趙明宇（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110166）

輸水工程陰極保護(hù)設(shè)備安裝施工技術(shù)分析

趙明宇
（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110166）

管道“腐蝕”是埋于地下或是水中鋼鐵結(jié)構(gòu)一個難題，腐蝕會導(dǎo)致設(shè)備破壞，除了造成經(jīng)濟(jì)損失以及環(huán)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(hù)安裝施工技術(shù)分析，旨在強(qiáng)調(diào)陰極保護(hù)措施的重要意義。

水庫；輸水工程；陰極保護(hù)

埋于地下的鋼制管的腐蝕控制必須進(jìn)行防腐保護(hù)，如對PCCP管采取有效的保護(hù)措施，不僅可以保證管道系統(tǒng)的安全運(yùn)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(jié)合大伙房水庫輸水（二期）工程陰極保護(hù)工程中陰極保護(hù)裝施工技術(shù)措施加以分析，闡述陰極保護(hù)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(hù)施工工程主要是對輸水管線PCCP管、過河過路鋼管、配水站內(nèi)埋地鋼管實施陰極保護(hù)。

安裝工程涉及:鋅陽極的安裝、鎂陽極的安裝、套管內(nèi)鎂陽極的安裝、預(yù)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(jiān)測系統(tǒng)的安裝等。

2 安裝施工技術(shù)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(zhì)管接件實施陰極保護(hù)。

（1）鋅陽極的位置。本工程本著保護(hù)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(hù)的施工原則進(jìn)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(cè)均勻交叉埋設(shè)，以盡量避免管道本身兩側(cè)的自身屏蔽影響。與此同時，要根據(jù)施工圖紙的要求確定陽極的埋設(shè)間距。

（2）鋅陽極與陽極電纜的組裝。采用錫焊進(jìn)行陽極與電纜之間的聯(lián)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(jìn)行對焊接點(diǎn)進(jìn)行防腐絕緣保護(hù)，保證陽極端面、電纜連接部位及鋼芯都要防腐絕緣，以達(dá)到焊接牢固并且絕緣性能良好。

（3）陽極安裝前準(zhǔn)備。在組裝陽極之前，應(yīng)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(yīng)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(yīng)調(diào)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(diǎn)強(qiáng)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(jìn)行焊縫檢查，如果合格就對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)口。

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

陽極可埋設(shè)在管道的側(cè)方，一般說:

未回填地段:采用開槽法臥式埋設(shè)陽極，并且埋設(shè)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(shè)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(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)土，禁止向坑內(nèi)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(zhì)管道實施陰極保護(hù)。

（1）鎂陽極的位置。鎂陽極與鋼管同溝埋設(shè)，同時施工。除按施工圖規(guī)定的位置外，陽極具體布置本著保護(hù)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(hù)的施工原則，條件許可的情況下，盡可能采用管道兩側(cè)均勻交叉埋設(shè)，以盡量避免管道本身兩側(cè)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(lián)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(zhǔn)備，同上鋅陽極安裝前準(zhǔn)備。（4）陽極埋設(shè)，同上鋅陽極埋設(shè)。（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(zhì)管道。過路部分外層有起承重和保護(hù)作用的混凝土或鋼質(zhì)套管，鋼管用水泥支撐定在套管內(nèi)，鋼管外覆環(huán)氧煤瀝青涂層。

本工程采用鎂陽極對過路段鋼質(zhì)管道實施陰極保護(hù)。

其安裝技術(shù)要求:由于套管內(nèi)外的腐蝕環(huán)境不同，將過路部分鋼質(zhì)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(nèi)部采用串狀鎂陽極保護(hù)，串狀鎂陽極的安裝隨鋼管的安裝同時進(jìn)行，將鎂陽極鋼絲鐵芯直接焊接在鋼管上。焊接及補(bǔ)口要求同過河管道部分。

2.4 電位測試樁的安裝

應(yīng)在實施陰極保護(hù)的區(qū)域內(nèi)每兩公里設(shè)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(hù)狀態(tài)。在實施陰極保護(hù)的區(qū)域設(shè)置電位測試樁是為了掌握鋼質(zhì)管線的保護(hù)狀態(tài)。每處過河、過路處設(shè)置一座，每個配水站設(shè)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(nèi)設(shè)陰極測試端子和參比電極測試端子。在管底位置埋設(shè)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(hù)電位數(shù)據(jù)，可按設(shè)定的頻率進(jìn)行人工測量，以了解和掌握陰極保護(hù)效果。

2.5 智能監(jiān)測裝置的安裝

在土壤電阻率＜20Ω·m的區(qū)段，PCCP管管間施以電聯(lián)結(jié)，埋設(shè)陽極電纜，并每隔2000m選擇有代表性的位置設(shè)置一智能化監(jiān)測系統(tǒng)。智能化監(jiān)測系統(tǒng)包括模擬樁、P cmP探頭、E C I探頭、二氧化錳參比電極、數(shù)據(jù)采集器、電池、電纜、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、無線收發(fā)單元或光纜接口、數(shù)據(jù)終端及軟件的安裝、埋設(shè)、調(diào)試、保護(hù)等。在安裝過程中要及時記錄并提交安裝的質(zhì)量檢查記錄。

2.6 預(yù)留電纜的安裝

在設(shè)置為PCCP管土壤腐蝕監(jiān)測的區(qū)段，PCCP管管間施以電聯(lián)結(jié)，埋設(shè)預(yù)留陽極電纜，以根據(jù)土壤腐蝕監(jiān)測的結(jié)果考慮施加陰極保護(hù)。其工作范圍包括陽極電纜的安裝、引至地表和標(biāo)識。

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

（2）預(yù)留電纜的引到地表。預(yù)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(shè)時應(yīng)留有足夠余量，在焊點(diǎn)及其他各處打蛇形彎，防止電纜或焊點(diǎn)受力。

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

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

2.7 土方明挖

主要包括基礎(chǔ)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(chǔ)開挖以及其他監(jiān)理工程師指明的土方明挖工程。

開挖工作內(nèi)容包括:準(zhǔn)備工作、場地清理、施工期排水、邊坡觀測、完工驗收前的維護(hù)，以及將開挖可利用或廢棄的土方運(yùn)至監(jiān)理工程師指定的堆放區(qū)并加以保護(hù)、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(wěn)定和安全，做到不影響其正常使用。在溝槽開挖期間，必須嚴(yán)格保護(hù)溝槽兩側(cè)永久性工程設(shè)施的穩(wěn)固，如發(fā)現(xiàn)問題，要立即停止施工。雨季施工時要制定保證基礎(chǔ)工程質(zhì)量和安全施工的技術(shù)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(hù)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(hù)，可以有效的阻止有害物質(zhì)的侵入，而且砂漿的高堿性又可促使鋼絲表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，從而保護(hù)鋼絲和鋼筒不受腐蝕。然而由于在鋼制管道生成、運(yùn)輸、貯存、安裝過程中，難免造成其管外壁出現(xiàn)缺陷，亦或是裂紋，從而使得鋼制管周圍的地下水滲入，出現(xiàn)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(qiáng)鋼絲的斷裂而導(dǎo)致鋼制管爆管。

3.2 陰極保護(hù)必要性

自然界中大多數(shù)金屬存在的方式是化合狀態(tài)，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(tài)，當(dāng)金屬與其周圍電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并使其由原子狀態(tài)變成離子狀態(tài)，這個轉(zhuǎn)變過程就稱為“腐蝕”。每一種金屬都會產(chǎn)生一定的腐蝕電位，其中失去電子的部位稱為陽極區(qū)，得到電子的部位稱為陰極區(qū)，由于失去電子受到腐蝕，而得到電子受到保護(hù)。因此，要想延長管道使用壽命，就必須進(jìn)行陰極保護(hù)措施。

3.3 陰極保護(hù)在鋼制管道中的作用

陰極保護(hù)原理具體來說是將還原型較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)級，增強(qiáng)鋼表面的堿性，維持其鈍化狀態(tài)，進(jìn)行陰極保護(hù)后，金屬表面就會產(chǎn)生如下反應(yīng):O2+2H2O+4e→4O H-，而其中反應(yīng)物H-促使堿度升高，從而使得表面鈍化狀態(tài)得以保持。

3.4 本文案例陰極保護(hù)方案

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計文件，大伙房水庫輸水工程陰極保護(hù)對本標(biāo)段所采用鋅陽極、鎂陽極保護(hù)，以確保輸水管道在設(shè)計壽命內(nèi)安全運(yùn)行。

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

［1］劉曉軍，白榮國，費(fèi)克勛，等.輸水管道內(nèi)防護(hù)層與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)系統(tǒng)失效分析與改進(jìn)措施［J］.材料保護(hù)，2013（11）: 65-66

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

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趙明宇（1970年—），男，高級工程師。