李成龍

（滕州市戶主水庫管理所，山東滕州277533）

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陰極保護(hù)法在戶主水庫供水管道中的應(yīng)用

李成龍

（滕州市戶主水庫管理所，山東滕州277533）

【摘要】分析了滕州市戶主水庫供水管道漏水的原因，對(duì)幾種保護(hù)方案進(jìn)行了比較，綜合考慮選定犧牲陽極的陰極保護(hù)法，并介紹了施工中注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】滕州市；戶主水庫；供水管道；陰極保護(hù)法

戶主水庫位于滕州市城區(qū)東北17 km，東郭鎮(zhèn)境內(nèi)，控制流域面積44 km2，總庫容2 026萬m3，興利庫容1 110萬m3，是一座以防洪為主、灌溉、工業(yè)供水綜合利用的國(guó)家防洪重點(diǎn)中型水庫，滕州市重要的水源地之一。

該水庫有兩期向華電滕州新源熱電有限公司供水的工程，一期供水管線工程，由滕州市水務(wù)局組織投資建設(shè)，2003-03投入使用，管線工程連通戶主水庫、馬河水庫向滕州新源電廠供水，設(shè)計(jì)使用年限30年，日供水能力2萬m3，實(shí)際供水0.5萬m3。工程鋪設(shè)φ300管道戶主支線5.5 km，連通馬河水庫φ400管道馬河支線1.6 km，并通φ500主管道20 km，主要工程有輸水管道27.1 km，其中采用玻璃鋼管材質(zhì)管道17.1 km，過橋、過河、過城區(qū)建設(shè)、建筑物聯(lián)通等采用抗外壓材質(zhì)螺旋材質(zhì)管道10 km。二期供水工程由華電滕州新源熱電有限公司投資建設(shè)，2005-09建成通水，設(shè)計(jì)使用年限30年，日供水能力1萬m3，實(shí)際供水0.5萬m3。工程管網(wǎng)總長(zhǎng)度28 km，全部采用直徑500 mm螺旋鋼管。受滕州市水務(wù)局和華電滕州新源熱電有限公司委托，滕州市戶主水庫管理所負(fù)責(zé)兩期供水工程巡查、維修和保養(yǎng)等工作。

1　漏水原因分析

經(jīng)過10余年運(yùn)行，兩期供水工程發(fā)揮了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，期間出現(xiàn)過數(shù)次供水管道漏水搶修事故。經(jīng)過分析，事故原因總結(jié)如下：其中玻璃鋼管段大部分為受工程施工影響、重載車輛碾壓、管道沉陷受力不均等外力作用影響產(chǎn)生；鋼管段數(shù)次漏水事故均出現(xiàn)在高壓線桿附近、大型建筑物附近及土壤潮濕污水溝附近。

受外力影響而破損的玻璃鋼管，沒有好的方法預(yù)防和彌補(bǔ)，只有加強(qiáng)巡視和做好警示標(biāo)志等措施。對(duì)于鋼管的漏水原因，可歸納為鋼管局部銹蝕嚴(yán)重導(dǎo)致，主要原因?yàn)槭芡寥乐兴嵝噪x子的氧化反應(yīng)和受地層內(nèi)復(fù)雜電磁場(chǎng)、電流影響的緣故。針對(duì)這兩種情況，均可采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法，采用化學(xué)性質(zhì)更為活潑的金屬和鋼管連接在一起，利用活潑金屬如鎂、鋁、鋅等的電子補(bǔ)充鋼管材料中的電子損失，達(dá)到阻止鋼材銹蝕的目的，延長(zhǎng)供水鋼管的使用壽命。

2　保護(hù)方案優(yōu)選

常用的陰極保護(hù)方法有：強(qiáng)制電流保護(hù)法、犧牲陽極保護(hù)法、極性排流法和強(qiáng)制排流法，各種方法優(yōu)缺點(diǎn)分析總結(jié)如表1。

根據(jù)兩期工程特點(diǎn)，鋼管基本位于城區(qū)段地下，周圍建筑物多，埋深約2 m。管線距水庫管理所較遠(yuǎn)，不具備外部電源條件，故選用犧牲陽極的陰極保護(hù)法。

土壤中犧牲陽極材料有鎂及鎂合金，鋅及鋅合金，在土壤中一般不使用鋁合金犧牲陽極。應(yīng)用時(shí)電阻率小于15 Ω時(shí)選用鋅陽極；電阻率小于100 Ω時(shí)可選用鎂塊陽極；特別需要時(shí)可采用帶狀鎂陽極。經(jīng)綜合分析，結(jié)合市場(chǎng)行情，本管道采用鎂陽極作為犧牲陽極。

表1　幾種陰極保護(hù)法優(yōu)缺點(diǎn)比較

由于管道中鋼管已運(yùn)行近10年，部分腐蝕嚴(yán)重，本保護(hù)方案為補(bǔ)救措施，結(jié)合廠家建議，選用22 kg規(guī)格鎂塊，預(yù)計(jì)使用壽命20年。鎂塊在出廠時(shí)，考慮管道周圍土壤電阻率不均等因素，預(yù)設(shè)50 kg填料包，主要成分為膨潤(rùn)土。應(yīng)用時(shí)，吸水后形成良好、均勻的導(dǎo)電材料，以便形成電位差。鎂塊和鋼管間用銅芯導(dǎo)線連接，方便電流自由流動(dòng)。導(dǎo)線外圍要求絕緣，焊接后涂刷防腐漆，防止外界電流干擾。

在陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，要計(jì)算一個(gè)陰極保護(hù)站所能保護(hù)的最大管道距離。由于通電點(diǎn)（匯流點(diǎn)）的電位不能太低，所以，一般都限定匯流點(diǎn)斷電電位不低于-1.20 V，保護(hù)末端斷電電位-0.85 V。因此，可按下式計(jì)算一個(gè)陰極保護(hù)站能夠保護(hù)的最大距離：

2L=（8ΔV/(πDJs×R)）1/2

R=Pt/（π×（D×1000-δ）×δ）

式中：L為管道一側(cè)保護(hù)長(zhǎng)度，m；ΔV為匯流點(diǎn)與最低保護(hù)電位之差，V；D為管道外徑，m；Js為保護(hù)電流密度，mA/m2；R為管道電阻，Ω/m；δ為管道壁厚，mm；Pt為管材電阻率，Ωmm2/m。

經(jīng)過計(jì)算，結(jié)合本工程實(shí)際受城區(qū)開挖場(chǎng)地限制，本方案采用間隔200 m設(shè)置陽極的距離，每處設(shè)2塊陽極包。

綜上，水庫管理所已取3 km易出露點(diǎn)的管段做了犧牲陽極保護(hù)法實(shí)驗(yàn)，保護(hù)方案為：鎂陽極兩支為一組，埋設(shè)在管道兩側(cè)（若開挖不方便，也可以埋設(shè)在管道的一側(cè)），陽極組間距200 m，總共設(shè)置16組（32支鎂包陽極），陽極在管段上基本上均勻分布，若有障礙物，陽極在具體埋設(shè)時(shí)可以在5 m左右范圍內(nèi)移動(dòng)。陽極埋設(shè)距離管道1.5 m，陽極填包料布袋距離地面不小于0.7 m。在陽極設(shè)置位置開挖陽極坑，陽極在就位后在陽極布袋上蓋上一層薄土后，向坑內(nèi)灌水，使陽極布袋內(nèi)的填料飽和吸滿水，然后再回填并夯實(shí)，恢復(fù)地坪。回填土中不應(yīng)含有磚、石等雜物。

3　施工注意事項(xiàng)

陽極所帶電纜焊接及焊點(diǎn)處理電纜焊接在管道正上方，欲焊接點(diǎn)破除原防腐層并除銹至光亮，采用鋁熱焊（也可以采用廠家提供的過度金屬片的焊接方法，但是鋁熱焊不需要電源，為SY/ T0019-97推薦做法）直接將陽極電纜焊接于鋼套管上，焊點(diǎn)用熱熔膠和補(bǔ)傷片補(bǔ)傷。

在管線兩端各設(shè)置一個(gè)測(cè)試樁，華電滕州新源熱電有限公司北門約800 m處與鐵路交叉增加測(cè)試樁。測(cè)試樁附近埋設(shè)一支長(zhǎng)效硫酸銅參比電極，以測(cè)量管道的保護(hù)狀態(tài)。測(cè)試線和管道焊接，焊點(diǎn)也用熱熔膠和補(bǔ)傷片防腐，測(cè)試線和參比電極所帶電纜引到測(cè)試樁連接到測(cè)試端。

4　結(jié)語

按照上述方案，水庫管理所采取的犧牲陽極保護(hù)法實(shí)驗(yàn)3 km管段，1年中未發(fā)生一處螺旋鋼管腐蝕露點(diǎn)事故。該實(shí)驗(yàn)消耗32支鎂包陽極，開挖16處，施工總投資約5萬元。而未保護(hù)前，每年該管段出現(xiàn)鋼管腐蝕漏水事故7～8次，由于該管段位于在城區(qū)，每次處理漏水事故，需停水處理，加之水淹補(bǔ)償?shù)让看翁幚砭枞f元左右。故本保護(hù)方案效益已非常明顯。

（責(zé)任編輯崔春梅）

作者簡(jiǎn)介：李成龍（1980—），男，工程師

收稿日期：2015-04-23

【中圖分類號(hào)】TV674

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2016）-01-0026-02