PCCP管道陰極保護(hù)方案的選擇與設(shè)計(jì)

邢士波 ，蘇 霄 ，王相民 ，李 麗 ，楊體紹 ，霍文靜

（1.山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255000；2.河北工程大學(xué)裝備制造學(xué)院，河北 邯鄲 056038；3.河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院,河北 邯鄲 056038；4.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院，北京 100083；5.河南華安煤業(yè)有限公司，河南 安陽(yáng) 455000）

在我國(guó)，對(duì)于PCCP管道陰極的保護(hù)，已經(jīng)有專門的規(guī)定制定了明確的標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)管道陰極保護(hù)的最大效果。其主要內(nèi)容如下[1]：

施加陰極保護(hù)后銅/硫酸銅與電極之間的差值最大不能超過(guò)-850mV，并且在電位的測(cè)量過(guò)程中一定要將IR降這一制約因素參考進(jìn)來(lái)。通過(guò)斷電的方式對(duì)管道電位進(jìn)行測(cè)量，得到的電位值和電極之間的差值最大不能超過(guò)-850mV。在陰極保護(hù)極化形成或衰減時(shí)，測(cè)得的被保護(hù)管道表面與接觸土壤的、穩(wěn)定的CSE參比電極之間的陰極極化電位值應(yīng)不小于100mV。在周邊環(huán)境有細(xì)菌，容易侵蝕管道的情況下，接通電源之后所測(cè)得的電位值應(yīng)負(fù)于或等于-950mV（相對(duì)于CSE參比電極）。在沙漠地區(qū)，管道通電保護(hù)電位值應(yīng)負(fù)于或等于-750mV（相對(duì)于CSE參比電極）。

2 PCCP管道陰極保護(hù)主要措施

在進(jìn)行PCCP管道陰極保護(hù)的過(guò)程中，一般會(huì)選擇采取犧牲陽(yáng)極的方法，或者是外加電流的方法。

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有對(duì)規(guī)模較小的項(xiàng)目一次投資費(fèi)用較低；保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)；對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無(wú)干擾影響，適用于需要局部管道保護(hù)的場(chǎng)合；無(wú)需外部電源；施工簡(jiǎn)單，平時(shí)不需要特殊專業(yè)維護(hù)管理。它的不足是保護(hù)工作受土壤電阻率的限制并且陽(yáng)極消耗大，需要定期更換。

外加電流法陰極保護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要是能夠不被周邊介質(zhì)的電阻率限制；輸出電流和電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)；壽命長(zhǎng)，工程越大成本越低。外加電流法陰極保護(hù)技術(shù)的缺點(diǎn)在于對(duì)鄰近金屬結(jié)構(gòu)物可能產(chǎn)生雜散電流干擾腐蝕以及可能會(huì)由于供電電源的故障導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)停運(yùn)。

3 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)方案的實(shí)施

3.1 設(shè)計(jì)的要求

PCCP和鋼管的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)壽命為25a，在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)PCCP的極化電位差應(yīng)不小于100mV；設(shè)計(jì)確定采用的保護(hù)電位準(zhǔn)則陰極極化電位差值最小為100mV。電位區(qū)間的下限應(yīng)設(shè)在-1.00mV（CSE）處[2]。

3.2 保護(hù)電流與陽(yáng)極用量計(jì)算

參照有關(guān)的文件規(guī)定，以及管道自身結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的特點(diǎn)，在犧牲陽(yáng)極保護(hù)的實(shí)施中一般是PCCP保護(hù)電流密度*需要保護(hù)的面積=所需的保護(hù)電流。計(jì)算陽(yáng)極用量公式如下[3]：

式中：M為犧牲陽(yáng)極用量，kg；I為保護(hù)電流，A；T為有效保護(hù)年限，a；η為陽(yáng)極消耗率，kg（A/a）-1=7.96/kg/（A/a）-1；W為保護(hù)電流平均系數(shù)W=0.7～0.8；1/K為犧牲陽(yáng)極有效利用率，1/K=0.80～0.85；2～3為SY/T 0019-1999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的富裕量系數(shù)。

3.3 陽(yáng)極的配置

為了確保保護(hù)電流在管道每一節(jié)的穩(wěn)定平均，同時(shí)因?yàn)橹苓叚h(huán)境存在腐蝕性并電阻較大，所以選擇在配置陽(yáng)極時(shí)堅(jiān)持管線內(nèi)外側(cè)均勻分布的原理，確保陽(yáng)極保護(hù)范圍涉及到管道的各個(gè)部分，并且各個(gè)陽(yáng)極保護(hù)的直徑為5m。

4 陰極保護(hù)的施工

4.1 陽(yáng)極安裝前準(zhǔn)備

陽(yáng)極保護(hù)辦法施工之前，要進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作，首先要注意清潔檢驗(yàn)工作，確保陽(yáng)極表面不會(huì)附著油性物質(zhì)以及被氧化的物質(zhì)。因?yàn)榧偃绫韺痈街托晕镔|(zhì)以及被氧化物質(zhì)情況下，陽(yáng)極的性能會(huì)受到制約，無(wú)法達(dá)到較高的工作效率，因此要做好油性物質(zhì)以及氧化物質(zhì)的檢驗(yàn)清理工作。因?yàn)楣艿来嬖谟诘叵颅h(huán)境，周邊物質(zhì)電阻較大，所以陽(yáng)極要配以充分的填充物料，并把填充物料與陽(yáng)極一起放進(jìn)布質(zhì)的包裝內(nèi)，這里需要注意的陽(yáng)極一定要放在包的正中間位置，同時(shí)把填充物料僅僅的圍繞在其周圍，避免出現(xiàn)過(guò)度偏移的情況。

4.2 陽(yáng)極安裝的施工程序

采取犧牲陽(yáng)極這一措施來(lái)進(jìn)行陰極保護(hù)的時(shí)候，整個(gè)施工過(guò)程包括：袋裝陽(yáng)極制作→陽(yáng)極床定位→陽(yáng)極床開(kāi)挖→陽(yáng)極埋設(shè)→陽(yáng)極澆水浸透飽和及各參數(shù)測(cè)試→陽(yáng)極通電點(diǎn)處理及焊接→通電點(diǎn)導(dǎo)通測(cè)試→通電點(diǎn)補(bǔ)防腐→陽(yáng)極回填→標(biāo)記記錄。

4.3 陽(yáng)極與管道的電連接施工

按照相關(guān)的規(guī)定，需要注重陽(yáng)極和管道之間的電連接工作，必須維持電連接的不間斷，從而實(shí)現(xiàn)管道中預(yù)應(yīng)力鋼絲與鋼筒這兩個(gè)部分之間電流的穩(wěn)定性，并且還要在管道全部小節(jié)之間做好電連接工作，以及在PCCP管道保護(hù)段進(jìn)行全部電連接。

4.4 陰極保護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)安裝

犧牲陽(yáng)極保護(hù)參數(shù)投產(chǎn)測(cè)試，必須是在陽(yáng)極埋入地下及填包料澆水10d后進(jìn)行；犧牲陽(yáng)極投入運(yùn)行后應(yīng)進(jìn)行下一測(cè)試工作的開(kāi)展。

注意：在選擇采取犧牲陽(yáng)極這種保護(hù)方法之后，要在其保護(hù)工作的開(kāi)展過(guò)程中，加強(qiáng)后期的維護(hù)，維護(hù)工作1a不得少于兩次。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外的理論及實(shí)踐告訴我們，陰極保護(hù)是埋地PCCP管道行之有效的防腐技術(shù)。PCCP在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，其陰極保護(hù)方法實(shí)施的成功與否，主要取決于陰極保護(hù)方案的選擇與設(shè)計(jì)。本文主要針對(duì)PCCP管道陰極保護(hù)方案選擇與設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步的分析，希望對(duì)以后PCCP管道的防腐工程的方案設(shè)計(jì)及實(shí)施提供理論支持。

[1]胡士信.陰極保護(hù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，199:9419-449.

[2]洪定海，范衛(wèi)國(guó)，羅德寬，等.海工混凝土上部結(jié)構(gòu)外加電流陰極保護(hù)技術(shù)的初步研究[J].腐蝕與防護(hù)，1990，11（5）：257-261.