趙明宇（遼寧省大伙房水庫(kù)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(kù)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(gè)難題，腐蝕會(huì)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(shí)還會(huì)傷及生命。因此，必須高度重視腐蝕。本文通過對(duì)大伙房水庫(kù)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(kù)；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(duì)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(zhǎng)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(kù)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(kù)輸水（二期）工程陰極保護(hù)施工工程主要是對(duì)輸水管線PCCP管、過河過路鋼管、配水站內(nèi)埋地鋼管實(shí)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(cè)試樁的安裝、二氧化錳和長(zhǎng)效硫酸銅參比電極的安裝以及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝等。

2 安裝施工技術(shù)簡(jiǎn)述

2.1 鋅陽極安裝

本工程采用鋅陽極對(duì)PCCP管道、帶有混凝土外襯的鋼質(zhì)管接件實(shí)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(shí)，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(zhǎng)度不小于50毫米，除此還要進(jìn)行對(duì)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(yàn)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(shí)，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(duì)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(chǎng)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(duì)過河段鋼質(zhì)管道實(shí)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(shí)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(duì)過路段鋼質(zhì)管道實(shí)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(shí)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(cè)試樁的安裝

應(yīng)在實(shí)施陰極保護(hù)的區(qū)域內(nèi)每?jī)晒镌O(shè)置一座電位測(cè)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(shí)施陰極保護(hù)的區(qū)域設(shè)置電位測(cè)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(gè)配水站設(shè)置兩座，安裝長(zhǎng)效硫酸銅參比電極。

測(cè)試樁安裝要求:測(cè)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(cè)試端子和參比電極測(cè)試端子。在管底位置埋設(shè)一支二氧化錳參比電極（對(duì)PCCP管道）或長(zhǎng)效硫酸銅參比電極（對(duì)鋼管道）。

電位測(cè)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(cè)量，以了解和掌握陰極保護(hù)效果。

2.5 智能監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)。智能化監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)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(cè)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(shí)。

（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(duì)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(shí)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(shí)。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(shí)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(cè)試樁的開挖及附屬工程和臨時(shí)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(chǎng)地清理、施工期排水、邊坡觀測(cè)、完工驗(yàn)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(shí)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(shí)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(huì)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(gè)轉(zhuǎn)變過程就稱為“腐蝕”。每一種金屬都會(huì)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(zhǎng)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(jí)，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(huì)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(jì)文件，大伙房水庫(kù)輸水工程陰極保護(hù)對(duì)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(jì)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(duì)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(guó)，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

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［4］丁融.陰極保護(hù)技術(shù)在埋地管道中的應(yīng)用研究及探討［J］.中國(guó)化工貿(mào)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(jí)工程師。