PCCP-阴极保护应注意的问题

....PCCP阴极保护应注意的问题王自本（山西省水利水电工程建设监理公司，太原，030002）摘要：文中根据大伙房水库输水（二期）工程的实际情况，介绍了对长期工作在水中或具有腐蚀性土壤中的预应力钢筒混凝土管道（PCCP）实施阴极保护在设计、施工和PCCP管制造与安装中应特别注意的问题，以达到对其长期运行进行保护的目的，同类工程亦可借鉴。关键词：大伙房水库输水、阴极保护、预应力钢筒混凝土管道（PCCP）中图分类号：TV513文献标识码：B1.工程简介大伙房水库输水（二期）工程是辽宁省“十五”期间的重点建设项目，是解决和缓解沈城及辽宁省中部城市群供水能力上的不足的重要战略布局。二期工程引两条输水管线从大伙房水库（左岸）的取水头部开始，跨越抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦六市，全长270km（自沈阳到鞍山采用双线）。输水线路从取水头部至抚顺刘山水库附近为隧洞段，抚顺至沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦的平原区为管道段。管线主要采用预应力钢筒混凝土管(PCCP)作为输水管材，在穿越隧洞、河流、高速公路、铁路等交叉处采用钢管，从营盘至营口、盘锦段采用玻璃钢管。其中DN3200的PCCP管长约63km，DN2400的PCCP管长约200km，钢管段长约28公里，玻璃钢管段长约75km。2.PCCP阴极保护应注意的问题对于长期工作在水中或具有腐蚀性土壤中的预应力钢筒混凝土管（PCCP）来说，如果不采取有效的保护措施，预应力的钢丝腐蚀将会直接威胁着管系的安全运行。为了全面解决大伙房水库输水(二期)工程的腐蚀问题，对工程沿线的水质和土壤的腐蚀性进行了细致的调查，并设置阴极保护试验段，在取得了充分的阴极保护实际运行参数后，完善设计，指导全线管道阴极保护的实施。下面就PCCP阴极保护在设计、施工和PCCP管制造与安装中应特别注意的问题做简单说明。2.1环境水与土的腐蚀管道沿线环境水与土现场取样包括选取水样和土样。水样和土样一般每1km各取1组，遇到地质条件变化段，加密取样点。每1组水样或土样的取样点均为腐蚀性评价点。环境水主要有地下水和地表水。地下水选取一般在开挖基坑内和管道附近村....庄的水井内，地表水的选取一般在河流、常年有水的沟渠、湖区等中进行。水试样在24h内送至试验室进行水质分析试验。土样选取点一般设在地势平坦的典型地段上，其深度控制在地下水位以上，耕植土以下，开挖至管道周身深度。土样尽快送至试验室进行土壤分析试验，以便确定土壤对混凝土、混凝土中钢筋的腐蚀性。混凝土或钢管道处于地下水位以下时，应采取水试样作水的腐蚀性试验，处于地下水以上时，应采取土试样作土的腐蚀性试验，以便确定腐蚀性范围和腐蚀性种类。2.2阴极保护的设计2.2.1设计技术指标PCCP管和钢管的阴极保护设计寿命为25年,在设计寿命内PCCP管的极化电位差应不小于100mV；最低负电位不应负于-1000mV（CSE）；钢管最小保护电位为-0.85V（CSE）或最小极化电位差100mV；阴极保护系统对管线不产生负作用，并且不会对环境造成污染。2.2.2保护参数选取对全线PCCP管实施阴极保护，并对土壤腐蚀性严重的PCCP管段施加涂层保护，对于没有涂层保护的区域设计保护电流密度为0.6mA/m2，有涂层保护的区域设计保护电流密度为0.2mA/m2。保护电位是判断阴极保护的效果的一个重要参数。设计确定的采用的保护电位准则为阴极极化电位差值最小为100mV。电位区间的下限应设在-1.00mV(CSE)处。2.2.3保护方法和采用材料为安全考虑，选用牺牲阳极阴极保护方法。综合考虑本工程的情况，设计采用锌合金牺牲阳极材料。为了保证牺牲阳极输出电流稳定，提高阳极电流效率，降低阳极接地电阻，持续维持阳极的活性，锌阳极周围一定要填加严格按比例配成的填充料，需用锌阳极专用填充料。2.2.4设计计算2.2.4.1保护面积PCCP管线保护的主要对象为缠绕在PCCP管外侧的预应力钢丝和管内层的钢套筒。另外还有承插口钢环和预埋连接钢带的面积需计入保护面积。对于PCCP....管而言，由于大部分电流是由钢丝吸收，因此，实施有效防腐所需的电流应根据预应力钢丝的表面积确定。输水管线采用两种管径的PCCP管：DN3200和DN2400，根据覆土深度和内部设计压力的不同管壁厚度和钢丝也不同，这些都造成预应力钢筋保护面积的不同。根据AWWAM9手册，可在设计中以钢筒表面积进行近似计算，确定为：DN3200管线（5m）预应力钢筋保护面积50m2/节、DN2400管线管长（6m）预应力钢丝保护面积45m2/节。2.2.4.2单节PCCP管道保护电流用保护面积和保护电流密度计算出每节PCCP管所需保护电流为：无涂层：单节DN3200管需保护电流0.03A；单节DN2400管需保护电流0.027A；有涂层：单节DN3200管需保护电流0.01A；单节DN2400管需保护电流0.009A。2.2.5阳极的规格型号根据设计寿命等条件要求，采用棒状锌合金阳极，阳极规格为654mm×(58+64)mm×60mm，重量18kg。每支阳极安装时为减小接地电阻，配合50kg专用填充料，组成阳极填料包的尺寸为φ300mm×1200mm。2.3阴极保护的施工2.3.1阳极安装前准备在组装牺牲阳极之前，应检验阳极表面是否有油污和氧化物。牺牲阳极表面的油污和氧化物能降低阳极的活性，影响阳极电流的发生，所以阳极表面如存在油污和氧化物，应采用砂纸将阳极表面打磨干净。将填充料和牺牲阳极装入布袋包，阳极必须位于布袋包正中央，被填充料紧密包敷，严禁明显偏心。2.3.2阳极埋设阳极沿轴向水平安装于管道侧面，位置距管道外壁不小于1.0m为宜，埋设深度应低于管中心位置（见图1）。阳极与管道的电连接采用YJV1×16mm20.6/1kv铜芯电缆，连接方式采用电焊或铜焊与PCCP管承插口处预制的钢板连接。阳极填料包放入阳极坑后，对坑内浇水，坑内水位必须完全浸没填料包，且坑内积水必须保持一段时间，以便彻底浸透填料包。阳极床回填时，应向阳极床内回填细土，禁止向坑内回填沙石、水泥块、塑料等杂物。....图1阳极位置示意图2.4阴极保护对PCCP管制造与安装的要求(1)、PCCP管内部的全部钢结构物都应可靠电连接在一起，包括钢筒、预应力钢丝、承口钢环和插口钢环等。(2)、PCCP管段间通过截面积为25mm2铜芯电缆电连续性跨接，跨接电缆两端通过加强板分别牢固的焊接管段承口钢环和插口钢环上。(3)、缠绕PCCP管的预应力钢丝时，在每根管子两侧180°的位置各设置一条50×3扁钢。采用手工电弧焊焊接每个钢筋与扁钢接触点。焊接时，电弧中心应对向电连接带，两者熔化即可，点到为止。(4)、PCCP管一端应在管垂直中心位置预置用于阴极保护安装的连接钢带，并伸出管外150mm以上，连接钢筋可直接电焊在承口钢环上。2.5其它2.5.1保护区域分段和绝缘对保护区域和非保护区域，应采取措施设置电绝缘，以免保护电流的流失。PCCP管段和钢管段阴极保护系统的控制电位不同，所以也应明确划分。电绝缘设置在保护管道与非保护管道的连接处。电绝缘采用绝缘法兰，两片法兰间垫入绝缘垫片，法兰螺栓用绝缘套筒和绝缘垫圈。绝缘法兰设置干井内。2.5.2防止杂散电流技术预应力钢筋混凝土管道在正式投运过程中，应对工作区段的杂散电流干扰源源进行调查。杂散电流可使管道中钢丝产生电腐蚀，这种电腐蚀速度有时是相当....惊人的，已引起人们高度重视。通过隔离杂散电流源(干扰源)和改善干扰源的接线，以及采取适当的排流保护措施，可以有效地防止杂散电流所引起的钢筋混凝土结构的腐蚀。3结语输水管线保护设计及实施的成功与否，取决于一系列防护措施的成功运用。这些防护措施包括：提高混凝土质量、钢丝表面和混凝土表面使用涂层，避免杂散电流流入和对管线的定期检测、及时的维修保养等。根据监测的PCCP管的保护电位、牺牲阳极的输出电流、PCCP管混凝土的电阻率、氯离子浓度、不受阴极保护的预应力钢筋的腐蚀速度和自腐蚀电位、极化电阻、PCCP管周围的环境温度等参数，输入计算机与远程综合监测系统的数据进行类比分析，判定阴极保护效果、钢筋混凝土结构的剩余载荷和耐久性提供了重要依据。所以实施有效的腐蚀监测是整个PCCP管建设和运行中非常重要的一个环节。作者简介：王自本，男，1967年生，1990年7月毕业于太原工业大学，高级工程师。[收稿日期：2008-06-13]OnSomeProblemsNeedingAttentionforNegativeElectrodeProtectingofPCCPWANGZhi-benAbstract:AccordingtotherealisticsituationofDahuofangReservoirDeliveryProject(secondstage),thispaperintroducestheproblemsthatneedespeciallyattentionindesign,construction,manufactureandinstallationofPCCPtocarryoutnegativeelectrodeprotectionforthispipewhichworksinwaterorincorrosivesoilinlongtime,soastoreachthepurposeofprotectingthispipeinlongtimeoperation.Keywords:waterdeliveryofDahuofangReservoirnegativeelectrodeprotectionpccp