输水工程阴极保护设备安装施工技术分析

赵明宇（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁 沈阳 110166）

输水工程阴极保护设备安装施工技术分析

赵明宇
（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁 沈阳 110166）

管道“腐蚀”是埋于地下或是水中钢铁结构一个难题，腐蚀会导致设备破坏，除了造成经济损失以及环境破坏，有时还会伤及生命。因此，必须高度重视腐蚀。本文通过对大伙房水库输水（二期）工程阴极保护安装施工技术分析，旨在强调阴极保护措施的重要意义。

水库；输水工程；阴极保护

埋于地下的钢制管的腐蚀控制必须进行防腐保护，如对PCCP管采取有效的保护措施，不仅可以保证管道系统的安全运行，还可以延长管道的使用寿命，以避免不必要损失和不良影响。本文结合大伙房水库输水（二期）工程阴极保护工程中阴极保护装施工技术措施加以分析，阐述阴极保护措施的必须性。

1 安装工程概述

大伙房水库输水（二期）工程阴极保护施工工程主要是对输水管线PCCP管、过河过路钢管、配水站内埋地钢管实施阴极保护。

安装工程涉及:锌阳极的安装、镁阳极的安装、套管内镁阳极的安装、预留电缆的安装、电位测试桩的安装、二氧化锰和长效硫酸铜参比电极的安装以及智能监测系统的安装等。

2 安装施工技术简述

2.1 锌阳极安装

本工程采用锌阳极对PCCP管道、带有混凝土外衬的钢质管接件实施阴极保护。

（1）锌阳极的位置。本工程本着保护电位分布均匀、尽量减少阳极间互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影响、利于管线阴极保护的施工原则进行锌阳极具体布置，并且在条件允许的情况下尽可能的采用管道两侧均匀交叉埋设，以尽量避免管道本身两侧的自身屏蔽影响。与此同时，要根据施工图纸的要求确定阳极的埋设间距。

（2）锌阳极与阳极电缆的组装。采用锡焊进行阳极与电缆之间的联接。在焊接前，要把阳极钢芯表面上的锈蚀物用砂纸打磨去除掉，且钢芯与电缆的双边焊缝长度不小于50毫米，除此还要进行对焊接点进行防腐绝缘保护，保证阳极端面、电缆连接部位及钢芯都要防腐绝缘，以达到焊接牢固并且绝缘性能良好。

（3）阳极安装前准备。在组装阳极之前，应检验阳极表面是否有油污和氧化物，如存在油污和氧化物，应采用砂纸将阳极表面打磨干净。此外，要保证阳极四周的填料厚度一致、密实，各边厚度不小于50m m。填料应调拌均匀，不得混入石块、泥土、杂草等。

（4）阳极电缆与PCCP管的连接。采用铝热焊法焊接电缆与管道。这里要求焊接牢固，焊缝均匀，焊接点强度大于焊接后铜芯电缆的承载力，完成焊接等温度降低后进行焊缝检查，如果合格就对焊接部位、裸露钢片、铜导线进行补口。

（5）阳极埋设。锌阳极埋设尽可能与管道的安装同步进行。阳极的埋设位置，与管道外壁距离为1.5m左右，最低不应小于0.3。阳极可埋设在管道的侧方或侧下方，视现场具体工况条件可选择立式或卧式埋设。

阳极可埋设在管道的侧方，一般说:

未回填地段:采用开槽法卧式埋设阳极，并且埋设深度必须在冻土层以下，通常情况下与管道深度一致，但阳极顶部距地面不宜小于1米。如图1。

已安装完并回填的管道:可在管道中心位置埋设阳极，使得阳极包的中心位置与管道中心位置在同一高程上，施工采用人力钻孔的施工方法。

图1 阳极位置示意图

（6）阳极床浇水。阳极填料包放入阳极坑后，然后注水直到完全浸没、浸透填料包，让其迅速极化。

（7）阳极床回填。应向阳极床内回填细土，禁止向坑内回填杂物。

2.2 过河管道部分镁阳极安装

本工程采用镁阳极对过河段钢质管道实施阴极保护。

（1）镁阳极的位置。镁阳极与钢管同沟埋设，同时施工。除按施工图规定的位置外，阳极具体布置本着保护电位分布均匀、尽量减少阳极间互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影响、利于管线阴极保护的施工原则，条件许可的情况下，尽可能采用管道两侧均匀交叉埋设，以尽量避免管道本身两侧的自身屏蔽影响。

（2）镁阳极与阳极电缆的组装。采用焊接法联接阳极与电缆。焊接前用砂纸出去钢芯表面的锈蚀物，并做好绝缘措施。

（3）阳极安装前准备，同上锌阳极安装前准备。（4）阳极埋设，同上锌阳极埋设。（5）阳极床浇水，同上锌阳极床浇水。（6）阳极床回填，同上锌阳极床回填。

2.3 过路管道部分镁阳极安装要求

PCCP输水管线在过路处管线采用钢质管道。过路部分外层有起承重和保护作用的混凝土或钢质套管，钢管用水泥支撑定在套管内，钢管外覆环氧煤沥青涂层。

本工程采用镁阳极对过路段钢质管道实施阴极保护。

其安装技术要求:由于套管内外的腐蚀环境不同，将过路部分钢质管道分成两部分。套管外部镁阳极的安装同过河管道部分相同。套管内部采用串状镁阳极保护，串状镁阳极的安装随钢管的安装同时进行，将镁阳极钢丝铁芯直接焊接在钢管上。焊接及补口要求同过河管道部分。

2.4 电位测试桩的安装

应在实施阴极保护的区域内每两公里设置一座电位测试桩，一套二氧化锰参比电极，以更好的掌握PCCP管线的保护状态。在实施阴极保护的区域设置电位测试桩是为了掌握钢质管线的保护状态。每处过河、过路处设置一座，每个配水站设置两座，安装长效硫酸铜参比电极。

测试桩安装要求:测试桩桩体由水泥制成，地上部分高约80公分，地下部分高60公分以上。内设阴极测试端子和参比电极测试端子。在管底位置埋设一支二氧化锰参比电极（对PCCP管道）或长效硫酸铜参比电极（对钢管道）。

电位测试桩将提供保护电位数据，可按设定的频率进行人工测量，以了解和掌握阴极保护效果。

2.5 智能监测装置的安装

在土壤电阻率＜20Ω·m的区段，PCCP管管间施以电联结，埋设阳极电缆，并每隔2000m选择有代表性的位置设置一智能化监测系统。智能化监测系统包括模拟桩、P cmP探头、E C I探头、二氧化锰参比电极、数据采集器、电池、电缆、模/数转换、无线收发单元或光缆接口、数据终端及软件的安装、埋设、调试、保护等。在安装过程中要及时记录并提交安装的质量检查记录。

2.6 预留电缆的安装

在设置为PCCP管土壤腐蚀监测的区段，PCCP管管间施以电联结，埋设预留阳极电缆，以根据土壤腐蚀监测的结果考虑施加阴极保护。其工作范围包括阳极电缆的安装、引至地表和标识。

（1）预留电缆与PCCP管的连接。采用铝热焊法进行焊接，要求焊接牢固，焊缝均匀、焊接完成且温度降低后进行焊缝检查，合格后对焊接部位、裸露钢片、铜导线进行补口，补口材料采用环氧煤沥青和玻璃布。

（2）预留电缆的引到地表。预留电缆在完成和PCCP管连接后，垂直向上引至地表附近，电缆敷设时应留有足够余量，在焊点及其他各处打蛇形弯，防止电缆或焊点受力。

（3）标识。在管沟回填过程中和完成后，要详细记录阳极预留电缆的位置，并使用专门预制的混凝土桩作为标示，确保日后能顺利找到预留电缆。

（4）电缆安装质量检查记录。在安装过程中，及时记录并提交电缆安装的质量检查记录。

2.7 土方明挖

主要包括基础开挖、阳极坑开挖、阳极电缆沟、各种测试桩的开挖及附属工程和临时工程的基础开挖以及其他监理工程师指明的土方明挖工程。

开挖工作内容包括:准备工作、场地清理、施工期排水、边坡观测、完工验收前的维护，以及将开挖可利用或废弃的土方运至监理工程师指定的堆放区并加以保护、处理等工作。

如果在已有建筑物附近开挖，必须保证其已有建筑物的稳定和安全，做到不影响其正常使用。在沟槽开挖期间，必须严格保护沟槽两侧永久性工程设施的稳固，如发现问题，要立即停止施工。雨季施工时要制定保证基础工程质量和安全施工的技术措施，有效防止雨水冲刷边坡和侵蚀地基土壤。

3 管道腐蚀与阴极保护探索

3.1 腐蚀原因分析

虽然钢制管道管具有密实度很高的砂浆作为外层保护，可以有效的阻止有害物质的侵入，而且砂浆的高碱性又可促使钢丝表面形成稳定的钝化膜，从而保护钢丝和钢筒不受腐蚀。然而由于在钢制管道生成、运输、贮存、安装过程中，难免造成其管外壁出现缺陷，亦或是裂纹，从而使得钢制管周围的地下水渗入，出现腐蚀破坏。除此以外，即使是埋于土中也可能会由于氯离子或是砂浆的碳化而使得钝化膜遭到破坏，引起高强钢丝的断裂而导致钢制管爆管。

3.2 阴极保护必要性

自然界中大多数金属存在的方式是化合状态，通过冶炼被赋予新的能量，然而金属固有本性是回归自然状态，当金属与其周围电解质发生反应，并使其由原子状态变成离子状态，这个转变过程就称为“腐蚀”。每一种金属都会产生一定的腐蚀电位，其中失去电子的部位称为阳极区，得到电子的部位称为阴极区，由于失去电子受到腐蚀，而得到电子受到保护。因此，要想延长管道使用寿命，就必须进行阴极保护措施。

3.3 阴极保护在钢制管道中的作用

阴极保护原理具体来说是将还原型较强的金属作为保护级，增强钢表面的碱性，维持其钝化状态，进行阴极保护后，金属表面就会产生如下反应:O2+2H2O+4e→4O H-，而其中反应物H-促使碱度升高，从而使得表面钝化状态得以保持。

3.4 本文案例阴极保护方案

根据相关规范和设计文件，大伙房水库输水工程阴极保护对本标段所采用锌阳极、镁阳极保护，以确保输水管道在设计寿命内安全运行。

综上所述，通过案例阴极保护安装技术具体分析中，可以清晰感知阴极保护安装对于管道防腐的重要性，在进行阴极保护施工中要做到必须根据具体工况有效的进行阴极保护，只有这样才能从根本上降低腐蚀的发生率，保证管道的安全运行，从而使工程收到更高的效益。

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：1672-2469（2015）03-0074-03

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赵明宇（1970年—），男，高级工程师。