供水PCCP管道牺牲阳极法施工及检测技术

尤子睿

（新疆昌源水务科学研究院（有限公司），乌鲁木齐 830000）

供水PCCP管道牺牲阳极法施工及检测技术

尤子睿

（新疆昌源水务科学研究院（有限公司），乌鲁木齐 830000）

新疆东延供水工程标段地下水位较浅，且地下水具有强腐蚀性，对PCCP管道中钢筒和预应力钢筋造成腐蚀破坏。通过对阴极保护准则和保护方案探讨，并对PCCP管道阳极安装与施工注意事项和阴极保护检测技术进行分析，以期对类似工程设计施工有所借鉴。

PCCP管道；阴极保护；施工控制；检测技术

1 工程概况

新疆“500”东延供水工程是解决准东煤电化工业园区生产、生活用水的一项长距离管道输水工程，全长约30km。施工标段管线桩号68+177～80+136，全长11.958km。该段地下水位埋深较浅，为0.6～1.8m，且地下水水化学类型型水，水、土层中硫酸根离子和镁离子含量高 （含量12007.5mg/L，Mg2+离子含量8140.0mg/L），对普通水泥和抗硫酸盐水泥的混凝土结构具有强腐蚀性。为减小供水工程所用PCCP管道中钢筒和预应力钢筋的腐蚀破坏，延长PCCP管道的使用寿命，设计增加管道阴极保护的内容，采用牺牲阳极保护法。

2 PCCP管道阴极保护系统设计

2.1 阴极保护准则

PCCP管道阴极保护技术标准主要包括两方面，一是极化电位差超过100mV，管道内所有嵌入金属结构与外界腐蚀电位差超过100mV，才能够有效保护PCCP管内部预应力钢丝及其他金属嵌入体；二是所允许的最小负电位不应负于1000mV，其中主要为CSE和消除IR之后的电位，这主要是反映管道内部预应力钢丝是否产生析氢现象，以免钢丝结构发生过度析氢反应而产生氢脆［1-3］。同时，阴极保护系统设计服务年限在25年以上，电流密度1mA/m2。

2.2 阴极保护方案

阴极保护方案一般有两种形式，即牺牲阳极保护法和强制电流法，两种方法都有自己优缺点。东延供水工程采用管道材料主要为混凝土构筑物，且管径较大，电阻率大，电流分布不规则。参照南水北调PCCP管道阴极保护方案，采用平行于管道在四周布设4条带状锌阳极保护方案。管道钢制构建连接部位采用棒状镁阳极保护，如分水口、排气阀井等。相较于强制电流保护法，牺牲阳极保护的好处在于不会对保护系统造成过负的电位，预应力钢丝出现氢脆的几率也较小；同时，不需要提供外部电源，管理维护任务轻，几乎不会对土壤电阻率产生影响［4］。

3 PCCP管道阳极安装与施工

3.1 施工准备

牺牲阳极在组装之前，应做好阳极表面的清洁工作，不能有无和氧化物，以免影响阳极的工作性能。同时，准备足够的填充料，其作用是通过改善阳极工作环境，进一步提升阳极的工作性能。

3.2 阳极安装

3.2.1 带状锌阳极安装

根据土壤电阻率的不同，带状锌阳极的规格也有所差异。当土壤电阻率不超过100Ω·m时，带状锌阳极均采用15.8mm×22.2mm；当土壤电阻率超过100Ω·m，底部和顶部带状锌阳极规格分别采用15.8mm×22.2mm，12.7mm×14.2mm。 带状锌阳极一般与管道同步进行安装，管沟开挖结束后，先进行底部带状锌阳极的安装，阳极周围土壤填充特定成分的化学材料，填充材料尺寸应复合设计规范。填充材料上部覆盖上一定厚度的土壤，起保护作用。管道下沟后且回填土层达到施工要求后，安装管道顶部带状锌阳极。带状锌阳极应放置在挖设的阳极沟之中，阳极沟尺寸宽×深为200mm×100mm，其周围同样填充特定成分的化学材料。在特定的条件下，阳极周围填充的化学材料可提前进行浸泡处理，这样更能够充分发挥阳极的作用。在回填阳极床时，应对回填材料质量进行控制，一般需回填细土，禁止填充砂石、塑料等杂书。阳极第纳兰与带状锌阳极的连接推荐采用铝热焊接的方式，这种连接方式更为稳固，焊接位置采取专用防护套进行保护，密封前还需要对电阻情况进行测试，确保线路的畅通［5-6］。

3.2.2 棒状镁阳极安装

棒状镁阳极安装在阳极安装井，但应注意棒状镁阳极应超过管道底部一定距离，一般为300mm，具体可视情况进行调整。安装棒状镁阳极时应确保阳极处于垂直状态，同样填充一定成分的化学材料，阳极底部与顶部的填充厚度分别为300，200mm，阳极周围填充料应提前用水浸泡。管道施工完毕之后，还需要对阳极井进行再次浸泡，浸泡时间不少于24h，以确保阳极电流的充分分散。

3.3 管间电连接

为确保阴极保护系统电流的电连续性，需要将预应力钢丝与钢筒、PCCP管与管之间进行电连续性跨接，电连续性跨接可采用铜芯电缆。跨接电缆连接处应做好相关处理工作，如铝热焊接质量控制、焊点周围焊渣处理、密封防腐处理等。为提高牺牲阳极的实用性，将一定距离（100m）管道进行电连续性跨接，并视为一个保护单元，各保护单元之间不需要电连续性跨接。同时为避免在排气阀井等外部钢制管件处终端保护电流的连续性，在钢制管件两端也需要进行电连续性跨接。

3.4 其他措施

除上述安装施工内容之外，还需要将阳极与管道进行电连接，连接方式为阳极电缆预制钢连接板与管道承口预留钢连接板进行焊接处理，焊点处做好保护与防腐措施。同时，还应做好电绝缘措施，尤其是在管道首末段、分支等关键位置，可在相邻承插口钢环内外涂抹熔结环氧粉末覆盖层。

4 阴极保护效果检测

阴极保护效果检验存在两个主要难题，一是PCCP管道主要为混凝土结构，会造成阴极保护电位测试中IR值下降幅度过大，进一步对检测数据的精确性造成影响；二是判断100mV的极化准则难度较大，需要首先掌握阴极的极化电位和自然腐蚀单位，但在管道阴极保护系统启动之后，外界土壤的腐蚀电位将会受到影响，难以获得自然腐蚀电位［7］。

结合南水北调工程以传统钢制管道测试探头为基础［8］，开发专用于PCCP管道阴极保护测试探头结构，如图1。

图1 PCCP管道阴极保护测试探头

该探头通过模拟实际PCCP管道情况，通过不同测试试样，参比得到自然腐蚀电位和阴极保护电位。为准确掌握设计阴极保护系统运行状况及管道状态，每隔一定距离设置测试探头和测试盒，工程采用间隔1km的排气阀井和排空阀作为测试站点。各测试站点均安装1个测试探头，安装位置一般设置在管道的正上方部位。

5 结语

阴极保护是一种有效解决PCCP管道腐蚀问题的措施，国内目前应用较少，相匹配的技术和装备也较缺乏。在借鉴南水北调PCCP工程基础上，将其运用到供水工程中，取得了良好的应用效果，可为类似工程施工提供参考。

［1］赵明宇.输水工程阴极保护设备安装施工技术分析［J］.水利规划与设计，2015（3）：74-76.

［2］朱雅仙，蔡伟成，吴烨，等.PCCP高强钢丝阴极保护准则的试验研究［J］.水利水运工程学报，2010（2）：34-38.

［3］王东黎，杨进新，杜艳霞，等.南水北调中线工程PCCP阴极保护测试探头研究 ［J］.水利水电技术，2009，40 （7）：76-79.

［4］郭永峰，杨进新，王东黎.南水北调中线工程PCCP管道阴极保护防腐技术探讨 ［J］.特种结构，2009，26 （2）：109-113.

［5］王洪现.PCCP在万家寨引黄工程中的应用［J］.水利水电施工，2008（4）：48-50.

［6］胡士信，王东黎，张本革，等.预应力钢筒混凝土管阴极保护技术应用介绍［J］.南水北调与水利科技，2008（1）：303-307.

［7］关梦林，刘维利.牺牲阳极阴极保护工程质量控制方法及措施［J］.中国港湾建设，2006（2）：65-66.

［8］郭永峰，杜艳霞.牺牲阳极法施工及检测技术在PCCP管道工程的应用［J］.水利水电技术，2009，40（5）：44-46.

Analysis of construction and detection technology of sacrificial anode for water supply PCCP pipeline

YOU Zi-rui
（Xinjiang Changyuan Water Research Institute（Co.， Ltd.）， Urumchi 830000，China）

The groundwater level of Xinjiang East extension water supply project is shallow， and the groundwater is strong corrosive，which will cause corrosion damage to the steel tube and prestressed steel bar in the PCCP pipeline.Through the discussion of cathodic protection standards and protection scheme，the installation and construction of PCCP pipeline anode and the matters needing attention in cathodic protection and cathodic protection detection technology are analyzed，so as to provide reference for similar engineering design and construction.

PCCP pipeline； cathodic protection； construction control； detection technology

TV5 文献标识码：B 文章编号：1672-9900（2017）06-0051-03

2017-10-17

尤子睿（1985-），女（汉族），河南新蔡人，工程师，主要从事水利水电方向研究，（Tel）13669904611。

王艳肖）