新华大道DN2000埋地钢质供水管道阴极保护实例

张敏

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DN1200—DN2000mm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，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+090～K11+980,全长约5890m，管径为DN2000，壁厚18㎜，由于管段较长，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：5000Ω.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-4Ф300×2000含铬高铸铁阳极，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0～50A/0～75V。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回路引出。电源设备主要性能指标如下：①给定电位：-0.50～-3.00V；②电位控制精度：≤±10mV；③输入阻抗：≥1MΩ；④绝缘电阻：＞2MΩ;⑤抗交流干扰能力：≥12V；⑥耐电压：≥1500V；⑦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：①电位测试桩：汇流点及每公里处设一支；②电流测试桩：每6 km处设一支；③套管电位测试桩：每一套管处设一支；④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