供水PCCP管道犧牲陽極法施工及檢測技術(shù)

尤子睿

（新疆昌源水務(wù)科學(xué)研究院（有限公司），烏魯木齊 830000）

供水PCCP管道犧牲陽極法施工及檢測技術(shù)

尤子睿

（新疆昌源水務(wù)科學(xué)研究院（有限公司），烏魯木齊 830000）

新疆東延供水工程標(biāo)段地下水位較淺，且地下水具有強(qiáng)腐蝕性，對PCCP管道中鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼筋造成腐蝕破壞。通過對陰極保護(hù)準(zhǔn)則和保護(hù)方案探討，并對PCCP管道陽極安裝與施工注意事項(xiàng)和陰極保護(hù)檢測技術(shù)進(jìn)行分析，以期對類似工程設(shè)計(jì)施工有所借鑒。

PCCP管道；陰極保護(hù)；施工控制；檢測技術(shù)

1 工程概況

新疆“500”東延供水工程是解決準(zhǔn)東煤電化工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)、生活用水的一項(xiàng)長距離管道輸水工程，全長約30km。施工標(biāo)段管線樁號68+177～80+136，全長11.958km。該段地下水位埋深較淺，為0.6～1.8m，且地下水水化學(xué)類型型水，水、土層中硫酸根離子和鎂離子含量高 （含量12007.5mg/L，Mg2+離子含量8140.0mg/L），對普通水泥和抗硫酸鹽水泥的混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性。為減小供水工程所用PCCP管道中鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕破壞，延長PCCP管道的使用壽命，設(shè)計(jì)增加管道陰極保護(hù)的內(nèi)容，采用犧牲陽極保護(hù)法。

2 PCCP管道陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 陰極保護(hù)準(zhǔn)則

PCCP管道陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩方面，一是極化電位差超過100mV，管道內(nèi)所有嵌入金屬結(jié)構(gòu)與外界腐蝕電位差超過100mV，才能夠有效保護(hù)PCCP管內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼絲及其他金屬嵌入體；二是所允許的最小負(fù)電位不應(yīng)負(fù)于1000mV，其中主要為CSE和消除IR之后的電位，這主要是反映管道內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼絲是否產(chǎn)生析氫現(xiàn)象，以免鋼絲結(jié)構(gòu)發(fā)生過度析氫反應(yīng)而產(chǎn)生氫脆［1-3］。同時(shí)，陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù)年限在25年以上，電流密度1mA/m2。

2.2 陰極保護(hù)方案

陰極保護(hù)方案一般有兩種形式，即犧牲陽極保護(hù)法和強(qiáng)制電流法，兩種方法都有自己優(yōu)缺點(diǎn)。東延供水工程采用管道材料主要為混凝土構(gòu)筑物，且管徑較大，電阻率大，電流分布不規(guī)則。參照南水北調(diào)PCCP管道陰極保護(hù)方案，采用平行于管道在四周布設(shè)4條帶狀鋅陽極保護(hù)方案。管道鋼制構(gòu)建連接部位采用棒狀鎂陽極保護(hù)，如分水口、排氣閥井等。相較于強(qiáng)制電流保護(hù)法，犧牲陽極保護(hù)的好處在于不會對保護(hù)系統(tǒng)造成過負(fù)的電位，預(yù)應(yīng)力鋼絲出現(xiàn)氫脆的幾率也較小；同時(shí)，不需要提供外部電源，管理維護(hù)任務(wù)輕，幾乎不會對土壤電阻率產(chǎn)生影響［4］。

3 PCCP管道陽極安裝與施工

3.1 施工準(zhǔn)備

犧牲陽極在組裝之前，應(yīng)做好陽極表面的清潔工作，不能有無和氧化物，以免影響陽極的工作性能。同時(shí)，準(zhǔn)備足夠的填充料，其作用是通過改善陽極工作環(huán)境，進(jìn)一步提升陽極的工作性能。

3.2 陽極安裝

3.2.1 帶狀鋅陽極安裝

根據(jù)土壤電阻率的不同，帶狀鋅陽極的規(guī)格也有所差異。當(dāng)土壤電阻率不超過100Ω·m時(shí)，帶狀鋅陽極均采用15.8mm×22.2mm；當(dāng)土壤電阻率超過100Ω·m，底部和頂部帶狀鋅陽極規(guī)格分別采用15.8mm×22.2mm，12.7mm×14.2mm。 帶狀鋅陽極一般與管道同步進(jìn)行安裝，管溝開挖結(jié)束后，先進(jìn)行底部帶狀鋅陽極的安裝，陽極周圍土壤填充特定成分的化學(xué)材料，填充材料尺寸應(yīng)復(fù)合設(shè)計(jì)規(guī)范。填充材料上部覆蓋上一定厚度的土壤，起保護(hù)作用。管道下溝后且回填土層達(dá)到施工要求后，安裝管道頂部帶狀鋅陽極。帶狀鋅陽極應(yīng)放置在挖設(shè)的陽極溝之中，陽極溝尺寸寬×深為200mm×100mm，其周圍同樣填充特定成分的化學(xué)材料。在特定的條件下，陽極周圍填充的化學(xué)材料可提前進(jìn)行浸泡處理，這樣更能夠充分發(fā)揮陽極的作用。在回填陽極床時(shí)，應(yīng)對回填材料質(zhì)量進(jìn)行控制，一般需回填細(xì)土，禁止填充砂石、塑料等雜書。陽極第納蘭與帶狀鋅陽極的連接推薦采用鋁熱焊接的方式，這種連接方式更為穩(wěn)固，焊接位置采取專用防護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，密封前還需要對電阻情況進(jìn)行測試，確保線路的暢通［5-6］。

3.2.2 棒狀鎂陽極安裝

棒狀鎂陽極安裝在陽極安裝井，但應(yīng)注意棒狀鎂陽極應(yīng)超過管道底部一定距離，一般為300mm，具體可視情況進(jìn)行調(diào)整。安裝棒狀鎂陽極時(shí)應(yīng)確保陽極處于垂直狀態(tài)，同樣填充一定成分的化學(xué)材料，陽極底部與頂部的填充厚度分別為300，200mm，陽極周圍填充料應(yīng)提前用水浸泡。管道施工完畢之后，還需要對陽極井進(jìn)行再次浸泡，浸泡時(shí)間不少于24h，以確保陽極電流的充分分散。

3.3 管間電連接

為確保陰極保護(hù)系統(tǒng)電流的電連續(xù)性，需要將預(yù)應(yīng)力鋼絲與鋼筒、PCCP管與管之間進(jìn)行電連續(xù)性跨接，電連續(xù)性跨接可采用銅芯電纜。跨接電纜連接處應(yīng)做好相關(guān)處理工作，如鋁熱焊接質(zhì)量控制、焊點(diǎn)周圍焊渣處理、密封防腐處理等。為提高犧牲陽極的實(shí)用性，將一定距離（100m）管道進(jìn)行電連續(xù)性跨接，并視為一個(gè)保護(hù)單元，各保護(hù)單元之間不需要電連續(xù)性跨接。同時(shí)為避免在排氣閥井等外部鋼制管件處終端保護(hù)電流的連續(xù)性，在鋼制管件兩端也需要進(jìn)行電連續(xù)性跨接。

3.4 其他措施

除上述安裝施工內(nèi)容之外，還需要將陽極與管道進(jìn)行電連接，連接方式為陽極電纜預(yù)制鋼連接板與管道承口預(yù)留鋼連接板進(jìn)行焊接處理，焊點(diǎn)處做好保護(hù)與防腐措施。同時(shí)，還應(yīng)做好電絕緣措施，尤其是在管道首末段、分支等關(guān)鍵位置，可在相鄰承插口鋼環(huán)內(nèi)外涂抹熔結(jié)環(huán)氧粉末覆蓋層。

4 陰極保護(hù)效果檢測

陰極保護(hù)效果檢驗(yàn)存在兩個(gè)主要難題，一是PCCP管道主要為混凝土結(jié)構(gòu)，會造成陰極保護(hù)電位測試中IR值下降幅度過大，進(jìn)一步對檢測數(shù)據(jù)的精確性造成影響；二是判斷100mV的極化準(zhǔn)則難度較大，需要首先掌握陰極的極化電位和自然腐蝕單位，但在管道陰極保護(hù)系統(tǒng)啟動之后，外界土壤的腐蝕電位將會受到影響，難以獲得自然腐蝕電位［7］。

結(jié)合南水北調(diào)工程以傳統(tǒng)鋼制管道測試探頭為基礎(chǔ)［8］，開發(fā)專用于PCCP管道陰極保護(hù)測試探頭結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 PCCP管道陰極保護(hù)測試探頭

該探頭通過模擬實(shí)際PCCP管道情況，通過不同測試試樣，參比得到自然腐蝕電位和陰極保護(hù)電位。為準(zhǔn)確掌握設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況及管道狀態(tài)，每隔一定距離設(shè)置測試探頭和測試盒，工程采用間隔1km的排氣閥井和排空閥作為測試站點(diǎn)。各測試站點(diǎn)均安裝1個(gè)測試探頭，安裝位置一般設(shè)置在管道的正上方部位。

5 結(jié)語

陰極保護(hù)是一種有效解決PCCP管道腐蝕問題的措施，國內(nèi)目前應(yīng)用較少，相匹配的技術(shù)和裝備也較缺乏。在借鑒南水北調(diào)PCCP工程基礎(chǔ)上，將其運(yùn)用到供水工程中，取得了良好的應(yīng)用效果，可為類似工程施工提供參考。

［1］趙明宇.輸水工程陰極保護(hù)設(shè)備安裝施工技術(shù)分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（3）：74-76.

［2］朱雅仙，蔡偉成，吳燁，等.PCCP高強(qiáng)鋼絲陰極保護(hù)準(zhǔn)則的試驗(yàn)研究［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2010（2）：34-38.

［3］王東黎，楊進(jìn)新，杜艷霞，等.南水北調(diào)中線工程PCCP陰極保護(hù)測試探頭研究 ［J］.水利水電技術(shù)，2009，40 （7）：76-79.

［4］郭永峰，楊進(jìn)新，王東黎.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.

［5］王洪現(xiàn).PCCP在萬家寨引黃工程中的應(yīng)用［J］.水利水電施工，2008（4）：48-50.

［6］胡士信，王東黎，張本革，等.預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用介紹［J］.南水北調(diào)與水利科技，2008（1）：303-307.

［7］關(guān)夢林，劉維利.犧牲陽極陰極保護(hù)工程質(zhì)量控制方法及措施［J］.中國港灣建設(shè)，2006（2）：65-66.

［8］郭永峰，杜艷霞.犧牲陽極法施工及檢測技術(shù)在PCCP管道工程的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2009，40（5）：44-46.

Analysis of construction and detection technology of sacrificial anode for water supply PCCP pipeline

YOU Zi-rui
（Xinjiang Changyuan Water Research Institute（Co.， Ltd.）， Urumchi 830000，China）

The groundwater level of Xinjiang East extension water supply project is shallow， and the groundwater is strong corrosive，which will cause corrosion damage to the steel tube and prestressed steel bar in the PCCP pipeline.Through the discussion of cathodic protection standards and protection scheme，the installation and construction of PCCP pipeline anode and the matters needing attention in cathodic protection and cathodic protection detection technology are analyzed，so as to provide reference for similar engineering design and construction.

PCCP pipeline； cathodic protection； construction control； detection technology

TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-9900（2017）06-0051-03

2017-10-17

尤子睿（1985-），女（漢族），河南新蔡人，工程師，主要從事水利水電方向研究，（Tel）13669904611。

王艷肖）