李 江，楊輝琴，何向國(guó)，馬 軍

（1.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆寒旱區(qū)水資源與生態(tài)水利工程研究中心，新疆 烏魯木齊 830000；3.河南燦加防腐保溫工程有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引 言

鋼管（SP管）是石油、燃?xì)?、水利行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的管材，而大口徑預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP 管）在輸水行業(yè)應(yīng)用也極為普遍。近年來(lái)隨著區(qū)域水資源配置工程、長(zhǎng)距離引調(diào)水工程、城鄉(xiāng)一體化供水工程的建設(shè)，在大口徑管道方面，SP、PCCP管與化學(xué)管材相比較因其優(yōu)異的抗內(nèi)外壓能力、加工制作便利、連接形式多樣成為上述工程的首選管材。但SP 管和PCCP管中的內(nèi)襯鋼筒、預(yù)應(yīng)力鋼絲等都屬于金屬，金屬材料和周?chē)橘|(zhì)接觸時(shí)所發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕卻是金屬材料本質(zhì)特性。SP、PCCP 管除了采用內(nèi)外防腐材料對(duì)管壁進(jìn)行涂裝以外，還需要考慮如何消除或減弱水、土壤侵蝕的影響，即管道的設(shè)計(jì)采用“內(nèi)抗+外防”的防護(hù)手段。所謂“內(nèi)抗”，即采用涂層進(jìn)行內(nèi)外涂裝，SP 管過(guò)去采用三布五油、3PE、浸塑等方式，現(xiàn)在多用內(nèi)外涂塑；PCCP 管的持力層預(yù)應(yīng)力鋼絲噴涂高標(biāo)號(hào)砂漿+外壁涂刷環(huán)氧瀝青等方式，其目的是通過(guò)涂裝層提高管道內(nèi)外壁的抗侵蝕能力，延長(zhǎng)管道使用壽命；所謂“外防”，即采用其他手段如陰極保護(hù)、管道外加裝塑料套管、管周土換填或采用兩布一膜土工布隔絕與外界侵蝕性環(huán)境接觸等提高管道抗侵蝕能力［1］。

由于運(yùn)行環(huán)境的變化、涂裝層材料的老化、失效，管材自身粗制濫造等，管道運(yùn)行后產(chǎn)生裂縫、破損就不可避免，從而導(dǎo)致發(fā)生爆管、泄露等事故，有的教訓(xùn)極為深刻、代價(jià)極為慘重［2］。如“新疆某供水與生態(tài)建設(shè)工程”建設(shè)時(shí)國(guó)內(nèi)對(duì)PCCP 管的防腐蝕設(shè)計(jì)要求不高，而管線(xiàn)地基土腐蝕性較強(qiáng)且當(dāng)?shù)氐卣痤l發(fā)，造成管線(xiàn)建成通水后爆管時(shí)有發(fā)生，影響當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活用水；又如2013年11月22日，中國(guó)黃島輸油管道爆炸事件，事故共造成62 人死亡，136 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5 億元，事后查明事故發(fā)生的直接原因是輸油管道與排水暗渠交匯所處區(qū)域土壤鹽堿和地下水氯化物含量高，導(dǎo)致管道加速腐蝕減薄、破裂，造成原油泄漏，進(jìn)一步導(dǎo)致爆炸事故。

近年來(lái)，新疆實(shí)施的多個(gè)引調(diào)水工程、城鄉(xiāng)一體化供水工程，除了在管材上考慮“內(nèi)抗”措施以外，普遍都重視和關(guān)注管道的“外防”問(wèn)題，采用陰極保護(hù)成為首選。而陰極保護(hù)的有效性、與管道SCADA系統(tǒng)嵌入的智能化管理都成為關(guān)注焦點(diǎn)。

圖1 新疆某供水管道破裂爆管現(xiàn)場(chǎng)Fig.1 A water supply pipe burst site in Xinjiang

圖2 黃島輸油管道爆炸現(xiàn)場(chǎng)Fig.2 Explosion site of Huangdao oil pipeline

1 侵蝕環(huán)境與金屬管道腐蝕

1.1 新疆復(fù)雜侵蝕環(huán)境

新疆特有三山夾兩盆的地理環(huán)境和地形地貌，使高濃度的酸堿鹽離子在沖洪積平原的中下部及沙漠邊緣聚集，特別是水土中Cl-、SO42-、HCO3-、侵蝕性CO2不同程度存在，如準(zhǔn)噶爾盆地天山北緣山前沖洪積扇11-12月地下水中的SO42-離子含量1 134～15 129 mg∕L，Mg2+離子含量175～1 057 mg∕L，礦化度3.20～31.24 g∕L；在4-5月地下水中的SO42-離子含量565.9～30 595 mg∕L，Mg2+離子含量83～2 203 mg∕L，礦化度1.43～102.8 g∕L；1.0～5.0 m 以?xún)?nèi)，土層中的含鹽量2.11%～10.4%（高含鹽部位一般在2～2.5 m 或地下水位以上），Na2SO4含量0.36%～1.49%，屬硫酸鹽中－強(qiáng)鹽漬土，造成管道或混凝土構(gòu)筑物的外部腐蝕。

1.2 金屬管道腐蝕

根據(jù)有關(guān)資料，正常的埋地金屬管道的年腐蝕速度為0.2～0.4 mm，但在發(fā)生局部腐蝕或干擾腐蝕的情況下，壁厚8～9 mm鋼管2～3個(gè)月就可能穿孔滲水。同時(shí)由于輸送原水中含有泥沙或侵蝕性離子還會(huì)造成管道內(nèi)腐蝕。新建工程的管道內(nèi)壁一般比較光滑，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，管道內(nèi)壁尤其是鋼管內(nèi)壁由于腐蝕導(dǎo)致粗糙系數(shù)急劇增大，深圳水庫(kù)一條1961年建成的DN1400 對(duì)香港供水鋼管，1964年檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)壁已嚴(yán)重瘤化，實(shí)測(cè)管內(nèi)壁糙率n值竟達(dá)0.017 71，為原設(shè)計(jì)值（0.012）148%，嚴(yán)重影響管道輸水能力。新疆羅布泊鉀肥外部供水一期工程鋼管段土壤侵蝕環(huán)境極其惡劣，采用三布五油作為外防腐，同時(shí)輔以陰極保護(hù)，維護(hù)工作量較大［3］。長(zhǎng)期腐蝕可以破壞管道的受力結(jié)構(gòu)，發(fā)生事故危及工程安全，是影響管道長(zhǎng)期運(yùn)行安全的首要問(wèn)題，通過(guò)采用陰極保護(hù)技術(shù)可有效解決管道腐蝕問(wèn)題。

2 陰極保護(hù)技術(shù)

2.1 陰極保護(hù)的原理

陰極保護(hù)是通過(guò)向被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物表面通入足夠的陰極極化電流，金屬表面電子富集而電位負(fù)移，陰極反應(yīng)所消耗的電子由外部電路提供，從而使金屬自身電化學(xué)腐蝕得到有效抑制。和別的防腐手段不同的是，它是通過(guò)對(duì)腐蝕反應(yīng)進(jìn)行積極的干預(yù)，從根本上抑制電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，因而保護(hù)效果徹底和有效。

2.2 陰極保護(hù)方法

根據(jù)提供保護(hù)電流的方式不同，陰極保護(hù)可分為犧牲陽(yáng)極和外加電流兩種方法。前者是將一種比被保護(hù)金屬更活潑的材料（犧牲陽(yáng)極）與被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)物件電性連接，通過(guò)這種金屬的溶解消耗來(lái)提供保護(hù)電流［4］。后者是將外部交流電轉(zhuǎn)變成可控低壓直流電，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的輔助陽(yáng)極經(jīng)由介質(zhì)向金屬結(jié)構(gòu)物提供保護(hù)電流。

2.3 腐蝕性評(píng)價(jià)

依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001，分析水、土對(duì)鋼管和對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)，應(yīng)符合表1與表2的規(guī)定。

表1 土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評(píng)價(jià)Tab.1 Corrosion of soil to steel structures

表2 水和土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)Tab.2 Corrosion of steel in reinforced concrete by water and soil

2.4 陰極保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)外已有80多年的歷史和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)也有四十年的歷史。美國(guó)政府在《聯(lián)邦規(guī)程》法規(guī)第39號(hào)192部分中規(guī)定：“在1971年7月31日以后安裝的埋地管線(xiàn)，除特殊情況外，必須安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)，以保證管道的安全?！?/p>

美國(guó)NACE 標(biāo)準(zhǔn)《地下或水下金屬管線(xiàn)裝置的外部腐蝕控制》中規(guī)定：“凡地下或水下的鋼、鑄鐵、銅、鋁管線(xiàn)裝置，只要有腐蝕就必須采用防腐蝕涂層與陰極保護(hù)的防腐蝕措施?！背酥猓毡?、前蘇聯(lián)、英國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都明文強(qiáng)制性規(guī)定：“禁止使用未加陰極保護(hù)而只有防腐涂層的地下金屬管道”。

我國(guó)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50013-2018第7.5.2條規(guī)定了當(dāng)金屬管道敷設(shè)在腐蝕性土中以及電氣化鐵路附近或其他有雜散電流存在的地區(qū)時(shí)，應(yīng)采取防止發(fā)生電化學(xué)腐蝕的外加電流陰極保護(hù)或犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)措施。

《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護(hù)》GB∕T28725-2012 第4.1 條：按國(guó)標(biāo)50021 規(guī)定的環(huán)境對(duì)混凝土中鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)為中、強(qiáng)等級(jí)時(shí)，新建或已建PCCP 管道均應(yīng)采用陰極保護(hù)，并在管道運(yùn)行期間始終維持［5］。腐蝕性評(píng)價(jià)為弱腐蝕等級(jí)時(shí)，宜采用陰極保護(hù)［6］。

3 典型陰極保護(hù)工程及效果評(píng)價(jià)

3.1 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB∕T21448-2017，陰極保護(hù)準(zhǔn)則的要求：

（1）管道的所有保護(hù)部分都極化到相對(duì)于銅∕飽和硫酸銅參比電極-850 mV 或更負(fù)的電位。這一電位應(yīng)是剔除IR 降后的電位。

（2）為防止防腐層損壞，避免析氫有害影響，管道上相對(duì)于銅∕飽和硫酸銅參比電極陰極保護(hù)臨界電位（不含IR 降）不應(yīng)負(fù)于-1 200 mV。

（3）對(duì)于在高電阻率的土壤里埋設(shè)的管道，可采用比相對(duì)于銅∕飽和硫酸銅參比電極-850 mV 更正的電位準(zhǔn)則，例如：土壤電阻率100＜ρ＜1 000 Ω·m 的情況，可采用保護(hù)電位-750 mV；土壤電阻率ρ≥1 000 Ω·m的情況，可采用保護(hù)電位-650 mV。

（4）作為上述保護(hù)電位準(zhǔn)則的補(bǔ)充，可采用相對(duì)于腐蝕電位最少100 mV 的陰極極化，這一準(zhǔn)則適用于極化的形成與衰減過(guò)程。

3.2 陰極保護(hù)方式與數(shù)量選擇

對(duì)于埋地PCCP 管道，國(guó)內(nèi)外一般采用棒狀鋅合金陽(yáng)極或者帶狀高純鋅陽(yáng)極對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲進(jìn)行保護(hù)，輔以PCCP 專(zhuān)用極化探頭測(cè)量保護(hù)效果［7］。

對(duì)于埋地鋼管，依據(jù)《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB∕T21448-2017，可采用犧牲陽(yáng)極法、強(qiáng)制電流法或者兩種方法結(jié)合的方式，應(yīng)視工程規(guī)模、土壤環(huán)境、管道防腐層絕緣性能的因素，經(jīng)濟(jì)合理的選用。一般認(rèn)為犧牲陽(yáng)極法適用于電阻率低的土壤、水、沼澤或濕地環(huán)境中的小口徑管道或距離較短且?guī)в袃?yōu)質(zhì)防腐層的管道。

陰極保護(hù)的數(shù)量計(jì)算，可以參考《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB∕T21448-2017 和《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護(hù)》GB∕T28725-2012，考慮到新疆地區(qū)普遍干旱、電阻率較大的特性，一般選擇規(guī)格型號(hào)較大的直流電源。

3.3 典型陰極保護(hù)案例

目前，新疆長(zhǎng)距離供水工程中涉及電化學(xué)腐蝕和含金屬材質(zhì)的管道都在實(shí)施陰極保護(hù)技術(shù)?？κ驳貐^(qū)一市兩縣安全飲水工程、伽師城鄉(xiāng)安全飲水工程、羅布泊鉀肥供水工程、柯坪縣城鄉(xiāng)安全飲水工程等項(xiàng)目中的鋼制管材及準(zhǔn)東供水二級(jí)管網(wǎng)、JK 供水工程的PCCP 管道都采用了陰極保護(hù)技術(shù)，總實(shí)施長(zhǎng)度達(dá)到了數(shù)千千米，并且運(yùn)行效果良好。

3.4 典型工程效果評(píng)價(jià)

從表4典型長(zhǎng)距離輸水工程陰極保護(hù)電位保護(hù)及運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)典型案例中，有個(gè)別檢測(cè)點(diǎn)的電位未達(dá)到-0.85 V，但滿(mǎn)足保護(hù)度大于85%的要求，陰極保護(hù)運(yùn)行良好，保護(hù)效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

表3 新疆長(zhǎng)距離輸水工程陰極保護(hù)工程典型案例Tab.3 Typical case of cathodic protection in long-distance water conveyance project in Xinjiang

表4 新疆典型長(zhǎng)距離輸水工程陰極保護(hù)電位保護(hù)及運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)Tab.4 CATHODIC protection potential protection and operation statistics of typical long-distance water conveyance projects in Xinjiang

4 陰極保護(hù)典型問(wèn)題及解決方案

4.1 遠(yuǎn)程采集及傳輸數(shù)據(jù)失真

由于現(xiàn)場(chǎng)施工保護(hù)不到位導(dǎo)致人為破壞探頭，以及采集和遠(yuǎn)程傳輸裝置、接線(xiàn)門(mén)不能準(zhǔn)確合攏水氣進(jìn)入導(dǎo)致元器件受潮、智能采集裝置安裝位置信號(hào)源不足。

針對(duì)以上問(wèn)題，具體解決方案為施工過(guò)程中對(duì)探頭和采集以及傳輸裝置加以特別保護(hù)，并安裝警示標(biāo)識(shí)，同時(shí)盡量將這些裝置安裝于閥井等結(jié)構(gòu)物處，以減少外來(lái)破壞。

采用IP65防水防塵等更高的防護(hù)等級(jí)，提高出廠(chǎng)產(chǎn)品的加工精度。

在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)手機(jī)信號(hào)初步判斷安裝位置，如果實(shí)在由于移動(dòng)手機(jī)信號(hào)源不足，可以考慮采用光纖等有線(xiàn)傳輸方式。

圖3 喀什地區(qū)一市兩縣陰極保護(hù)測(cè)試樁Fig.3 Cathodic protection test piles in one city and two counties of Kashi

4.2 陰極保護(hù)設(shè)施與鋼管連接對(duì)涂塑等防腐層的破壞

無(wú)論是外加電流技術(shù)還是犧牲陽(yáng)極技術(shù)，都需要通過(guò)電纜與鋼制管道施行電性連接，難免對(duì)成品的管道防腐層造成人為破壞。

解決方案為電纜與管道的焊接位置避免在焊縫兩側(cè)150 mm 范圍內(nèi)，并且在焊點(diǎn)做防腐密封，施工方法是首先徹底清除焊渣，在焊點(diǎn)處涂敷足量的熱熔膠進(jìn)行密封，然后用專(zhuān)用補(bǔ)傷片進(jìn)行補(bǔ)傷，補(bǔ)傷片是由輻射交聯(lián)聚烯烴基材和特種密封熱熔膠涂層復(fù)合而成，在施工時(shí)加熱熔化膠層，粘貼破損管道表面，與原管道防腐層形成連續(xù)、緊密的防腐體系，可以抵抗土壤應(yīng)力，抗靜水壓力，抗陰極剝離，抗化學(xué)腐鏃蝕和霉菌侵蝕等多種腐蝕行為。

圖4 喀什地區(qū)一市兩縣深井陽(yáng)極Fig.4 Deep well anode in one city and two counties of Kashi

4.3 PCCP陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝困難

PCCP 管陰極保護(hù)的對(duì)象是預(yù)應(yīng)力鋼絲，但預(yù)應(yīng)力鋼絲不能直接焊接，且預(yù)應(yīng)力鋼絲全部外包混凝土和環(huán)氧砂漿，無(wú)法焊接。

解決方案為在制管時(shí)沿管芯縱向安裝兩條約成180°的導(dǎo)電用薄鋼帶，薄鋼帶接觸預(yù)應(yīng)力鋼絲的一側(cè)，需要做圓弧過(guò)渡。每節(jié)PCCP 管在兩端引出兩條導(dǎo)電鋼帶，以供管道之間電性連接和安裝陰極保護(hù)設(shè)施。

5 陰極保護(hù)未來(lái)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)

5.1 太陽(yáng)能恒電位儀的應(yīng)用

隨著長(zhǎng)輸管線(xiàn)距離越來(lái)越長(zhǎng)，陰極保護(hù)站在數(shù)量增加的同時(shí)也伴隨著用電困難。由于新疆地區(qū)氣候干燥、日照時(shí)間長(zhǎng)，具備大規(guī)模使用太陽(yáng)能恒電位儀的條件。太陽(yáng)能恒電位儀陰極保護(hù)站作為一種典型的新能源陰極保護(hù)系統(tǒng)，具有可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保兩大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還解決了戶(hù)外長(zhǎng)輸管線(xiàn)陰極保護(hù)站電源的問(wèn)題，對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)具有更高的實(shí)用價(jià)值和研究意義。表5～7 為部分新疆長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目太陽(yáng)能恒電位儀運(yùn)行狀況。

表5 伽師城鄉(xiāng)飲水項(xiàng)目太陽(yáng)能恒電位儀運(yùn)行情況表Tab.5 Operation of Solar Potentiostat in Peyziwat County's urban and rural drinking water project

5.2 新型廣譜合金陽(yáng)極的開(kāi)發(fā)

犧牲陽(yáng)極的發(fā)展隨著陰極保護(hù)重視程度的加深在不斷擴(kuò)展［8］，犧性陽(yáng)極材料也由早期的單一的純金屬發(fā)展到今天的合金陽(yáng)極。目前新型合金化又將是未來(lái)犧牲陽(yáng)極的發(fā)展方向，新型廣譜的合金陽(yáng)極，既能適用于普遍的環(huán)境，還具有高的電流效率特點(diǎn)并正在向智能化方向轉(zhuǎn)變?？朔鹘y(tǒng)Mg 合金陽(yáng)極的電流效率低，Zn 合金陽(yáng)極適用于低電阻環(huán)境的缺點(diǎn)［9］，智能化的陽(yáng)極可以根據(jù)被保護(hù)體對(duì)電流的需要的變化，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)。目前出現(xiàn)的新型復(fù)合陽(yáng)極，已經(jīng)有了一定的自我調(diào)節(jié)性能，這種陽(yáng)極的出現(xiàn)，代表了未來(lái)犧牲陽(yáng)極發(fā)屬的趨勢(shì)，市場(chǎng)也需要智能化的犧牲陽(yáng)極的出現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命綠色發(fā)展的需要。

表6 喀什“一市兩縣”飲水項(xiàng)目設(shè)備及運(yùn)行情況表Tab.6 Equipment and operation of drinking water project in one city and two counties in Kashi

表7 柯坪縣城鄉(xiāng)飲水項(xiàng)目設(shè)備及運(yùn)行情況表Tab.7 Facilities and operation of urban and rural drinking water projects in Kalpin County

另外解決屏蔽問(wèn)題將是輔助陽(yáng)極材料的發(fā)展方向。輔助陽(yáng)極的發(fā)展主要在于陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)上，如網(wǎng)狀陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極打破傳統(tǒng)的棒型、條型的設(shè)計(jì)思維。今后新型結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的發(fā)展，解決復(fù)雜環(huán)境下的屏弊問(wèn)題應(yīng)該有比較好的發(fā)展空間［10］。

5.3 陰極保護(hù)與防腐層的聯(lián)動(dòng)和兼容

管道腐蝕控制系統(tǒng)是由陰極保護(hù)系統(tǒng)和防腐層系統(tǒng)共同組成的，二者相互影響。陰極保護(hù)系統(tǒng)可以為防腐層漏點(diǎn)管道提供保護(hù)，同時(shí)防腐層電阻率也會(huì)反過(guò)來(lái)影響到陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)能力［11］。隨著管道陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，陰極保護(hù)與防腐層的兼容性將越來(lái)越受到重視。

目前，在外涂防腐層與陰極保護(hù)兼容性方面主要存在兩個(gè)問(wèn)題：①陰極保護(hù)系統(tǒng)的較小電流是否能夠?qū)Ψ栏瘜勇c(diǎn)提供有力的保護(hù)；②外涂防腐層與管道一旦剝離，水進(jìn)入管道剝離層內(nèi)，防腐層就會(huì)屏蔽陰極保護(hù)電流，導(dǎo)致管道保護(hù)失效［12］。因此未來(lái)還需要圍繞這些回題來(lái)研究防腐層與陰極保護(hù)兼容性技術(shù)，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析對(duì)防腐層的失效情況進(jìn)行研究和實(shí)踐，不斷提高陰極保護(hù)與防腐層之間的聯(lián)動(dòng)性和兼容性，優(yōu)化和完善管道腐蝕控制系統(tǒng)。

5.4 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)

長(zhǎng)距離管道陰極保護(hù)的難點(diǎn)是距離長(zhǎng)、地理環(huán)境復(fù)雜、人工數(shù)據(jù)采集慢、不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致整個(gè)管道腐蝕監(jiān)測(cè)和腐蝕評(píng)價(jià)不夠準(zhǔn)確［13］?；谀壳巴ㄓ嵤侄巍?shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域的高速發(fā)展，結(jié)合傳感器、電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，把陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、顯示、監(jiān)控、存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)比對(duì)和遠(yuǎn)程控制等工作交給系統(tǒng)，可進(jìn)一步提高可靠性和實(shí)效性。

SCADA 系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，典型采集方式是采用RTU 或FTU 等，陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與之類(lèi)似，只要在SCADA 系統(tǒng)內(nèi)按照采集儀的通信協(xié)議（TCP∕IP）數(shù)據(jù)格式編寫(xiě)相應(yīng)的軟件，解析采集儀上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)、監(jiān)控等操作即可。另一種方式就是由SCADA 系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)和調(diào)取陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體視情況而定。

GIS 陰極保護(hù)可視化監(jiān)控管理，是將管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理信息及陰極保護(hù)相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集合到 GIS 地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，并通過(guò)分析圖表、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等的直觀(guān)實(shí)時(shí)展示，達(dá)到犧牲陽(yáng)極輸出電流和陰極保護(hù)電位的在線(xiàn)實(shí)時(shí)輸出、監(jiān)測(cè)，還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極保護(hù)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控［14］。

陰極保護(hù)數(shù)據(jù)在整個(gè)大環(huán)境、大系統(tǒng)中只占小部分?jǐn)?shù)據(jù)量，但又是運(yùn)行安全必不可少的數(shù)據(jù)［15］。在不久的將來(lái)，以互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，陰極保護(hù)數(shù)據(jù)平臺(tái)可全面融合腐蝕控制的絕大多數(shù)傳感器，采用人工智能技術(shù)，自主調(diào)節(jié)管道陰極保護(hù)的電位數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)指導(dǎo)管道保護(hù)安全運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)性操作；數(shù)據(jù)傳輸將采用更為高速的5G 或衛(wèi)星通信，使管道腐蝕控制更為科學(xué)、更為安全。

6 結(jié) 語(yǔ)

圖5 伽師城鄉(xiāng)飲水工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)Fig.5 Automatic Monitoring System for urban and rural drinking water projects in Peyziwat County

圖6 柯坪縣城鄉(xiāng)引水項(xiàng)目遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)Fig.6 Remote Monitoring and control system for Kalpin County's urban-rural water diversion project

金屬腐蝕是影響長(zhǎng)輸管道安全運(yùn)行的一個(gè)重大因素，特別是在新疆這樣嚴(yán)苛復(fù)雜的地理環(huán)境下對(duì)管道運(yùn)行的要求就更為嚴(yán)格。在新疆長(zhǎng)距離輸水管道工程中，發(fā)生過(guò)對(duì)腐蝕機(jī)理認(rèn)識(shí)不清而產(chǎn)生的管道安全問(wèn)題，如金屬管道外有覆蓋層保護(hù)就不考慮做陰極保護(hù)、PCCP 管只注重外覆砂漿和環(huán)氧煤瀝青涂層而未考慮增加陰極保護(hù)措施或過(guò)雜散電流區(qū)未考慮排流問(wèn)題等［16］，都發(fā)生過(guò)嚴(yán)重事故，影響了工程的正常運(yùn)行，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，教訓(xùn)是十分深刻的。目前，新疆長(zhǎng)距離引調(diào)水工程中的鋼管（包含涂塑、3PE 管道）、PCCP 管只要涉及到腐蝕性環(huán)境，基本都要求進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)置，同時(shí)也緊跟信息化、智能化發(fā)展要求在工程中逐步開(kāi)展管道監(jiān)測(cè)工作，其中包含陰極保護(hù)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作，但目前離智能化運(yùn)行管控還有一定差距，大力開(kāi)展陰極保護(hù)新技術(shù)應(yīng)用及運(yùn)維管理，同時(shí)利用新疆得天獨(dú)厚的光熱資源開(kāi)展環(huán)保設(shè)備研發(fā)，是今后新疆長(zhǎng)距離輸水管道工程陰極保護(hù)的研究方向之一。

圖7 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的陰極保護(hù)應(yīng)用前景Fig.7 Application prospect of CATHODIC protection combined with Internet of things technology