ECI智能化裝置在輸水工程防腐監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

房本才

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng)　110166)

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ECI智能化裝置在輸水工程防腐監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

房本才

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng)110166)

ECI智能化裝置在輸水工程防腐監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用，在管線防腐、安全運(yùn)行等方面都收到很好的效果，值得在行業(yè)中推廣。本篇介紹ECI智能化裝置在大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程防腐監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，供同行業(yè)參考。

ECI智能化裝置； 輸水工程； 防腐監(jiān)測(cè)； 應(yīng)用

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程，要求達(dá)到一步工程輸水規(guī)模327萬(wàn)m3/d，承擔(dān)遼寧撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口和盤(pán)錦等城市的供水任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)有條件決定選用PCCP管為主要輸送管道，總長(zhǎng)約154km。土壤電阻率大部分為20～50Ωm之間，屬于中等腐蝕地域，局部氯離子含量偏高(大于150mg/L)。對(duì)混凝土中的鋼筋產(chǎn)生腐蝕。因此，有必要對(duì)輸水管道采用陰極保護(hù)的防腐措施。ECI智能裝置具有現(xiàn)場(chǎng)安裝適用性好、效率高、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在該工程防腐系統(tǒng)中得到良好的應(yīng)用。

下面對(duì)該系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用加以簡(jiǎn)要介紹。

1　智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成

1.1傳感器單元

系統(tǒng)中設(shè)置多種傳感器以完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)PCCP管電位電流監(jiān)測(cè)、腐蝕環(huán)境監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證檢測(cè)的要求。

下面按監(jiān)測(cè)的要求對(duì)各類(lèi)傳感器的功能進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

PCCP管電位的日常監(jiān)測(cè)由3支參比電極組成一組PCCP管電位測(cè)試點(diǎn)，均勻分布在PCCP管圓周上。參比電極采用二氧化錳ERE20電極。同時(shí)設(shè)置了腐蝕環(huán)境監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證檢測(cè)裝置。

腐蝕環(huán)境監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證檢測(cè)裝置包括兩組腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器。一組是與預(yù)應(yīng)力鋼絲同材質(zhì)鋼絲和參比電極組成的一套電化學(xué)腐蝕測(cè)量探頭，通過(guò)電化學(xué)方法測(cè)量鋼絲的腐蝕速度和自腐蝕電位。另一組傳感器為ECI-1型腐蝕監(jiān)測(cè)探頭(如圖2所示)，通過(guò)ECI-1探頭，可以監(jiān)測(cè)獲得氯離子濃度、混凝土電阻率、極化電阻、溫度和開(kāi)路電位。

圖2　ECI-1型腐蝕監(jiān)測(cè)探頭

1.2數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程傳輸之前，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。智能化監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)由國(guó)外某公司的數(shù)據(jù)采集器采集。

1.3數(shù)據(jù)終端

監(jiān)測(cè)裝置提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)試人員采集后到達(dá)計(jì)算機(jī)中的信息處理平臺(tái)。

監(jiān)測(cè)和評(píng)估軟件基于中文Windows平臺(tái)。監(jiān)測(cè)軟件由測(cè)量設(shè)置、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)分析、外接程序、幫助五大部分組成。其中測(cè)量設(shè)置包括通訊設(shè)置、電極參數(shù)等；數(shù)據(jù)分析包括文本查看、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)圖表等。通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件操作，管理方可以進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的日程管理，方便收集數(shù)據(jù)、查看歷史數(shù)據(jù)和瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。

2　系統(tǒng)安裝

2.1參比電極及探頭的制作安裝

參比電極分別埋設(shè)在管道邊靠近陽(yáng)極位置和保護(hù)末端，采用鑲?cè)胧絽⒈入姌O。該試驗(yàn)采用MnO2電極。

MnO2參比電極在安裝前，每支參比電極與兩支取自PCCP管廠的預(yù)應(yīng)力鋼筋制作的圓鋼柱(探頭)一起預(yù)制在混凝土塊中，混凝土塊的材料同樣來(lái)自PCCP管廠，并與制作PCCP管的材料和配比完全一致，參比電極和兩個(gè)探頭通過(guò)電纜連接在測(cè)試樁內(nèi)的各相應(yīng)端子上。安裝時(shí)，將PCCP管相應(yīng)位置輕輕鑿去一層，露出新鮮表面，并用同樣材質(zhì)的水泥將預(yù)制好的混凝土塊固定在PCCP管旁。

2.2PCCP管道電連接

制作PCCP管期間，將預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼筒進(jìn)行電連接，即在管芯或纏絲前的砂漿覆蓋層表面沿長(zhǎng)度方向預(yù)先壓放兩條鋼帶，鋼帶不得有油漬，且在使用前應(yīng)進(jìn)行表面除銹，除銹等級(jí)為St3級(jí)，并應(yīng)在除銹后4h內(nèi)使用。鋼帶邊緣需打磨，與鋼絲接觸面不得出現(xiàn)直角。在PCCP管兩頭的插口和承口鋼環(huán)上焊接電跨接鋼片。

采用XLPE/PVC1×25mm20.6/1kV銅芯電纜在PCCP管間進(jìn)行電連接性跨接，電纜分別焊接在相連的兩節(jié)PCCP管的電跨接鋼片上，焊接需牢固。

2.3犧牲陽(yáng)極安裝

采用XLPE/PVC1×16mm20.6/1kV銅芯電纜與鋅陽(yáng)極和鎂陽(yáng)極連接，安裝完畢的采用XLPE/PVC1×25mm20.6/1kV銅芯電纜地面標(biāo)志木樁處(距離PCCP管外壁1.5m)，鉆出直徑320mm的陽(yáng)極安裝井，并超出管底280mm。陽(yáng)極垂直安裝，周?chē)畛浠瘜W(xué)填料。陽(yáng)極底部的化學(xué)填料厚度為280mm，頂部厚度為210mm，上面鋪上砂，蓋滿(mǎn)磚。

加入足量的水浸泡陽(yáng)極周?chē)畛涞幕瘜W(xué)填料。完成后，浸泡陽(yáng)極井24h以上。

采用壓接或焊接方式連接陽(yáng)極電纜與陽(yáng)極匯流電纜，連接和防腐采用專(zhuān)用電纜連接套。

2.4測(cè)試盒的安裝

試驗(yàn)段共安裝4個(gè)測(cè)試盒，設(shè)兩個(gè)測(cè)試斷面，每個(gè)斷面兩個(gè)測(cè)試盒，一個(gè)用于連接探頭，另一個(gè)連接棒狀陽(yáng)極。測(cè)試盒安裝在地面上，應(yīng)澆筑510mm×510mm×4900mm的混凝土保證其穩(wěn)定性。每個(gè)測(cè)試盒的測(cè)試板上有25個(gè)接線柱，所有測(cè)試探頭的連接電纜，都根據(jù)測(cè)試探頭和PCCP管道的相應(yīng)位置連接在測(cè)試板上相對(duì)應(yīng)的接線柱上，做好標(biāo)記以保障接線與探頭的正確連線，也供以后的日常維護(hù)，采用鍍錫銅鼻子連接電纜與接線柱。

2.5測(cè)試探頭的安裝

沿PCCP管道圓周安裝6支測(cè)試探頭。每個(gè)測(cè)試探頭都有3根連接電纜，分別為CSE、C和N。具體含義：CSE為參比電極(白色電纜)；C為試片(紅色電纜)；N為自然電位(黃色電纜)。

距離管道210mm埋設(shè)測(cè)試探頭。測(cè)試探頭埋設(shè)前在水中浸泡24h以上，埋設(shè)后在地下再用足夠的水浸泡，這樣能夠保證探頭周?chē)寥罎駶?rùn)。

2.6電纜安裝

電纜選型為銅芯XLPE/PVC電纜，分配如下：

a. XLPE/PVC1×6mm20.6/1kV測(cè)試用電纜。

b. XLPE/PVC1×16mm20.6/1kV陽(yáng)極用電纜。

c. XLPE/PVC1×25mm20.6/1kV跨接用電纜。

在凍土層以下埋設(shè)電纜，用鋪砂蓋磚的方式加以保護(hù)，保護(hù)磚為200mm×200mm×50mm的混凝土磚。埋地電纜避免拉伸，并留余量。電纜之間的連接，用鍍錫銅鼻子，電纜與陽(yáng)極棒的連接采用壓接或銅焊接兩種方式，連接頭防腐和密封使用專(zhuān)用保護(hù)套。

3　檢測(cè)系統(tǒng)

在每個(gè)試驗(yàn)段安裝兩處測(cè)試探頭和測(cè)試盒，用來(lái)掌握試驗(yàn)段PCCP管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況和管道的腐蝕狀況。在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)上，沿著管道圓周均布安裝6支測(cè)試探頭，以測(cè)取圓周的電位分布狀態(tài)。

3.1測(cè)試基本要求

a.根據(jù)測(cè)試要求選擇測(cè)試儀表的量程、范圍和精度，儀表應(yīng)具有重量輕、攜帶方便、耗電小、適應(yīng)測(cè)試環(huán)境的特點(diǎn)。測(cè)試儀表在有效的校驗(yàn)時(shí)間內(nèi)工作，保證測(cè)量的準(zhǔn)確。

b.陰極保護(hù)測(cè)試探頭具有自然電位和保護(hù)電位的測(cè)試功能。電纜連接做到接觸良好，選用銅芯絕緣軟線作為測(cè)量導(dǎo)線，保證電流穩(wěn)定。

c.最終保護(hù)電位(極化)應(yīng)采用斷電測(cè)量技術(shù)，確保管子極化充分。

d.測(cè)試結(jié)果陰極保護(hù)電位應(yīng)符合NACE RP0100標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2測(cè)試內(nèi)容

3.2.1自然電位測(cè)試

PCCP管道埋地后，經(jīng)過(guò)土壤腐蝕會(huì)在金屬表面形成一個(gè)自然腐蝕電位，此電位能作為自然狀態(tài)下管道的腐蝕情況的基本參數(shù)，可作為后來(lái)的極化電位基準(zhǔn)。為確保管道極化電位偏移量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，就要精確測(cè)量管道的自然電位，作為管道電位極化的基準(zhǔn)。

3.2.2管道保護(hù)電位測(cè)試

測(cè)試完P(guān)CCP管道自然電位，馬上施加外部電流對(duì)管道進(jìn)行極化，由于混凝土管道的特殊性，管道的極化時(shí)間應(yīng)在一個(gè)月左右。

3.2.3犧牲陽(yáng)極接地電阻測(cè)試

采用犧牲陽(yáng)極對(duì)PCCP管道進(jìn)行陰極保護(hù)，所以犧牲陽(yáng)極的電流大小十分重要。陽(yáng)極電流的輸出大小取決于陽(yáng)極接地電阻的大小，因此在犧牲陽(yáng)極施工完成后，立即測(cè)試陽(yáng)極接地電阻。此次試驗(yàn)進(jìn)行多段組合、多種方法的測(cè)試研究，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)據(jù)。

3.2.4極化電位的測(cè)試

管子充分極化后，應(yīng)采用斷電測(cè)試技術(shù)測(cè)量管道極化后的真實(shí)電位，由于管子上的犧牲陽(yáng)極不可能全部斷開(kāi)，所以該項(xiàng)工程采用探頭斷電法。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的100mV的電位極化偏移量，對(duì)外部陽(yáng)極的電流輸出進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求為止。最大極限極化電位不應(yīng)負(fù)于-1000mV(CSE)，當(dāng)超出此值時(shí)應(yīng)使用電阻調(diào)節(jié)。

3.2.5犧牲陽(yáng)極電流輸出測(cè)試

采用犧牲陽(yáng)極對(duì)管道進(jìn)行極化。在管道被極化到設(shè)計(jì)的數(shù)值后，應(yīng)使用電流表測(cè)試該處陽(yáng)極的電流輸出。

3.2.6土壤電阻率測(cè)試

在試驗(yàn)段長(zhǎng)度內(nèi)，每100m測(cè)試一次管底深度處的土壤電阻率，測(cè)量采用四極法。測(cè)量次數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，宜每月一次。

4　結(jié)　論

ECI智能裝置應(yīng)用于該工程防腐系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)效率高，電流輸出穩(wěn)定，量程大、精度高，可以在類(lèi)似防腐監(jiān)測(cè)環(huán)境中發(fā)揮重要作用，值得類(lèi)似工程借鑒。

[1]GB/T 21448—2008埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[3]劉良，李衛(wèi)東.濱海新閘金屬結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)[J].水利建設(shè)與管理，2012(11).

[4]尤林賢，鐘惠鈺.望亭水利樞紐鋼閘門(mén)陰極保護(hù)實(shí)踐[J].中國(guó)水能及電氣化，2014(11).

[5]宋放.大型輸水工程PCCP管道陰極保護(hù)淺析[J].水利建設(shè)與管理,2015(4).

Application of ECI intelligent devices in water conveyance project corrosion-proof monitoring

FANG Bencai

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110166,China)

ECI intelligent devices have been applied in corrosion-proof monitoring of water conveyance project. It has good effect in the aspects of pipeline corrosion protection, safe operation, etc., and it is worth popularizing in the industry. In the paper, application of ECI intelligent device in Dahuofang Reservoir (stage II) engineering corrosion-proof monitoring is introduced, which can be used as reference in the same industry.

ECI intelligent device; water conveyance project; corrosion-proof monitoring; application

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.020

TV698.1

B

1005-4774(2016)01-0069-03