機(jī)場(chǎng)高速燃?xì)庵鞲晒苤袪奚枠O的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

摘要：犧牲陽極陰極保護(hù)因不需要外加電源，施工方便，無需經(jīng)常性維護(hù)管理，不干擾其他構(gòu)筑物等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于城市燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道中。本文介紹了機(jī)場(chǎng)高速燃?xì)庵鞲晒芗友b犧牲陽極陰極保護(hù)工程，分析了電化學(xué)腐蝕問題及原理，并從設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)詳細(xì)闡述了犧牲陽極陰極保護(hù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：腐蝕；犧牲陽極；燃?xì)庵鞲晒?；設(shè)計(jì)

一、前言

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)是城市燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施，負(fù)責(zé)千家萬戶的燃?xì)夤?yīng)輸配，是城市不可缺少的基本能源供應(yīng)，更是城市生存和發(fā)展的前提保障，因此燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行勢(shì)必與城市的健康發(fā)展息息相關(guān)。

《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》CJJ95-2003發(fā)布之后，埋地鋼管的腐蝕控制由防腐層防腐逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉栏瘜优c陰極保護(hù)結(jié)合的腐蝕控制。電化學(xué)腐蝕是目前埋地鋼質(zhì)管道區(qū)域性腐蝕的主要原因，在電化學(xué)反應(yīng)中，陽極的鋼管因失去電子而發(fā)生腐蝕。

陰極保護(hù)就是利用外加手段迫使電解質(zhì)中被保護(hù)金屬表面都成為陰極，以達(dá)到抑制腐蝕的目的[1]。陰極保護(hù)技術(shù)可分為犧牲陽極陰極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法。犧牲陽極陰極保護(hù)法因其安裝維護(hù)費(fèi)用低、干擾少、利用率高等優(yōu)點(diǎn)而在城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦毓芫W(wǎng)中廣泛使用。

二、機(jī)場(chǎng)高速燃?xì)庵鞲晒軤奚枠O的設(shè)計(jì)

（一）工程概況

本工程項(xiàng)目為南北走向DN400主干管，約17公里，路由大部分位于快速路的西側(cè)綠化帶處，并有部分過涌明管。管線于2002年建成并投用，全路段在設(shè)計(jì)施工時(shí)沒有安裝陰極保護(hù)。該路段因地勢(shì)地貌改變，施工防腐層破損，環(huán)境潮濕等原因出現(xiàn)部分腐蝕漏氣點(diǎn)，主要是放散管或凝水缸等防腐層相對(duì)薄弱的地方。

2012年對(duì)該全段管道進(jìn)行全面的防腐層評(píng)估，發(fā)現(xiàn)有部分一類破損點(diǎn)及二類破損點(diǎn)，主要是位于凝水缸位置和放散管位置防腐情況比較差，但整體防腐層評(píng)價(jià)為良。

（二）犧牲陽極的種類選擇

犧牲陽極是依靠陽極與被保護(hù)金屬管道之間產(chǎn)生電位差而產(chǎn)生電流來達(dá)到陽極犧牲、陰極極化的效果。因犧牲陽極陰極保護(hù)不需要外加電源，施工方便，不會(huì)對(duì)周圍構(gòu)建筑物造成干擾，使用后無需維護(hù)，造價(jià)低利用率高等優(yōu)點(diǎn)而在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中廣泛利用。目前常用的陽極材料有鎂與鎂合金、鋅、鋁合金三大類。鎂陽極適用于各種環(huán)境，尤其在土壤及淡水中性能最佳，其表面不容易極化，腐蝕產(chǎn)物比較容易脫落[2]。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)[3]，土壤電阻率ρ=60-100時(shí)推薦使用高電位純鎂系或鎂錳系陽極，ρ=15-60時(shí)推薦使用鎂鋁鋅錳系鎂陽極，ρ<15時(shí)推薦使用鎂鋁鋅錳系鎂陽極或鋅合金陽極。該工程段平均土壤電阻率為35.12Ω.米，因此選擇鎂鋁鋅錳合金陽極。

（三）犧牲陽極電流密度的選擇

影響陰極保護(hù)電流密度的因素主要有防腐層類別及質(zhì)量、環(huán)境條件、被保護(hù)金屬的種類等。不同類型因素的影響，犧牲陽極陰極保護(hù)電流密度的選擇差異比較大[4]。該工程防腐采用的是三層PE防腐，根據(jù)實(shí)踐得到的數(shù)據(jù)三層PE防腐的保護(hù)電流密度為0.1-0.2mA.m-2，考慮到該段管道已經(jīng)投用12年，防腐層已經(jīng)出現(xiàn)部分破損，埋地閥門的防腐性能較差等原因，選取保護(hù)電流密度為0.2mA.m-2。

（四）陽極包的安裝數(shù)量

犧牲陽極包的安裝數(shù)量可以直接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，考慮理論與實(shí)際的差異，管網(wǎng)已經(jīng)投用12年，備用系數(shù)選2.5，根據(jù)工程現(xiàn)狀，選擇陽極類型為14KG陽極，單支陽極保護(hù)電流通過土壤電阻率計(jì)算出為45.4 mA。

（五）犧牲陽極的設(shè)計(jì)使用壽命

犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到實(shí)際投用中的一些其他因素的消耗，因此應(yīng)保證犧牲陽極的使用壽命與受保護(hù)管道的壽命相同或稍長。本工程因?yàn)橐淹队?2年，但考慮采用的是防腐效果比較好的三層PE防腐，而且管道位于綠化帶內(nèi)，受其他干擾比較少，因此犧牲陽極的設(shè)計(jì)壽命考慮應(yīng)≥25年。

三、機(jī)場(chǎng)高速燃?xì)庵鞲晒軤奚枠O的施工

（一） 犧牲陽極的埋設(shè)

考慮本工程管道已投用12年，經(jīng)檢測(cè)存在較多的防腐層破損點(diǎn)，同時(shí)考慮到雜散電流的干擾，采取的是犧牲陽極床的設(shè)置。但是在實(shí)際的開挖施工中，因?yàn)殚_挖條件限制、管道埋深等原因，工作坑不能大面積開展，因此在部分區(qū)域?qū)嵤┌搓枠O包數(shù)量開挖工作坑，陽極包距離管道不少于1米，并用VV-1kV/1X10mm2銅芯電纜連接，通過去耦合器、測(cè)試樁與管道連接。

陽極包放入陽極坑后，對(duì)坑內(nèi)澆水，浸泡水位超過陽極包，并浸泡24小時(shí)以上，以便徹底浸沒陽極包。在開挖過程中發(fā)現(xiàn)有部分沙質(zhì)等電阻率高的土壤，該土壤不能直接回填，另取黑土或黃土等電阻率小的細(xì)土回填，嚴(yán)禁砂石、水泥塊、塑料等雜物回填。

（二）防腐層破損點(diǎn)的修復(fù)

2012年對(duì)該全段管道進(jìn)行全面的防腐層評(píng)估，發(fā)現(xiàn)有破損點(diǎn)，主要集中位于凝水缸位置和放散管位置防腐情況比較差，但整體防腐層評(píng)價(jià)為良。凝水缸缸體以上部分有鍍鋅管的防腐，因地貌改變埋入地下，在原電池中形成陽極被優(yōu)先腐蝕，因此也是造成多次多個(gè)凝水缸放散管腐蝕泄漏開挖的原因。本次加裝犧牲陽極后這類破損點(diǎn)位置如果不采取保護(hù)，將是電流的泄漏點(diǎn)，可能造成陽極消耗過快，也可能因電流過大而造成陽極極化失效，同時(shí)由于電流的泄漏使部分管道得不到有效的保護(hù)。

管道防腐層破損點(diǎn)檢測(cè)定位常用的間接檢測(cè)方法有管內(nèi)交流電流衰減發(fā)（PCM法）、直流電位梯度法（DCVG法）、皮爾遜法（Pearson法）。 該管道的檢測(cè)使用的是PCM法和皮爾遜法相結(jié)合，并主要對(duì)防腐層的一類破損點(diǎn)采取開挖修復(fù)措施，并對(duì)其他破損點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，定期維護(hù)修復(fù)。一類破損點(diǎn)：防腐層破損嚴(yán)重或破損面積較大，已經(jīng)失去防腐作用，相當(dāng)于管道裸露在土壤中。開挖修復(fù)主要的措施是廢除放散管，并做好管道的防腐，防腐材料為無溶劑液體環(huán)氧涂料。無溶劑環(huán)氧涂料主要以改性環(huán)氧樹脂作為主要成膜物，利用活性稀釋增韌劑實(shí)現(xiàn)無溶劑化。賦予涂層良好的粘結(jié)力，能起到良好的涂層屏蔽作業(yè)和防腐作用。

（三）犧牲陽極的其他輔助設(shè)施

雜散電流的干擾。陽極包與去耦合器連接，去耦合器能安全有效的控制管道上交流故障電流或雷電流對(duì)埋地管道的影響，能夠有效防止因雜散電流而發(fā)生的管道腐蝕，延長管道的使用壽命。同時(shí)，又能防止雜散電流在管道上匯集后對(duì)通信線路的干擾。

沒有絕緣體就沒有陰極保護(hù)。該主干管的支管段主要是PE管道，不會(huì)因?yàn)殡娏鞯男孤┒绊憼奚枠O的保護(hù)。該安裝陰極保護(hù)的主干管兩端閥門處，以及與另一主干管的連接閥門處都有絕緣接頭，經(jīng)過測(cè)試電絕緣性能良好，能有效保護(hù)犧牲陽極電流。

實(shí)踐證明，絕緣接頭處不宜安裝接地電池，因?yàn)辇嫶蟮慕拥鼐W(wǎng)會(huì)造成非保護(hù)側(cè)接地電池的快速消耗，而且容易漏失電流造成犧牲陽極的大量消耗，因此考慮以上因素，在絕緣接頭處通過跨接電纜以及設(shè)置避雷器保護(hù)絕緣接頭。

四、結(jié)論分析

按照設(shè)計(jì)圖紙要求完成全部施工作業(yè)后，對(duì)每個(gè)安裝點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：（表1）

各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)都在正常保護(hù)范圍內(nèi)，說明該段管道的保護(hù)率達(dá)到100%，完全滿足管線陰極保護(hù)的要求。保護(hù)電位和保護(hù)電流處于正常保護(hù)范圍，說明該段管道的防腐層沒有明顯的破損情況。

該主干管加裝犧牲陽極陰極保護(hù)后，陽極包選擇、土壤的回填、電流的選擇以及年限的設(shè)置等指數(shù)的運(yùn)行情況將對(duì)現(xiàn)有燃?xì)夤芫W(wǎng)加裝犧牲陽極陰極保護(hù)有極大的參考意義。

犧牲陽極安裝后能有效控制現(xiàn)有的腐蝕，減緩現(xiàn)有燃?xì)夤艿赖母g速率，從而有效減少因腐蝕泄漏而造成的開挖，降低管網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]張繼超，宋祎昕，陳揚(yáng)，苗文高.埋地燃?xì)夤艿罓奚枠O陰極保護(hù)法的改進(jìn)[C].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10：56-58.

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[4]王亞平，康志剛，孫權(quán)，高鵬，李志，張燕.埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿罓奚枠O陰極保護(hù)設(shè)計(jì)[J]. 煤氣與熱力，2008，（01）：13-17.

[作者簡介]鐘凱（1981-），男，廣東蕉嶺人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣芫W(wǎng)運(yùn)營管理。