麗 ，楊體紹 ，霍文靜

（1.山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255000；2.河北工程大學裝備制造學院，河北 邯鄲 056038；3.河北工程大學機電學院,河北 邯鄲 056038；4.北京科技大學新材料技術研究院，北京 100083；5.河南華安煤業有限公司，河南 安陽 455000）

在我國，對于PCCP管道陰極的保護，已經有專門的規定制定了明確的標準，以實現管道陰極保護的最大效果。其主要內容如下[1]：

施加陰極保護后銅/硫酸銅與電極之間的差值最大不能超過-850mV，并且在電位的測量過程中一定要將IR降這一制約因素參考進來。通過斷電的方式對管道電位進行測量，得到的電位值和電極之間的差值最大不能超過-850mV。在陰極保護極化形成或衰減時，測得的被保護管道表面與接觸土壤的、穩定的CSE參比電極之間的陰極極化電位值應不小于100mV。在周邊環境有細菌，容易侵蝕管道的情況下，接通電源之后所測得的電位值應負于或等于-950mV（相對于CSE參比電極）。在沙漠地區，管道通電保護電位值應負于或等于-750mV（相對于CSE參比電極）。

2 PCCP管道陰極保護主要措施

在進行PCCP管道陰極保護的過程中，一般會選擇采取犧牲陽極的方法，或者是外加電流的方法。

犧牲陽極陰極保護技術的優點主要有對規模較小的項目一次投資費用較低；保護電流的利用率較高，不會產生過保護；對鄰近的地下金屬設施無干擾影響，適用于需要局部管道保護的場合；無需外部電源；施工簡單，平時不需要特殊專業維護管理。它的不足是保護工作受土壤電阻率的限制并且陽極消耗大，需要定期更換。

外加電流法陰極保護技術的優點主要是能夠不被周邊介質的電阻率限制；輸出電流和電壓可連續調節；壽命長，工程越大成本越低。外加電流法陰極保護技術的缺點在于對鄰近金屬結構物可能產生雜散電流干擾腐蝕以及可能會由于供電電源的故障導致陰極保護系統停運。

3 犧牲陽極陰極保護方案的實施

3.1 設計的要求

PCCP和鋼管的陰極保護設計壽命為25a，在設計壽命內PCCP的極化電位差應不小于100mV；設計確定采用的保護電位準則陰極極化電位差值最小為100mV。電位區間的下限應設在-1.00mV（CSE）處[2]。

3.2 保護電流與陽極用量計算

參照有關的文件規定，以及管道自身結構和周圍環境的特點，在犧牲陽極保護的實施中一般是PCCP保護電流密度*需要保護的面積=所需的保護電流。計算陽極用量公式如下[3]：

式中：M為犧牲陽極用量，kg；I為保護電流，A；T為有效保護年限，a；η為陽極消耗率，kg（A/a）-1=7.96/kg/（A/a）-1；W為保護電流平均系數W=0.7～0.8；1/K為犧牲陽極有效利用率，1/K=0.80～0.85；2～3為SY/T 0019-1999標準中規定的富裕量系數。

3.3 陽極的配置

為了確保保護電流在管道每一節的穩定平均，同時因為周邊環境存在腐蝕性并電阻較大，所以選擇在配置陽極時堅持管線內外側均勻分布的原理，確保陽極保護范圍涉及到管道的各個部分，并且各個陽極保護的直徑為5m。

4 陰極保護的施工

4.1 陽極安裝前準備

陽極保護辦法施工之前，要進行相關的準備工作，首先要注意清潔檢驗工作，確保陽極表面不會附著油性物質以及被氧化的物質。因為假如表層附著油性物質以及被氧化物質情況下，陽極的性能會受到制約，無法達到較高的工作效率，因此要做好油性物質以及氧化物質的檢驗清理工作。因為管道存在于地下環境，周邊物質電阻較大，所以陽極要配以充分的填充物料，并把填充物料與陽極一起放進布質的包裝內，這里需要注意的陽極一定要放在包的正中間位置，同時把填充物料僅僅的圍繞在其周圍，避免出現過度偏移的情況。

4.2 陽極安裝的施工程序

采取犧牲陽極這一措施來進行陰極保護的時候，整個施工過程包括：袋裝陽極制作→陽極床定位→陽極床開挖→陽極埋設→陽極澆水浸透飽和及各參數測試→陽極通電點處理及焊接→通電點導通測試→通電點補防腐→陽極回填→標記記錄。

4.3 陽極與管道的電連接施工

按照相關的規定，需要注重陽極和管道之間的電連接工作，必須維持電連接的不間斷，從而實現管道中預應力鋼絲與鋼筒這兩個部分之間電流的穩定性，并且還要在管道全部小節之間做好電連接工作，以及在PCCP管道保護段進行全部電連接。

4.4 陰極保護檢測系統安裝

犧牲陽極保護參數投產測試，必須是在陽極埋入地下及填包料澆水10d后進行；犧牲陽極投入運行后應進行下一測試工作的開展。

注意：在選擇采取犧牲陽極這種保護方法之后，要在其保護工作的開展過程中，加強后期的維護，維護工作1a不得少于兩次。

5 結語

國內外的理論及實踐告訴我們，陰極保護是埋地PCCP管道行之有效的防腐技術。PCCP在實際應用的過程中，其陰極保護方法實施的成功與否，主要取決于陰極保護方案的選擇與設計。本文主要針對PCCP管道陰極保護方案選擇與設計進行了初步的分析，希望對以后PCCP管道的防腐工程的方案設計及實施提供理論支持。

[1]胡士信.陰極保護手冊[M].北京:化學工業出版社，199:9419-449.

[2]洪定海，范衛國，羅德寬，等.海工混凝土上部結構外加電流陰極保護技術的初步研究[J].腐蝕與防護，1990，11（5）：257-261.