浅析阳极材料对PCCP管道阴极保护效果的影响研究

(辽宁省水利厅，辽宁 沈阳 110000)

浅析阳极材料对PCCP管道阴极保护效果的影响研究

韩成

(辽宁省水利厅，辽宁 沈阳 110000)

预应力钢筒混凝土管(PCCP)输水管线采用阴极保护系统，防止管道钢芯锈蚀破坏。本文选取在建的PCCP管道输水工程为试验段进行实地测试。依据阴极保护原理，分析测试结果，在不同阳极材料条件下，对PCCP管道的阴极保护效果进行研究。

阴极保护；极化电位；预应力钢筒混凝土管

预应力钢筒混凝土(PCCP)管具有结构坚固、性能稳定、承受内外压力强、抗渗性好、抗震性强、施工方便、维修保养简单经济等优点。目前，国内外在PCCP供水管道工程广泛采用牺牲阳极的阴极保护技术。本文以辽宁省在建供水工程PCCP管道阴极保护系统安装为研究对象，通过PCCP管线试验段，研究牺牲阳极的阴极保护中不同阳极材料保护效果的差异。

1 研究内容及方法

1.1 研究内容

牺牲阳极的PCCP管道阴极保护系统研究包括：在同一个土壤介质中，采用同一个安装方法，除阳极的材料不相同以外，其他边界条件尽量相同，对合金阳极块和镁合金阳极块材料的阴极保护效果进行分析研究，通过试验对比，数据分析。参比安全性、可靠性、适用性、经济性等多项指标，对两种不同阳极材料评价，得出两种阳极材料对PCCP管道保护的差异。

1.2 研究方法

利用牺牲阳极的阴极保护理论，分析PCCP管道工程中遇到的问题，通过工程试验来验证理论分析结果。选择不同的土壤介质进行阴极保护安装，分析不同方案的安装效果，并采用不同的方法进行观测对比，得出两种不同阳极材料对PCCP管道阴极保护效果的影响。

2 试验设计及方法

2.1 试验区域基本概况

试验于2016年5—8月期间进行，试验地点主要在北票市境内， PCCP管道供水工程施工现场。该标段PCCP管道采用双管同槽，管道内径为3.8m，管线长约23.5km，具有管道口径大、工作压力高、地质条件复杂等特点。对PCCP管采用牺牲阳极的阴极保护法，阳极材料为锌合金，设计寿命服务期为25年。

PCCP管道的阴极保护阳极埋设位置为管道最外侧与管道腰线处，沿管体方向的布置位置为1.50m，距管体水平距离为1.50m，垂直高度为1.90m；两个管道中间的阳极块埋设于基础地面以下阳极坑内。图1为管道阴极保护埋设示意图，图2为阴极保护阳极埋设剖面图。

2.2 试验设计

测试内容：在两种不同阳极材料(锌合金阳极、镁合金阳极)中PCCP管道的阴极保护数据。

图1 PCCP阴极保护阳极埋设示意图(单位：mm)

图2 阴极保护阳极埋设剖面图(单位：mm)

试验选择的阳极类型为锌合金阳极、镁合金阳极，按照阳极类型分布，所对应的两个测试段桩号编号为ⓐD053+541～D053+737；ⓑD060+940～D062+673。

2.3 试验测定的项目

根据国家标准《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》(GB/T 28725—2012)，《牺牲阳极电化学性能试验方法》(GB/T 1748—1999)，试验检测项目见表1。

表1 试验检测项目

3 结果与分析

判断试验结果，依据国家强制性标准《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》(GB/T 28725—2012)的相关规定要求，判定分析所测得的试验数据。经过数据整理，测试段的PCCP阴极保护系统安装全部合格，测试数据均有效。

3.1 锌合金阳极对阴极保护效果的影响

锌合金阳极①号测试段测试数据见表2。

表2 ①号测试段壤土试验期数据

3.2 镁合金阳极对阴极保护效果的影响

镁合金阳极②号测试段测试数据见表3。

表3 ②号测试段砂土试验期数据

3.3 数据分析

依据国家强制性标准《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》(GB/T 28725—2012)的相关规定要求，判定分析所测得的试验数据准确，符合规范要求。土壤电阻率是土壤的属性指标，极化电位是阴极保护效果的判断指标，从图3(三种土壤土壤电阻率与极化电位关系图)数据中可以得出，土壤电阻率与阳极发生电流、极化电位成负相关关系，即土壤电阻率与阴极保护效果呈负相关。由以上图表的数据中可以得出，在同一土壤介质中两种安装方法产生的极化电位、阳极发生电流指标差别不大，极化效果差异不明显，但在不同土壤介质中产生的极化效果差异较大。

图3 两种不同安装方法极化电位关系

由图3(两种不同安装方法极化电位关系)得出：在砂土和壤土中两种安装方法产生的保护效果差异性较小；粉质黏土的预拼装方法成功率较低，极化效果比现场拼装法效果差，建议粉质黏土采用现场拼装法安装PCCP阴极保护系统。

4 结 语

从试验结果来看，锌合金和镁合金的阳极块都完全达到了规范和相关技术标准的要求， PCCP管道阴极保护效果良好。在同一土壤介质条件下，同一区域、同一安装方法，尽量保持边界条件相同的两个测试单元中，镁合金阳极的阴极保护效果较好。

镁阳极的极化时间较快；镁合金和锌合金的材料保管、运输、安装焊接等方法相同，没有较大差别；在工程造价上，镁合金的造价比锌合金的造价高20%以上，所以在达到相同管道阴极保护效果的情况下，锌合金阳极性价比较高。

PCCP管道上安装阴极保护材料块时，在考虑工程效果、安全稳定性、经济性等条件下，锌合金阳极块比镁阳极块的性价比高。

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ResearchontheinfluenceofanodematerialonPCCPpipelinecathodicprotectioneffect

HAN Cheng

(LiaoningWaterConservancyDepartment,Shenyang110000,China)

The prestressed concrete cylinder pipe (PCCP) water conveyance pipe is equipped with a cathodic protection system, thereby preventing corrosion damage of the pipeline steel core. In the paper, PCCP pipeline water transmission project under construction is selected to carry out field test for the test section. The test results are analyzed according to the principle of cathodic protection. The PCCP pipeline cathodic protection effect is studied under the condition of different anode materials.

cathodic protection; polarization potential; PCCP

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.005

TV546

B

1005-4774(2017)011-0023-04