犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)在天津市新開(kāi)河水廠二期工程

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簡(jiǎn)介： 由于金屬的腐蝕，每年各個(gè)國(guó)家由此造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2～4%，所以各行業(yè)必須重視腐蝕危害的嚴(yán)重性。一般認(rèn)為腐蝕損失的1/4～1/3可以通過(guò)現(xiàn)有的防護(hù)技術(shù)及合理的選材加以避免。除去大氣腐蝕及其它某些環(huán)境不能使用外，陰極保護(hù)是防止腐蝕最經(jīng)濟(jì)和有效的方法。如要在有涂層的構(gòu)筑物（金屬管道）上使用，效果更好且經(jīng)濟(jì)性更加合理。世界上采用陰極保護(hù)已經(jīng)有十幾年的歷史了，其優(yōu)異的防腐效果已經(jīng)得到了充分的認(rèn)證。
關(guān)鍵字：陽(yáng)極保護(hù) 金屬的腐蝕 腐蝕損失 腐蝕危害

一、概況

　　由于金屬的腐蝕，每年各個(gè)國(guó)家由此造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2～4%，所以各行業(yè)必須重視腐蝕危害的嚴(yán)重性。一般認(rèn)為腐蝕損失的1/4～1/3可以通過(guò)現(xiàn)有的防護(hù)技術(shù)及合理的選材加以避免。除去大氣腐蝕及其它某些環(huán)境不能使用外，陰極保護(hù)是防止腐蝕最經(jīng)濟(jì)和有效的方法。如要在有涂層的構(gòu)筑物（金屬管道）上使用，效果更好且經(jīng)濟(jì)性更加合理。世界上采用陰極保護(hù)已經(jīng)有十幾年的歷史了，其優(yōu)異的防腐效果已經(jīng)得到了充分的認(rèn)證。
　　陰極保護(hù)的方法有兩種：一種是外加電源保護(hù)方法，第二種是犧牲陽(yáng)極保護(hù)方法。新開(kāi)河水廠二期工程——水源輸水管道工程采用了犧牲陽(yáng)極保護(hù)方法，其優(yōu)點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)單；施工后不需要專(zhuān)門(mén)的管理人員；可以使用在無(wú)電源的場(chǎng)合和可移動(dòng)的對(duì)象；經(jīng)濟(jì)上有利于不規(guī)模、分散和已涂覆的對(duì)象；對(duì)其它管道雜電干擾小。此項(xiàng)技術(shù)在天津市自來(lái)水集團(tuán)公司大口徑管道上應(yīng)用尚屬首例，也是一個(gè)示范工程。
　　新開(kāi)河水廠二期工程——水源輸水管道工程D2080×18mm鋼管，從宜興埠泵站二期泵房開(kāi)始，沿京津塘高速公路東側(cè)向南鋪設(shè)，在鋪設(shè)600米處向西垂直穿過(guò)高速公路，然后沿高速公路西側(cè)距原D1860×18mm管道中心線8米處向南鋪設(shè)，過(guò)北環(huán)線鐵路，穿過(guò)新開(kāi)河，過(guò)河后，向西穿過(guò)外環(huán)線橋，在原有D1860×18mm水源管道和堤之間的河灘上鋪設(shè)，穿過(guò)月牙河排水口至新開(kāi)河水廠二期配水井，管道全長(zhǎng)3.7公里，設(shè)計(jì)輸水量55萬(wàn)立方米／日，管道材質(zhì)為鋼管，外防腐為石油煤瀝青加強(qiáng)級(jí)防腐，部分地段采用環(huán)氧煤瀝青，環(huán)氧玻璃鋼或膠帶防腐。
　　D2080×18mm管線所處地貌情況大多是農(nóng)田，淺池塘和河灘池，經(jīng)與天津大學(xué)共同測(cè)試，均屬長(zhǎng)年漫水，低洼潮濕的鹽堿地，氯化物含量高，導(dǎo)電性強(qiáng)，土壤電阻率在4～10Ωm之間，個(gè)別達(dá)到30Ωm。

　　二、陰極保護(hù)工程設(shè)計(jì)方案

　　該工程的設(shè)計(jì)指標(biāo)有效保護(hù)期為25年；在有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)地下鋼管的保護(hù)電位控制在-0.85V～-1.30V（相對(duì)于銅／飽和硫酸銅參比電極）；有效保護(hù)期內(nèi)，被保護(hù)管道不會(huì)因土壤腐蝕而發(fā)生泄漏，且陰極保護(hù)不會(huì)對(duì)鄰近管道產(chǎn)生干擾腐蝕作用，掛片測(cè)試保護(hù)度大于90%。
　　2.1　保護(hù)對(duì)象及范圍
　　本工程的保護(hù)對(duì)象為天津市新開(kāi)河水廠二期工程——水源輸水管道工程D2080×18mm銅管，管外徑為2080mm，從宜興埠泵站至水廠配水井，管道全長(zhǎng)3.7公里，以及由閘室引出的四條鋼管，管道總長(zhǎng)為4.0公里，總保護(hù)面積26138平方米。
　　2.2　犧牲陽(yáng)極材料、填充料及陽(yáng)極布置。
　　天津市新開(kāi)河水廠二期工程——水源輸水管道工程直徑2000mm鋼管，沿線電阻率大部分在4～10Ωm，個(gè)別達(dá)到30Ωm，且被保護(hù)鋼管的管徑較大，因此采用鎂合金犧牲陽(yáng)極保護(hù)。
　　為了保證鎂合金犧牲陽(yáng)極輸出電流穩(wěn)定，提高陽(yáng)極效率，降低陽(yáng)極接地電阻，阻止陽(yáng)極表面鈍化層形成，陽(yáng)極周?chē)欢ㄒ罴訃?yán)格按成分配比制成的填充料。鎂合金犧牲陽(yáng)極用的填充料主要由石膏粉、硫酸鎂和膨潤(rùn)土組成，其重量百分比為25%、25%和50%。
　　本工程綜合考慮到保護(hù)年限要求，埋地管線外防腐涂層種類(lèi)以及埋地管線沿線土壤的腐蝕性，選定鎂合金犧牲陽(yáng)極，外形尺寸為(150+130)×125×700mm的長(zhǎng)條型陽(yáng)極，每支陽(yáng)極重為22kg，需用填充料60kg，陽(yáng)極與填充料組成陽(yáng)極填料包的外形尺寸為φ400×1000mm。埋設(shè)深度為2.5～3.5米，旁離距離1.5～2.5米，每組埋設(shè)點(diǎn)設(shè)兩支陽(yáng)極，分別埋于管線兩側(cè)，陽(yáng)極組間距為35米，共設(shè)陽(yáng)極埋設(shè)點(diǎn)114處，總陽(yáng)極支數(shù)228支。詳見(jiàn)鎂

　　2.3　檢測(cè)系統(tǒng)
　　2.3.1　保護(hù)電位測(cè)試
　　為了全面掌握整個(gè)管道的保護(hù)情況，必須定期測(cè)定管線不同區(qū)段的保護(hù)電位。實(shí)踐證明，陰極保護(hù)工作中，被保護(hù)金屬構(gòu)件的保護(hù)電位是評(píng)定保護(hù)效果的重要參數(shù)。對(duì)埋地鋼質(zhì)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，構(gòu)件電極電位達(dá)到-0.85～-1.30V時(shí)，該構(gòu)件處于最佳保護(hù)狀態(tài)，保護(hù)度可達(dá)90%～98%；當(dāng)構(gòu)件電極電位正于-0.85時(shí)，說(shuō)明被保護(hù)構(gòu)件處于欠佳保護(hù)狀態(tài)，保護(hù)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；當(dāng)被保護(hù)的金屬構(gòu)件電極電位負(fù)于-1.30V時(shí)，說(shuō)明該金屬構(gòu)件處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)，保護(hù)度雖高，但有破壞防腐涂層的可能性，進(jìn)而增加了保護(hù)電流，造成陽(yáng)極消耗過(guò)快，影響陰極保護(hù)后期的防腐效果。
　　本工程在埋地鋼管的不同部位共埋設(shè)六組保護(hù)電位測(cè)試樁。
　　2.3.2　保護(hù)測(cè)試
　　為了定量的評(píng)定地下管道陰極保護(hù)效果，本設(shè)計(jì)采用埋地檢查片測(cè)定保護(hù)度。檢查片選用與被保護(hù)管道相同的材料制成，每組6片，分別埋設(shè)于六組測(cè)試樁下，其中3片與管道電性連接，接受與管道同樣的保護(hù)，稱(chēng)為保護(hù)檢查片；另外3片與管道電性絕緣，遭受自然腐蝕，稱(chēng)為非保護(hù)片。經(jīng)過(guò)埋地一定時(shí)間后，取出檢查片，稱(chēng)量各自腐蝕失重，按下式計(jì)算保護(hù)度：
　　　　　　　n=P1/S1-P2/S2／P1/S1
　　式中：n——保護(hù)度，%；
　　　　　P1——非保護(hù)檢查片失重，g；
　　　　　P2——保護(hù)檢查片失重，g；
　　　　　S1——非保護(hù)檢查片接地面積，cm；
　　　　　S2——保護(hù)檢查片接地面積，cm；
　　檢查片的起樣時(shí)間分別為1年、5年，即共分為二組二次取樣稱(chēng)重計(jì)算。
　　天津市新開(kāi)河水廠二期工程——水源管道工程D2080×18mm鋼管，陰極保護(hù)工程自1997年11月竣工至1999年1月已經(jīng)運(yùn)行一年多，共取出1組檢查片，進(jìn)行稱(chēng)重計(jì)算，保護(hù)度均達(dá)90%以上，其鋼管的電極電位均在-0.88～-1.22V之間，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

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天津市給排水研究設(shè)計(jì)院
1999年5月