阴极保护法在户主水库供水管道中的应用

李成龙

（滕州市户主水库管理所，山东滕州277533）



阴极保护法在户主水库供水管道中的应用

李成龙

（滕州市户主水库管理所，山东滕州277533）

【摘要】分析了滕州市户主水库供水管道漏水的原因，对几种保护方案进行了比较，综合考虑选定牺牲阳极的阴极保护法，并介绍了施工中注意事项。

【关键词】滕州市；户主水库；供水管道；阴极保护法

户主水库位于滕州市城区东北17 km，东郭镇境内，控制流域面积44 km2，总库容2 026万m3，兴利库容1 110万m3，是一座以防洪为主、灌溉、工业供水综合利用的国家防洪重点中型水库，滕州市重要的水源地之一。

该水库有两期向华电滕州新源热电有限公司供水的工程，一期供水管线工程，由滕州市水务局组织投资建设，2003-03投入使用，管线工程连通户主水库、马河水库向滕州新源电厂供水，设计使用年限30年，日供水能力2万m3，实际供水0.5万m3。工程铺设φ300管道户主支线5.5 km，连通马河水库φ400管道马河支线1.6 km，并通φ500主管道20 km，主要工程有输水管道27.1 km，其中采用玻璃钢管材质管道17.1 km，过桥、过河、过城区建设、建筑物联通等采用抗外压材质螺旋材质管道10 km。二期供水工程由华电滕州新源热电有限公司投资建设，2005-09建成通水，设计使用年限30年，日供水能力1万m3，实际供水0.5万m3。工程管网总长度28 km，全部采用直径500 mm螺旋钢管。受滕州市水务局和华电滕州新源热电有限公司委托，滕州市户主水库管理所负责两期供水工程巡查、维修和保养等工作。

1　漏水原因分析

经过10余年运行，两期供水工程发挥了巨大的社会和经济效益，期间出现过数次供水管道漏水抢修事故。经过分析，事故原因总结如下：其中玻璃钢管段大部分为受工程施工影响、重载车辆碾压、管道沉陷受力不均等外力作用影响产生；钢管段数次漏水事故均出现在高压线杆附近、大型建筑物附近及土壤潮湿污水沟附近。

受外力影响而破损的玻璃钢管，没有好的方法预防和弥补，只有加强巡视和做好警示标志等措施。对于钢管的漏水原因，可归纳为钢管局部锈蚀严重导致，主要原因为受土壤中酸性离子的氧化反应和受地层内复杂电磁场、电流影响的缘故。针对这两种情况，均可采用牺牲阳极的阴极保护法，采用化学性质更为活泼的金属和钢管连接在一起，利用活泼金属如镁、铝、锌等的电子补充钢管材料中的电子损失，达到阻止钢材锈蚀的目的，延长供水钢管的使用寿命。

2　保护方案优选

常用的阴极保护方法有：强制电流保护法、牺牲阳极保护法、极性排流法和强制排流法，各种方法优缺点分析总结如表1。

根据两期工程特点，钢管基本位于城区段地下，周围建筑物多，埋深约2 m。管线距水库管理所较远，不具备外部电源条件，故选用牺牲阳极的阴极保护法。

土壤中牺牲阳极材料有镁及镁合金，锌及锌合金，在土壤中一般不使用铝合金牺牲阳极。应用时电阻率小于15 Ω时选用锌阳极；电阻率小于100 Ω时可选用镁块阳极；特别需要时可采用带状镁阳极。经综合分析，结合市场行情，本管道采用镁阳极作为牺牲阳极。

表1　几种阴极保护法优缺点比较

由于管道中钢管已运行近10年，部分腐蚀严重，本保护方案为补救措施，结合厂家建议，选用22 kg规格镁块，预计使用寿命20年。镁块在出厂时，考虑管道周围土壤电阻率不均等因素，预设50 kg填料包，主要成分为膨润土。应用时，吸水后形成良好、均匀的导电材料，以便形成电位差。镁块和钢管间用铜芯导线连接，方便电流自由流动。导线外围要求绝缘，焊接后涂刷防腐漆，防止外界电流干扰。

在阴极保护设计时，要计算一个阴极保护站所能保护的最大管道距离。由于通电点（汇流点）的电位不能太低，所以，一般都限定汇流点断电电位不低于-1.20 V，保护末端断电电位-0.85 V。因此，可按下式计算一个阴极保护站能够保护的最大距离：

2L=（8ΔV/(πDJs×R)）1/2

R=Pt/（π×（D×1000-δ）×δ）

式中：L为管道一侧保护长度，m；ΔV为汇流点与最低保护电位之差，V；D为管道外径，m；Js为保护电流密度，mA/m2；R为管道电阻，Ω/m；δ为管道壁厚，mm；Pt为管材电阻率，Ωmm2/m。

经过计算，结合本工程实际受城区开挖场地限制，本方案采用间隔200 m设置阳极的距离，每处设2块阳极包。

综上，水库管理所已取3 km易出露点的管段做了牺牲阳极保护法实验，保护方案为：镁阳极两支为一组，埋设在管道两侧（若开挖不方便，也可以埋设在管道的一侧），阳极组间距200 m，总共设置16组（32支镁包阳极），阳极在管段上基本上均匀分布，若有障碍物，阳极在具体埋设时可以在5 m左右范围内移动。阳极埋设距离管道1.5 m，阳极填包料布袋距离地面不小于0.7 m。在阳极设置位置开挖阳极坑，阳极在就位后在阳极布袋上盖上一层薄土后，向坑内灌水，使阳极布袋内的填料饱和吸满水，然后再回填并夯实，恢复地坪。回填土中不应含有砖、石等杂物。

3　施工注意事项

阳极所带电缆焊接及焊点处理电缆焊接在管道正上方，欲焊接点破除原防腐层并除锈至光亮，采用铝热焊（也可以采用厂家提供的过度金属片的焊接方法，但是铝热焊不需要电源，为SY/ T0019-97推荐做法）直接将阳极电缆焊接于钢套管上，焊点用热熔胶和补伤片补伤。

在管线两端各设置一个测试桩，华电滕州新源热电有限公司北门约800 m处与铁路交叉增加测试桩。测试桩附近埋设一支长效硫酸铜参比电极，以测量管道的保护状态。测试线和管道焊接，焊点也用热熔胶和补伤片防腐，测试线和参比电极所带电缆引到测试桩连接到测试端。

4　结语

按照上述方案，水库管理所采取的牺牲阳极保护法实验3 km管段，1年中未发生一处螺旋钢管腐蚀露点事故。该实验消耗32支镁包阳极，开挖16处，施工总投资约5万元。而未保护前，每年该管段出现钢管腐蚀漏水事故7～8次，由于该管段位于在城区，每次处理漏水事故，需停水处理，加之水淹补偿等每次处理均需万元左右。故本保护方案效益已非常明显。

（责任编辑崔春梅）

作者简介：李成龙（1980—），男，工程师

收稿日期：2015-04-23

【中图分类号】TV674

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2016）-01-0026-02