陰極保護技術在供水管道定向鉆穿越中的應用

劉建國 潘文繼 詹壽贊

（1. 長園長通新材料股份有限公司，廣東 深圳 518106；2. 佛山市西江供水有限公司，廣東 佛山528100）

0 引言

隨著國內城市化發展與建設，對于供水管道的需求逐年增加。鋼質供水管道受敷設環境及各種干擾影響，腐蝕穿孔時有發生。對鋼質供水管道采取陰極保護措施，勢在必行，目前在國內一些省份已經推廣實施，并取到了良好的效果。

1 項目概況

廣東某市某供水項目之過北江管道工程埋地管道全長約2000m，設計壓力為1.6MPa，管材為L360，規格為1219×9.5mm，其中穿越北江段約810m，其它段為開挖埋地敷設，埋深約1.5～2m，防腐方式為加強級3PE防腐層。

過北江供水管道采用水平定向鉆方式穿越，管道回拖過程中不可避免造成管道外防腐層損傷，為了減緩因防腐層破損造成管道腐蝕，對穿越段管道采取陰極保護措施。通過現場實地踏勘，鋼質供水管道穿越已經完成，過北江兩側留有法蘭，但不具備電絕緣。穿越河流兩岸土質為黏土，埋深10米內的土壤電阻率為5.9～42.5Ω·m，根據GB/T 21447-2018《鋼質管道外腐蝕控制規范》[1]，當土壤電阻率小于20Ω·m時，土壤腐蝕性評價為“強”；當土壤電阻率在20～50Ω·m時，土壤腐蝕性評價為“中”。綜合分析，此穿越處土壤對鋼質管道有中到強腐蝕性。

2 陰極保護設計

陰極保護方法分為強制電流法和犧牲陽極法，考慮到現場過江管道已經穿越完成，在過江兩側埋設犧牲陽極可能導致保護不均勻，甚至江底管道欠保護。綜合考慮穿越段管道采取強制電流法進行保護[2]，在江北岸穿越點附近建造陰保間一座，對過江兩側法蘭螺栓進行絕緣改造。

3 陰極保護施工

3.1 法蘭螺栓絕緣改造方案

（1）測量原法蘭螺栓的直徑及長度，做好記錄，然后準備好配套的絕緣材料；

（2）螺桿加1mm厚絕緣熱縮套管將螺桿與法蘭孔做絕緣處理，WK-WSS收縮套在加熱安裝時，基材在徑向收縮的同時，內部復合膠層熔化，緊緊地包覆在絕緣處，與基材一起在螺栓外形成了一個牢固的防腐體，具有優異的耐磨性，耐腐蝕，抗沖擊及良好的抗紫外線和光老化性能；

（3）螺母與法蘭之間加3mm厚絕緣環氧樹脂墊片將螺母與法蘭片做絕緣處理；

（4）法蘭之間安裝聚四氟墊片或者橡膠墊片。法蘭絕緣改造如圖1所示；

圖1 法蘭絕緣改造示意圖

（5）螺栓的拆卸和安裝采取對角線拆卸和安裝的原則；

（6）螺栓安裝后，使用萬用表的導通檔測試螺栓與法蘭是否導通（也可用絕緣電阻表測量），并做好記錄，如仍然導通，重復拆卸該螺栓直至測試合格。

3.2 深井陽極地床施工

輔助陽極地床采用深井陽極地床，陽極地床與管道的最近距離應大于50m，陽極地床的位置根據現場深層土壤電阻率數據選定。

陽極井直徑為300mm，陽極井深度為50m，輔助陽極采用高硅鑄鐵陽極，陽極規格為預包裝φ273×2000mm×6支，陽極下井后填充石油焦炭至陽極井頂部，每支陽極單獨電纜引至地面，接入陽極接線箱，輔助陽極地床的接地電阻應小于4Ω。

3.3 陰極保護電纜的連接及敷設

本工程陰極保護用電纜包括陽極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜、參比電極電纜和機殼接地電纜等，各類陰保電纜的規格如下：

陽極/陰極電纜 YJV22-0.6/1kV 1×25 mm2；

陽極分電纜/機殼接地電纜 YJV22-0.6/1kV 1×10mm2；

零位接陰/參比電極電纜 YJV22-0.6/1kV 1×6 mm2；

陰保電纜與管道之間采用鋁熱焊的方式進行連接，焊接務必導電良好，不得虛焊，焊接后應對焊點進行嚴格的防腐絕緣，電纜與管道焊接處應采用粘彈體膏、粘彈體及熱收縮帶進行防腐。電纜與電纜之間采用銅管壓接的方式進行連接。

陰保電纜敷設時地面、地下均應留足裕量，以防止土壤下沉時拉斷電纜。電纜上方應鋪沙蓋磚塊。電纜埋設后，應在轉角處、穿越處、每隔20m處埋設標識樁。

3.4 長效參比電極安裝

選用預填包料長效參比電極，埋設前用清水浸泡24h。長效參比電極應直立埋設在管道一側或正上方緊貼管道，在參比電極的上方安裝PVC管，方便測試及澆水。

3.5 恒電位儀安裝

陰保間恒電位儀選用一用一備，規格選用7 5 V/3 0 A，電源為交流A C 2 2 0 V±1 0%，50Hz±5%，恒電位儀具有數據遠傳功能。

恒電位儀安裝包括：

（1）恒電位儀與陽極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜、參比電纜的連接；

（2）設備機殼接地。

安裝時應當嚴格按照其產品說明書進行。電纜連接時應確保極性正確，并且確保電氣接觸導通良好。

4 陰極保護測試

4.1 檢測項目

檢測項目：管道自然電位、管道通/斷電電位、管道交流電壓、陽極接地電阻、恒電位儀輸出電流電壓、長效參比電極誤差。

4.2 檢測數據

恒電位儀運行參數，如表1所示。

表1 恒電位儀運行參數

陽極接地電阻測試結果，如表2所示。

表2 陽極接地電阻測試結果

電位測試結果，如表3所示。

表3 電位測試結果

4.3 數據分析

通過對過江鋼質供水管道施加強制電流陰極保護，管道南北岸斷電電位比自然電位負向偏移量增大，但未比臨界電位-1.20V（CSE）更負，符合GB/T 21448-2017《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》[1]。

4.4 條陰極保護準則的要求

說明本次陰極保護設計滿足防腐要求，可以對穿越段管道提供陰極保護，減緩管道的腐蝕速率。

鋼質供水管道南北岸交流電壓均未超過4V，符合 GB/T 50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》[3]交流干擾影響小，可不采取交流干擾排流措施。

5 結語

陰極保護是目前減緩鋼質管道腐蝕最有效的方法，在石油天然氣管輸行業應用比較成熟，本次強制電流陰極保護技術在供水管道定向鉆穿越河流中的成功應用，為供水管道在特殊地段通過增加陰極保護來減少管道腐蝕提供了可靠依據。