摘要 本文主要介紹陰極保護的方法及管道安裝陰極保護系統過程中應該注意的方面，做出了一套合理的青山水庫輸水管線陰極保護的施工方案。在青山水庫輸水管線陰極保護工程實際應用中,經電化學參數測量,陰極保護效果良好。
關鍵詞 陰極保護;腐蝕;PCCP、鋼管
1 前言
葫蘆島市是極度缺水城市，水資源短缺一直是葫蘆島市經濟社會發展的瓶頸。青山水庫工程是葫蘆島市2009年三大水源工程之一，壩址位于葫蘆島興城市三道溝鄉，六股河中游青山腳下。主要任務是向葫蘆島市跨流域調水，以解決葫蘆島市工業與生活用水的不足問題，同時提高六股河中下游地區的防洪標準，改善下游農業的供水條件及水資源環境。其中輸水管線均用埋地方式敷設,穿越地形、地段復雜,土壤性質各異,對管道存在著不同程度的腐蝕,如果能應用現代腐蝕理論和防腐技術,腐蝕造成的經濟損失可以降低25% ～30%[ 1 ] 。
青山水庫輸水工程起于青山水庫樞紐壩址左岸輸水隧道出口，終端接葫蘆島市開發區的老合臺凈水廠，管線長71.022公里，其中管道長68.870公里，隧道長2152米。輸水管道(PCCP管)分為兩種管徑，其中DN1600管道約61.654km， DN1400管道約7.216km。管線過河及地形復雜的地區采用鋼管。
2 陰極保護系統設計
1.1 陰極保護方法
陰極保護是指將被保護金屬進行陰極極化,使電位負移到金屬表面陽極的平衡電位,消除其化學不均勻性所引起的腐蝕電池,使金屬免遭環境介質(如土壤)的腐蝕,即用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護管道、設備的腐蝕,從而達到延長被保護管道的使用壽命,提高其安全性和經濟性的目的。強制電流法則有:保護范圍大、適合范圍廣、激勵電勢及輸出電流高、綜合費用低等優點,故適合用于長管線的防腐[ 2 ]。如應用于廠區范圍內時,則由于其會產生干擾電流而影響其它管線及建筑物,且還需要征地或占用建筑物,在實施時會帶來較大的困難。
1.2 設計要點
(1) 土壤電阻率
青山水庫輸水工程輸水管線長71.022公里，其中管道長68.870公里，隧道長2152米，途中穿過多種地質結構，其土壤電阻率變化較大。因此根據土壤電阻率的變化情況在低于50Ωm的地段附近設置了陰極保護系統。同時，在50-100Ωm地段設置了預留電纜，以便后期增加陰極保護系統。
(2)腐蝕因素分析
影響PCCP管腐蝕的因素有：鋼筋自身、氯化物、碳化、氧和水[ 3 ]等，在本項工程中均存在。
(3) 同類項目經驗
利比亞“大人工河”關于陰極保護的經驗及教訓的總結[ 4 ]。國內首次在南水北調中線工程北京段PCCP輸水管線采用的外防腐層與陰極保護技術相結合的防腐措施經驗總結[ 5,6 ]。
1.3 陰極保護設計方案[7,8 ]
青山水庫輸水工程輸水管線沿線土壤電阻率變化大,最低17.6Ω·m,最高852.7 Ω ·m。
(1) 理論計算
根據犧牲陽極陰極保護的設計規范,需要根據被保護管道的基本數據和選取的陰極保護參數計。其中陽極輸出電流按照下式計算：
Ia——陽極輸出電流(A)
Ec——陰極開路電位(V)
Ea——陽極開路電位(V)
ec——陰極極化電位(V)
ea——陽極極化電位(V)
Rc——陰極過度電阻(Ω)
Ra——陽極接地電阻(Ω)
Rw——回路導線電阻(Ω)
ΔE——陽極有效電位差(V)
R——回路總電阻(Ω)
所需陽極數量按下式計算：
N——陽極數量(支)
IA——所需保護電流(A)
Ia——單只陽極輸出電流(A)
f——備用系數，取2至3倍
根據工程的實際情況, 青山水庫輸水工程輸水管線全線共設置鋅陽極200套，預留電纜1553處，棒狀鎂陽極20套，串裝鎂陽極41支。
(2) 犧牲陽極布點的技術和施工要求
陽極具體布置本著保護電位分布均勻、盡量減少陽極間互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影響、利于管線陰極保護的施工原則，條件許可的情況下，盡可能采用管道兩側均勻交叉埋設，以盡量避免管道本身兩側的自身屏蔽影響。
填料包的組裝可在室內或現場進行，應保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50mm。填料應調拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約50Kg。
電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊，無論哪種焊接手段都要求：焊接牢固，焊縫均勻，焊接點電阻要求小于4×10-4Ω，焊接點強度大于焊接后銅芯電纜的承載力。焊接完成且溫度降低后進行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導線進行補口，補口材料采用環氧煤瀝青和玻璃布。
在電位測試裝置處，陽極電纜與管道測試電纜在測試樁內連接。
陽極電纜敷設時應留有足夠余量，在焊點及其他連接處預留蛇形彎，防止電纜或焊點受力拽脫。
當管道的安裝與鋅陽極埋設同步進行時，犧牲陽極的埋設位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應小于0.3m。陽極可埋設在管道的側方或側下方,視現場具體工況條件，可選擇立式或臥式埋設。埋設深度必須在凍土層以下，一般要求與管道深度一致。
對于已安裝完的管道，陽極埋設可在管道中心位置，使得陽極包的中心位置與管道中心位置在同一高程上，施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為Ф400，陽極包采用豎向布置。
(3) 陰極保護系統的運行效果
經過對青山水庫輸水工程輸水管線陰極保護系統工程中已安裝的管道保護電位進行測量,測量結果為- 0.85～ - 0.98 V (相對硫酸銅參比電極),符合設計和規范的要求。
3 陰極保護系統的日常管理
(1) 在全線完工后，每月測量一次全線管道保護電位，每季度測量一次陽極床接地電阻;
(2) 管道電流、電位測試樁注意保護，防止人為破壞，并且每年保養一次;
(3) 所有測量數據需填寫記錄表，存檔，以便查閱。
4 結語
(1) 雜散電流腐蝕一直是陰極保護技術的一個難點,我們在實測雜散電流強度超過標準規定的地點都增設陽極,它不僅能排除雜散電流,還可以為管道提供一定的保護電流。
(2) PCCP管輸水工程對于大口徑長距離具有極大的優勢，陰極保護是埋地PCCP管行之有效的防腐蝕技術。
(3) 根據土壤電阻率分布，階段性的設置陰極保護系統可以從經濟性上降低工程成本。
參考文獻
[ 1 ] 胡士信.管道陰極保護技術現狀與展望[ J ]. 腐蝕與防護,2004, 25 (3) : 93～101.
[ 2 ] 胡士信.陰極保護工程手冊. 北京:化學工業出版社,1999.
[ 3 ] 魏寶明.鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕與防護，腐蝕科學與防腐蝕工程技術新進展[ M ] . 北京: 化學工業出版社, 1999 .
[ 4 ] Veazey M V. CP retrofitting underway on Libyan project[J].MP, 2005(4):22- 23.
[ 5 ] 郭永峰，楊進新等，南水北調中線工程PCCP管道陰極保護防腐技術探討[ J ]. 特種結構,2009,26 (2) : 109～113.
[ 6 ] 胡士信，竇宏強等，預應力鋼筒混凝土管_PCCP_的陰極保護[ J ]. 腐蝕與防護,2009, 30 (12) : 912～927.
[ 7 ] SY/T0019-97《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規范》石油工業部標準
[ 8 ] SY0007-99《鋼質管道及儲罐防腐工程設計規范》石油工業部標準
