輸水工程陰極保護設備安裝施工技術分析

趙明宇（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧 沈陽 110166）

輸水工程陰極保護設備安裝施工技術分析

趙明宇
（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧 沈陽 110166）

管道“腐蝕”是埋于地下或是水中鋼鐵結構一個難題，腐蝕會導致設備破壞，除了造成經濟損失以及環境破壞，有時還會傷及生命。因此，必須高度重視腐蝕。本文通過對大伙房水庫輸水（二期）工程陰極保護安裝施工技術分析，旨在強調陰極保護措施的重要意義。

水庫；輸水工程；陰極保護

埋于地下的鋼制管的腐蝕控制必須進行防腐保護，如對PCCP管采取有效的保護措施，不僅可以保證管道系統的安全運行，還可以延長管道的使用壽命，以避免不必要損失和不良影響。本文結合大伙房水庫輸水（二期）工程陰極保護工程中陰極保護裝施工技術措施加以分析，闡述陰極保護措施的必須性。

1 安裝工程概述

大伙房水庫輸水（二期）工程陰極保護施工工程主要是對輸水管線PCCP管、過河過路鋼管、配水站內埋地鋼管實施陰極保護。

安裝工程涉及:鋅陽極的安裝、鎂陽極的安裝、套管內鎂陽極的安裝、預留電纜的安裝、電位測試樁的安裝、二氧化錳和長效硫酸銅參比電極的安裝以及智能監測系統的安裝等。

2 安裝施工技術簡述

2.1 鋅陽極安裝

本工程采用鋅陽極對PCCP管道、帶有混凝土外襯的鋼質管接件實施陰極保護。

（1）鋅陽極的位置。本工程本著保護電位分布均勻、盡量減少陽極間互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影響、利于管線陰極保護的施工原則進行鋅陽極具體布置，并且在條件允許的情況下盡可能的采用管道兩側均勻交叉埋設，以盡量避免管道本身兩側的自身屏蔽影響。與此同時，要根據施工圖紙的要求確定陽極的埋設間距。

（2）鋅陽極與陽極電纜的組裝。采用錫焊進行陽極與電纜之間的聯接。在焊接前，要把陽極鋼芯表面上的銹蝕物用砂紙打磨去除掉，且鋼芯與電纜的雙邊焊縫長度不小于50毫米，除此還要進行對焊接點進行防腐絕緣保護，保證陽極端面、電纜連接部位及鋼芯都要防腐絕緣，以達到焊接牢固并且絕緣性能良好。

（3）陽極安裝前準備。在組裝陽極之前，應檢驗陽極表面是否有油污和氧化物，如存在油污和氧化物，應采用砂紙將陽極表面打磨干凈。此外，要保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50m m。填料應調拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。

（4）陽極電纜與PCCP管的連接。采用鋁熱焊法焊接電纜與管道。這里要求焊接牢固，焊縫均勻，焊接點強度大于焊接后銅芯電纜的承載力，完成焊接等溫度降低后進行焊縫檢查，如果合格就對焊接部位、裸露鋼片、銅導線進行補口。

（5）陽極埋設。鋅陽極埋設盡可能與管道的安裝同步進行。陽極的埋設位置，與管道外壁距離為1.5m左右，最低不應小于0.3。陽極可埋設在管道的側方或側下方，視現場具體工況條件可選擇立式或臥式埋設。

陽極可埋設在管道的側方，一般說:

未回填地段:采用開槽法臥式埋設陽極，并且埋設深度必須在凍土層以下，通常情況下與管道深度一致，但陽極頂部距地面不宜小于1米。如圖1。

已安裝完并回填的管道:可在管道中心位置埋設陽極，使得陽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。

圖1 陽極位置示意圖

（6）陽極床澆水。陽極填料包放入陽極坑后，然后注水直到完全浸沒、浸透填料包，讓其迅速極化。

（7）陽極床回填。應向陽極床內回填細土，禁止向坑內回填雜物。

2.2 過河管道部分鎂陽極安裝

本工程采用鎂陽極對過河段鋼質管道實施陰極保護。

（1）鎂陽極的位置。鎂陽極與鋼管同溝埋設，同時施工。除按施工圖規定的位置外，陽極具體布置本著保護電位分布均勻、盡量減少陽極間互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影響、利于管線陰極保護的施工原則，條件許可的情況下，盡可能采用管道兩側均勻交叉埋設，以盡量避免管道本身兩側的自身屏蔽影響。

（2）鎂陽極與陽極電纜的組裝。采用焊接法聯接陽極與電纜。焊接前用砂紙出去鋼芯表面的銹蝕物，并做好絕緣措施。

（3）陽極安裝前準備，同上鋅陽極安裝前準備。（4）陽極埋設，同上鋅陽極埋設。（5）陽極床澆水，同上鋅陽極床澆水。（6）陽極床回填，同上鋅陽極床回填。

2.3 過路管道部分鎂陽極安裝要求

PCCP輸水管線在過路處管線采用鋼質管道。過路部分外層有起承重和保護作用的混凝土或鋼質套管，鋼管用水泥支撐定在套管內，鋼管外覆環氧煤瀝青涂層。

本工程采用鎂陽極對過路段鋼質管道實施陰極保護。

其安裝技術要求:由于套管內外的腐蝕環境不同，將過路部分鋼質管道分成兩部分。套管外部鎂陽極的安裝同過河管道部分相同。套管內部采用串狀鎂陽極保護，串狀鎂陽極的安裝隨鋼管的安裝同時進行，將鎂陽極鋼絲鐵芯直接焊接在鋼管上。焊接及補口要求同過河管道部分。

2.4 電位測試樁的安裝

應在實施陰極保護的區域內每兩公里設置一座電位測試樁，一套二氧化錳參比電極，以更好的掌握PCCP管線的保護狀態。在實施陰極保護的區域設置電位測試樁是為了掌握鋼質管線的保護狀態。每處過河、過路處設置一座，每個配水站設置兩座，安裝長效硫酸銅參比電極。

測試樁安裝要求:測試樁樁體由水泥制成，地上部分高約80公分，地下部分高60公分以上。內設陰極測試端子和參比電極測試端子。在管底位置埋設一支二氧化錳參比電極（對PCCP管道）或長效硫酸銅參比電極（對鋼管道）。

電位測試樁將提供保護電位數據，可按設定的頻率進行人工測量，以了解和掌握陰極保護效果。

2.5 智能監測裝置的安裝

在土壤電阻率＜20Ω·m的區段，PCCP管管間施以電聯結，埋設陽極電纜，并每隔2000m選擇有代表性的位置設置一智能化監測系統。智能化監測系統包括模擬樁、P cmP探頭、E C I探頭、二氧化錳參比電極、數據采集器、電池、電纜、模/數轉換、無線收發單元或光纜接口、數據終端及軟件的安裝、埋設、調試、保護等。在安裝過程中要及時記錄并提交安裝的質量檢查記錄。

2.6 預留電纜的安裝

在設置為PCCP管土壤腐蝕監測的區段，PCCP管管間施以電聯結，埋設預留陽極電纜，以根據土壤腐蝕監測的結果考慮施加陰極保護。其工作范圍包括陽極電纜的安裝、引至地表和標識。

（1）預留電纜與PCCP管的連接。采用鋁熱焊法進行焊接，要求焊接牢固，焊縫均勻、焊接完成且溫度降低后進行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導線進行補口，補口材料采用環氧煤瀝青和玻璃布。

（2）預留電纜的引到地表。預留電纜在完成和PCCP管連接后，垂直向上引至地表附近，電纜敷設時應留有足夠余量，在焊點及其他各處打蛇形彎，防止電纜或焊點受力。

（3）標識。在管溝回填過程中和完成后，要詳細記錄陽極預留電纜的位置，并使用專門預制的混凝土樁作為標示，確保日后能順利找到預留電纜。

（4）電纜安裝質量檢查記錄。在安裝過程中，及時記錄并提交電纜安裝的質量檢查記錄。

2.7 土方明挖

主要包括基礎開挖、陽極坑開挖、陽極電纜溝、各種測試樁的開挖及附屬工程和臨時工程的基礎開挖以及其他監理工程師指明的土方明挖工程。

開挖工作內容包括:準備工作、場地清理、施工期排水、邊坡觀測、完工驗收前的維護，以及將開挖可利用或廢棄的土方運至監理工程師指定的堆放區并加以保護、處理等工作。

如果在已有建筑物附近開挖，必須保證其已有建筑物的穩定和安全，做到不影響其正常使用。在溝槽開挖期間，必須嚴格保護溝槽兩側永久性工程設施的穩固，如發現問題，要立即停止施工。雨季施工時要制定保證基礎工程質量和安全施工的技術措施，有效防止雨水沖刷邊坡和侵蝕地基土壤。

3 管道腐蝕與陰極保護探索

3.1 腐蝕原因分析

雖然鋼制管道管具有密實度很高的砂漿作為外層保護，可以有效的阻止有害物質的侵入，而且砂漿的高堿性又可促使鋼絲表面形成穩定的鈍化膜，從而保護鋼絲和鋼筒不受腐蝕。然而由于在鋼制管道生成、運輸、貯存、安裝過程中，難免造成其管外壁出現缺陷，亦或是裂紋，從而使得鋼制管周圍的地下水滲入，出現腐蝕破壞。除此以外，即使是埋于土中也可能會由于氯離子或是砂漿的碳化而使得鈍化膜遭到破壞，引起高強鋼絲的斷裂而導致鋼制管爆管。

3.2 陰極保護必要性

自然界中大多數金屬存在的方式是化合狀態，通過冶煉被賦予新的能量，然而金屬固有本性是回歸自然狀態，當金屬與其周圍電解質發生反應，并使其由原子狀態變成離子狀態，這個轉變過程就稱為“腐蝕”。每一種金屬都會產生一定的腐蝕電位，其中失去電子的部位稱為陽極區，得到電子的部位稱為陰極區，由于失去電子受到腐蝕，而得到電子受到保護。因此，要想延長管道使用壽命，就必須進行陰極保護措施。

3.3 陰極保護在鋼制管道中的作用

陰極保護原理具體來說是將還原型較強的金屬作為保護級，增強鋼表面的堿性，維持其鈍化狀態，進行陰極保護后，金屬表面就會產生如下反應:O2+2H2O+4e→4O H-，而其中反應物H-促使堿度升高，從而使得表面鈍化狀態得以保持。

3.4 本文案例陰極保護方案

根據相關規范和設計文件，大伙房水庫輸水工程陰極保護對本標段所采用鋅陽極、鎂陽極保護，以確保輸水管道在設計壽命內安全運行。

綜上所述，通過案例陰極保護安裝技術具體分析中，可以清晰感知陰極保護安裝對于管道防腐的重要性，在進行陰極保護施工中要做到必須根據具體工況有效的進行陰極保護，只有這樣才能從根本上降低腐蝕的發生率，保證管道的安全運行，從而使工程收到更高的效益。

［1］劉曉軍，白榮國，費克勛，等.輸水管道內防護層與陰極保護聯合防護系統失效分析與改進措施［J］.材料保護，2013（11）: 65-66

［2］魏永慶，張立新.地下輸水管道陰極保護實驗分析［J］.水利水電技術，2010（11）.

［3］薛富強，謝榮勃.淺談長輸管道的陰極保護及故障分析［J］.科技與企業，2014（02）.

［4］丁融.陰極保護技術在埋地管道中的應用研究及探討［J］.中國化工貿易，2013（12）.

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：1672-2469（2015）03-0074-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.026

趙明宇（1970年—），男，高級工程師。