大口径PCCP管线承插式绝缘接头技术研究

李保华

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳111000）

大口径PCCP管线承插式绝缘接头技术研究

李保华

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳111000）

对传统大口径PCCP管线施工中采用绝缘法兰进行电导通绝缘方式存在管道阴极保护的绝缘件的绝缘、密封及安装问题进行阐述，有针对性的研发出承插式绝缘接头技术，并对在实际工程中的应用效果进行了分析，得出了采用PCCP管线承插式绝缘接头的先进性和具有良好的推广前景的结论。

PCCP；绝缘法兰；承插式；绝缘接头

1 研究背景

预应力钢筒混凝土管（简称PCCP）由于具有耐久性强、输水量大和造价相对低的特点，目前已经成为大规模调水工程的首选管材。PCCP预应力钢丝防腐蚀要求极高，当环境腐蚀性较强时，需要采用伴随管道埋设锌阳极进行阴极保护，避免预应力钢丝腐蚀。近年来，阴极保护防腐技术已经成为PCCP输水管线的重要防腐措施之一。在南水北调工程、大伙房输水工程、磨盘山引水工程等大型调水工程都采用了PCCP管作为主输水管材，而且对PCCP管道都采用了阴极保护。但由于不同管线埋置区域的腐蚀环境差异、杂散电流的影响以及管线材质不同，对管线采用阴极保护的极化电位设计的范围不同，需要采用电气绝缘接头对两侧管线进行电连续性的隔离，以确保两侧管线区域段得到不同的极化电位和消除杂散电流的影响。如果采用阴极保护而没有实现可靠的电导通绝缘，会对预应力钢丝产生过保护或欠保护的不利影响，过保护将会造成预应力钢丝发生氢脆性反应，导致钢丝断裂；欠保护将不能实现防腐蚀的目的，降低工程使用年限。可以说，没有电导通绝缘，便没有阴极保护。

2 传统绝缘法兰方式存在问题

传统的绝缘工艺有绝缘法兰、绝缘短管、整体型绝缘接头、装配型绝缘接头等。对于大口径的管线通常采用绝缘法兰，但也会存在问题，主要包括：在安装和服役过程中绝缘材料容易受到损伤、绝缘性能不稳定、易产生渗漏、附属设施多及施工困难。如在大型PCCP管输水工程中采用绝缘法兰进行电导通绝缘时，为达到止水目的，安装人员往往用力紧固螺栓，绝缘层很容易损坏，造成绝缘失效、管道渗漏；另外考虑螺栓锈蚀问题，一般将绝缘法兰布设在阀井内，导致施工工序复杂，施工工期较长，增加了工程造价。例如大伙房输水（二期）工程中便采用了绝缘法兰，一共有28组绝缘法兰，其中有6组法兰出现漏水现象。主要原因是大口径管道法兰盘重约1t，螺栓垫片为非金属绝缘材料，具有一定的压缩性，法兰绝缘垫片非常容易损坏，导致紧固螺栓松动，且绝缘法兰长期处于潮湿环境，非常容易锈蚀，绝缘效果大幅度下降。

3 承插式绝缘接头研究成果

基于上述原因，结合辽宁省某重点工程建设，研究提出了PCCP管线阴极保护用承插式绝缘接头替代传统的绝缘法兰的研究方向。研发了一种用于PCCP与钢管、PCCP与PCCP之间的绝缘接头。绝缘接头绝缘密封面为承插的连接方式，具有可靠的绝缘性和密封性。研究过程中进行了大量的室内外实验，并对生产的样品进行了相关性能检测达到了密封和绝缘要求。

3.1 绝缘接头的结构布置形式

PCCP输水工程中绝缘接头的布置有3种使用工况：绝缘接头两侧均为PCCP管、一侧与PCCP管的插口相连另一侧与钢管相连、一侧与PCCP管的承口相连另一侧与钢管相连（如图1，2，3所示）。绝缘接头共有四大组件，分别为：绝缘承口转换件、绝缘承插口转换件、非绝缘承插口转换件、非绝缘双插口转换件，通过这四种组件的组合，便可以实现上述3种使用工况的绝缘要求。

图1 PCCP插口-钢管绝缘接头示意图

图2 PCCP承口-钢管绝缘接头示意图

图3 PCCP-PCCP绝缘接头示意图

表1 检测项目一览表

3.2 绝缘材料与施工工艺

通过实际尺寸样品的单口水压试验、整体水压试验、水压试验前后的绝缘性能测试，认为采用双组份无溶剂环氧涂层的绝缘接头可以保证密封性能、结构强度及绝缘性能的要求。在90℃从蒸馏水和盐水的长期浸泡模拟现场绝缘涂层的长期耐久性的结果来看，1000um无溶剂双组份改性环氧涂层绝缘满足耐久性要求。因此采用双组份无溶剂环氧涂层的绝缘接头可满足工程的使用要求。

通过现场和实验室对涂装工艺研究，采用无溶剂双组份改性环氧涂层高压无气热喷涂工艺才能确保涂层的致密性和涂层的一致性，而且通过现场再现检测，可以控制涂层的厚度，无收缩性，后续不需要机加工工艺，节省施工时间和预制费用。在设计绝缘接头时特别在绝缘涂层在受弯曲和变形情况下必须考虑现场施工工况，对绝缘接头电绝缘性能的长期变化应加以注意。

喷涂后对绝缘涂层进行了以下项目的检测：外观检测、厚度检测、5kV直流电火花检测、5kV绝缘漏电检测、500V绝缘电阻检测、现场拉拔附着力测试绝缘涂层控制指标如下表：3.3 绝缘密封面止水问题的解决措施

密封面采用通常的PCCP承插式接口进行止水（如图4所示），通常的PCCP承插式接口经试验验证，可承受3.0MP a以上的水压力，绝缘接头与通常的PCCP接口相比增加了绝缘层，绝缘层附着在承口钢环上，承口钢环经喷砂除锈打毛，锚纹深度要求在60μ m以上，保证绝缘层与承口钢环结合良好，水密性能可以保证。需要进行试验验证的是采用不同性质、厚度的绝缘层在水压力作用下绝缘电阻是否能满足电导通绝缘要求。

文献标识码： 文章编号：1672-2469（2015）05-0065-02

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.020

李保华（1966年—），男，高级工程师。