1、新华大道 DN2000 埋地钢质供水管道阴极保护实例摘要：随着城市建设的逐步拓展，供水管道的建设日益增多，钢质管道具有强度大、耐压高、安装方便、适用范围广等优点，被广泛应用于供水管道建设。为确保管道安全和使用寿命，钢制管道埋地敷设所引起的管道腐蚀问题必须在管道建设中给予重视。近年来，管道阴极保护技术在工程建设中广泛应用，取得较好的效果。本文从阴极保护设计、施工和投入前准备、验收等方面介绍了埋地钢制供水管道实施阴极保护的实例，以供参考。 关键词：供水管道；阴极保护；强制电流；牺牲阳极 中图分类号：TK284.7 文献标识码：A 文章编号： 1 工程简介 随着惠州市城市发展和仲恺国家级高新技术产业
2、开发区建立，惠州市南部供水需求不断加大，为有效解决仲恺片区用水的紧张局势，保障南部经济持续稳定发展，根据惠州市惠城中心区给水专项规划（2008-2020） 中相关内容，2011 年底惠州市自来水总公司开始新建位于潼湖镇观洞水库西南侧的潼湖水厂首期工程（20 万 m3/d） ，同时为配合新华大道建设工程进度，于 2011 年 5 月启动潼湖水厂一期供水管道新华大道供水管道工程的建设。 新华大道供水管道主要服务范围为仲恺中心区，保障沿线工业、商业和生活用水，同时优化既有水厂和潼湖水厂的供水调配，在城市外环形成大型环形供水主管网，提高供水保障能力，确保供水安全。新华大道供水管道工程为 DN1200D
3、N2000mm 给水主管线，管道总长为 11.0Km，管材采用预应力混凝土管和钢管，其中 DN2000 段（5.9km）全线采用钢管焊接施工，工程总投资近 1 亿元。按照埋地钢制管道阴极保护技术规范 （GB/T 21448-2008)中“新建管道应采用防腐层加阴极保护的联合防护措施或其他业已证明有效的腐蚀控制技术” “阴极保护工程应与主体工程同时勘察、设计、施工和投运”等相关规定，新华大道供水管道工程 DN2000 段除管道外壁采用绝缘覆盖层防腐以外，对局部管段施加阴极保护作为外防腐的辅助保护。 2 采用阴极保护系统的必要性 新华大道供水管道作为潼湖水厂供水大动脉和应急供水主要通道，安全系数要
4、求较高。新华大道供水管道属于长距离钢质输水管道，采用埋地方式敷设，穿越地形、地段复杂，土壤性质各异，由于其长期埋设于地下，长期受到外部土壤和内部介质的强烈腐蚀，可能会发生泄漏、爆管等事故，导致管道设备非计划性检修、更换和停产，特别是敷设于市政道路下，事故还可能导致交通堵塞，冲刷路基，造成巨大的经济损失和社会不良影响。虽然管道自身采用了防腐工艺，但管道防腐层在生产、运输、施工中无法保证不受损坏，也不能将管道与腐蚀环境、介质完全隔离，而且用于防腐绝缘层的各种材料都不同程度地具备吸水和透气性，埋地后在土壤溶液的作用下，管道防护层可能会出现老化、发脆、剥离、脱落，因此，单纯地对埋地钢管采用防腐涂层的防
5、护办法不能有效解决埋地管道腐蚀问题，应采用在管道外防腐绝缘层与阴极保护的双保护状态下保障管道长期安全运行。 3 阴极保护系统设计 3.1 阴极保护的原理 所谓阴极保护是通过降低管道的腐蚀电位而使管道得到保护的电化学保护，其实质是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，使金属原子不容易失去电子而变成离子溶入电解质的过程。 3.2 阴极保护方法的选择 1824 年英国人汉费雷.戴维发现用锌保护木舰艇铜包皮的方法，开创了阴极保护的先河。1928 年科恩在新奥尔良的输气管道上首先安装了为阴极保护提供直流电流的整流器。如今，阴极保护技术不断发展，日趋成熟，
6、广泛应用到各类管道的防腐工程中。通常管道阴极保护可分别采用牺牲阳极法、强制电流法或两种方法的结合。它们在安装施工和运行管理上的要求截然不同，各有优劣。牺牲阳极法不需要交流电源，它采用金属（如：镁、锌、铝）制成阳极，直接与管道相连，用金属阳极自身的电流去保护管道，因此它的电流很微弱，施工中要将阳极埋设在管道两侧，根据需要确定阳极组间距及支数。强制电流法多用在长距离大口径管道上，它需要交流电源，采用恒电位仪为管道输入低压直流电流，使管道完成阴极极化。 新华大道供水管道确定需施加阴极保护的管段为道路桩号K6+090K11+980,全长约 5890m，管径为 DN2000，壁厚 18?，由于管段较长，
7、管径较大，所需保护电流较大，故采用强制电流阴极保护，并辅助牺牲阳极法。 3.3 阴极保护设计方案 3.3.1 设计工艺参数选取 （1）自然电位：0.55V （2）最小保护电位：0.85V （3）最大保护电位：1.25V （4）覆盖层电阻：5000.m （5）钢管电阻率：0.135mm2/m； （6）保护电流密度：带覆盖层 0.5mA/?,不带覆盖层 10mA/?。 3.3.2 辅助阳极 因本工程土壤中硫酸根离子较高，故采用含铬高铸铁阳极，外包焦炭粒填充料，阳极体为圆柱形。经计算，强制电流阴极保护所需保护电流大小为 18.7A,所需辅助阳极为 30 支 YGT-43002000 含铬高铸铁阳极，
8、含碳量85%，最大粒径15?，填充料厚度 100?，阳极采用水平式浅埋，填充料顶部距离地面 2.5m，寿命20 年。 按所需的阳极分成 3 组，每组 10 支，每支阳极间距 1500?形成阳极地床，地床与被保护管道的距离为 50m，每支阳极引出线按阳极组接入加压泵房围墙内对应的接线箱。 3.3.3 电源设备 强制电流阴极保护电源设备选用 2 台 DJH-300A/40V 可控硅恒电位仪，一用一备，自动切换。恒电位仪输入电压为 AC380V/50Hz，输出电流/电压为 050A/075V。电源设备安装在潼湖水厂变配电中心的低压配电闸内，恒电位仪的电源由变配电中心的低压配电系统两路 40A 回路引
9、出。电源设备主要性能指标如下：给定电位：-0.50-3.00V；电位控制精度：10mV；输入阻抗：1M；绝缘电阻：2M;抗交流干扰能力：12V；耐电压：1500V；满载纹波系数：8%。 3.3.4 测试桩 整个输水管线每隔一公里设一个测试桩。测试桩均安装在位于流向右侧距管道中心线 1.5m 处，采用水泥测试桩，不同功能测试桩如在同一位置可合并为一个测试桩，可与里程桩共用。其设置如下：电位测试桩：汇流点及每公里处设一支；电流测试桩：每 6 km 处设一支；套管电位测试桩：每一套管处设一支；绝缘接头测试桩：每一绝缘连接处设一支。 3.3.5 电绝缘 为了避免保护电流流入管线的中部站场或端部站场，必
10、须装设绝缘接头，为不使电流断开，还应在接头两侧用电缆跨接；在强制电流阴极保护的起点与终点处均安装埋地整体绝缘接头；架空管必须与支撑的墩台、管柱、固定墩、支座、管卡或混凝土中的钢筋等电绝缘；在被保护管段上如遇阀门、伸缩器等非焊接管道接头应增设跨接电缆。 3.3.6 电缆敷设 所有连接电缆均采用直埋敷设，外露电缆和穿墙电缆穿管敷设，型号为 VV32-0.6/kV。电缆与管道的连接采用铝热焊，焊接处裸露的管壁及导线，必须采用与管道覆盖层相适应的材料防腐绝缘。 4 阴极保护施工 4.1 施工前准备 埋地钢质管道强制电流法阴极保护系统是由直流电源、辅助阳极地床、阴极通电点、参比电极、输电电缆和信号线及测
11、试桩等六部分组成，在阴极保护系统安装前，首先需要进行现场勘察定位，包括阳极地床埋设位置、通电点安装位置、电缆及信号线的走向、敷设及测试桩的定位。勘察定位应按照设计的要求及有关技术规范的规定进行，并结合现场的实际情况确定。 对进场阳极、填料包材料检查“三证” ，确定其种类和重量是否与设计图纸一致，对阳极材料按 1进行取样复试，填料包是否用水浸透；检查与阳极连接电缆是否牢固，电缆长度是否合适，电缆与管道焊接处防腐绝缘是否达到要求，应不低于管道自身防腐等级；检查阳极开路电位是否符合规范要求；检查测试桩内线缆连接是否牢固，标识是否准确、清晰等。 4.2 阳极地床的安装 本工程采用辅助阳极分成 3 组，
12、每组 10 支，每支阳极间距 1500?形成 43.5m（长）3.0m（宽）2.5m（深）的阳极地床。阳极地床的安装要注意安装位置的选择，应选择：地下水位最高或潮湿低洼处；土壤电阻率为 50m 以下土层厚、无石块的地段；对邻近的地下金属构筑物干扰水，且阳极位置与被保护管道之间不宜有其他金属构筑物；辅助阳极地床位置与管道的垂直距离为 100m 左右。阳极的埋设点必须做永久性标志，永久性标志可以包括周围建筑物。 4.3 恒电位仪的安装 将管道上的阴极汇流点通电点接入仪器的阴极端子，同时将埋设在管道附近的阳极组接入阳极端子，将汇流点旁的参比电极接入参比端子。 4.4 电缆与管道焊接 阳极连接管道的电
13、缆颜色应与其他电缆颜色区分开，以便辨认检测。电缆与管道连接点焊接质量直接影响阴极保护效果，应注意该通电点的安装。可采用气焊，焊接位置不应在弯头上或管道焊缝两侧 200mm 范围内。首先将加强极焊接到管道上，把电缆铜线插入焊牢，同时将铜管焊在加强板上，最后用管道的防腐涂层封住铜管，电缆经埋地接入恒电位仪的输入端。 5 阴极保护系统投入前的准备和验收 5.1 投入前对被保护管道的检查 为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘法兰的绝缘性能是否正常，管道沿线布置的设施，如：阀门均应与土壤有良好的绝缘；管道与固定支墩、穿越套管处也应有正确有
14、效的绝缘处理措施。阳极位置与被保护管道之间不应有其他金属构筑物。管道表面防腐层应无漏敷点，所有施工期间引起的缺陷和损伤，均应在施工验收时修补完好。对被保护管道还应具有连续的导电性能。 5.2 对阴极保护施工质量的验收 对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合电气设备安装规程的要求，各种接地设施是否完成，阴极保护的选材、施工等是否符合设计图纸要求。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接应严格符合规范要求，尤其是阳极引线接正极，管道汇流点接负极，严禁电极接反。施工验收按长输管道阴极保护工程施工及验收规范（SYJ4000690） （试行）执行，在保护系统投入运行前应按国家现行标准埋地钢制管
15、道阴极保护参数测试方法 （GB/T212462007）进行一次系统测试，以确保系统安全运行。 6 结语 目前，给水管道的输送许多依靠长距离埋地钢管来实现，长距离埋地钢管的防腐直接关系到管道寿命和供水安全，阴极保护技术应在管道工程建设中给予极大地重视，同时也可应用于旧管线的改造和延寿。 参考文献： 1GB/T 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范，中国标准出版社，2008. 2田玉林，埋地管道阴极保护的施工与管理，硫磷设计与粉体工程，2005 年第 2 期. 3王文，管道阴极保护技术的进展，石油工程建设，2002 年 2 月第28 卷第 1 期. 4王亚平，康志刚，孙权，高鹏，李志，张艳，埋地钢质燃气管道牺牲阳极阴极保护设计，煤气与热力，2008 年 1 月第 28 卷第 1 期.
