大口径PCCP管道工程阴极防腐施工

2017-06-06赵小龙

黑龙江水利科技 2017年3期

关键词：管道工程阴极保护口径

赵小龙

(辽宁省营口水文局，辽宁营口 115003)

大口径PCCP管道工程阴极防腐施工

赵小龙

(辽宁省营口水文局，辽宁营口 115003)

PCCP管道是一种将钢管与预应力混凝土管优点相结合的非金属性优质符合管材，这种管材在生产过程更加的环保，并且性能也更加的优越，在工程中使用可以进一步提升管理的质量，展示出环保性和技术性的双重特点，在管材中的地位非常高。我国最早出现PCCP管材是在20世纪的90年代，作为一种新型的管材，在使用的过程中展示出了良好的性能，不仅造价低、密封性好，并且在防腐性方面取得较大的进展，安装也更加方便，对于水质造成的污染较少，因此我国在进行管道工程中较多的使用这类材料，提升了整体的管理质量。文章从大口径PCCP管道工程出发，研究使用该种材料在管道工程中的特性，并对阴极防腐工程进行分析。

大口径PCCP；管道工程；阴极防腐；施工方法

0 引言

预应力钢筒混凝土管出现至今经历了50a的发展历史，该材料最早出现在美国，但是随着该种材料自身的优势不断出现，使用范围不断的增加，至今已经成为全世界使用较为广泛的材料。PCCP管主要组成是钢板、钢丝和混凝土结构，是一种符合板材，在使用的过程中可以采用内衬式，也可以采用埋置式，具体的情况需要结合实际施工的需要。在工作的过程中，嵌埋在管道内部的薄钢板可以具有很强的防渗功能，并且在开口的位置设置密封圈，这样在工作的状态下，可以起到很好的防渗作用，在管道工程中使用PCCP技术对管道工程的进步起到非常大的作用。

1 大口径PCCP管道工程阴极防腐概述

1.1 大口径PCCP管道

大口径PCCP管是一种新型的刚性管材，在生产的过程主要是采用高强度的混凝土作为管芯然后周围缠绕预应力钢丝，最后通过水利岩浆进行封层，并且使用钢制承插口，与钢筋合并在一起进行焊接，这样就会出现成接口处有凹槽和胶圈的滑动性柔性接头，形成钢板、混凝土、水泥材料相互混合的结构，提升了管道使用的质量，管道不仅具备原本的功能，在坚固性方面更加具有优势。

PCCP管具有复合型材料的共性，承受内部压力、接头的密封性、抗震性、施工便捷性方面得到较大的提升，并且维护方面非常的便捷，目前被运用到大型长间隔的输水干线中，成为水利工程非常重要的组成部分[1]。而且，在使用的过程中因为材料管理基础本身较好，管道管理方面也得到一定的提升，故障发生的频率明显的降低，基本不会出现漏水等问题，对于管道施工整体较好。PCCP管道结构见图1。

图1 PCCP管道结构

1.2 阴极防腐

管道在地下本身会受到严重的腐蚀，而且不同的管道承担不同的职能，输送水资源和排放污水的过程中都会遇到不同的腐蚀，作为PCCP材料，在生产的过程中大量的使用钢材和混凝土结构，因此长期在容易受到腐蚀的环境中对于管道的伤害是不言而喻的，需要对管道进行防腐处理。而阴极防腐主要是将一些活泼的金属连接在需要被保护的金属上，当发生电化腐蚀的时候，活泼金属首先产生化学反映，从而减少需要保护金属被腐蚀的情况，从而对管道进行抗腐蚀性保护。这种方法在使用中也得到认可，并广泛的使用到水中钢桩、海轮外壳的保护中，防止钢材等金属物质长期受到水中物质的腐蚀，影响正常的使用[2-3]。

阴极防腐除了利用活泼金属之外，还可以使用外加电流，将需要保护的金属和电源的负极相连，在通电之后金属的表面就会出现负电荷聚集，从而抑制了金属失去电子的危险，防止水中的金属出现较大规模的变动，从而达到保证金属本身稳定性的目的。这种方法主要适用于防止土壤、海水以及河水金属设备被腐蚀的情况[4-6]。在这些区域活泼金属的化学性质会受到实际环境的影响产生一定的变化，造成防腐效果不能达到预期的效果，而使用电流的方式，可以提升防腐的质量和稳定性，更好的适应管道的管理方法，从而进一步维护管理的质量，减少管道内的腐蚀，提升管道的安全使用时间。

2 工程概况

南水北调工程中主要是使用内径4mPCCP管道，其中惠南庄至大宁段PCCP管道工程是北京段总干渠线路最长的大型输水工程，工程全长56.4km，“内径4m，外径4.8m，该工程中全部使用单根长5m，单根管重78t，最大埋深达20m，使用2.2万余根管道铺设才完成56.4km工程道路铺设，并一路南下，抵达京冀交界的北拒马河渠首，在向北两km处的惠南庄泵站经过加压，直接被“推”进深埋在地下的两排并行的PCCP输水管道，最终团城湖。使用大口径PCCP管道，在南水北调工程中四首次尝试，在技术上不断的进行创新，使得我国管道的建设取得巨大的进步，南水北调使用管道被称做PCCP管，全名为“预应力钢筒混凝土管”，是一种优质的输水管材，具有高强度、高压力、高密封性的“三高”性能。

3 工程进行阴极防腐的必要性

3.1 自然环境的影响

自然环境中水对钢筒的影响是非常明显的，虽然水对于混凝土结构没有腐蚀性，但是大口径PCCP管道还包含了大量的钢材结构，因此需要针对着这些情况对钢材进行防腐性保护。而土壤同样具备腐蚀性，这和其本身的氧化还原电位较高具有较大的关系，土壤中本身电位就在100-200mA之间，电阻率又低于50/m，因此就出现极化电流较为密集的情况，这些电流可以沿着土壤进入到管道中，对金属进行氧化还原，破坏PCCP管道稳定性，造成管道受到一定的腐蚀。

3.2 现实环境影响

南水北调工程北京段在进行设计施工的过程中，就对管径、施工进程和河流流速等进行了细致的分析，并且判断全程土壤电阻频率较较低，但是还是存在一段工程是在沙漠地区，在进行施工的过程中会遇到干湿循环的环境，造成PCCP管道中的CL离子受到破坏，造成管道整体的腐蚀。北京段本身施工处在丘陵的位置，需要穿过岩石和一些水位较低的位置，虽然在地表土壤对管道的腐蚀性较弱，但是在土层较厚和水位较高的位置上，却非常容易出现腐蚀的情况，特别是北京段还遇到丘陵和岩石的地形，并且整段难以进行分段的处理，造成施工过程非常的分散，这些都是进行阴极防腐保护设备必备的条件[7-9]。

3.3 防腐防护取得效果不理想

虽然工程中对管道进行了一定的防护，但是主要采用的防护方式是沥青涂层，在管道使用初期这种技术可以取得较好的效果，防止土壤和水中的介质对管道的腐蚀，但是沥青漆膜不可避免的存在针孔、破损和漏涂的情况，直接对防腐的效果造成影响[10]。而将阴极防腐使用到管道中，和沥青涂层结合起来，一方面可以减少涂层受到损耗，同时又可以降低阴极保护所需的极化电流，使得表面的结构取得更好的效果，增加管道保护质量，提升管道使用寿命。

4 进行大口径PCCP管道阴极防腐施工方法

4.1 阴极防腐安装环境考察

在进行阴极防腐系统安装的过程中，需要对管道内部进行研究，主要对牺牲阳极、管道电连接跨接电缆安装、测试系统、阴极防腐系统4个部分的内容进行调试，并针对实际管道情况对施工位置进行开挖，按照设备的同时还需要关注阳极电缆、均压系统、测试系统的设计和安装，需要整体系统的协调，将系统进行统一的规划设计之后，进行具体的施工。

4.2 阴极防腐系统的安装

在进行系统安装的过程中首先需要对管道线进行安装，这样可以进一步保证防腐系统网络电位分部的均匀性，避免一些杂乱的电流对系统产生影响，保证系统中电位稳定性[11]。在接口的位置设置均压线，防止接口位置土壤等外部环境的突然变化产生的电位波动，尽量的保证电位变化在较小的幅度内。在进行均压线与接口、补口的焊接，一定要均匀。

阳极安装工作也是关键的部分，在进行安装的过程中需要对阳极电缆的封头、外观包装进行检查，防止出现损毁的情况，导致阳极失效，失去原本的保护作用。阳极埋设需要对埋设部位进行选择，最好是在管道外侧和管道中间，管道的外侧采用平行于管道的卧式埋设，距离管道外壁尽量控制在1m之外，并且关注埋设的高度，需要和管道外侧和管道中心的高度保持一致，这样才能保证电流的传输不受阻。而管道中间位置阳极需要埋在沟槽的中心线上，尽量放置在另外开挖的凹槽内，保证其中具有充足的水资源，和管道情况保持一致[12]。在安装完成之后需要测试牺牲阳极的开路电位，保证阳极安装的效果。

4.3 阴极防腐系统调试

在进行阴极系统安装之后，需要进行一定的调试，首先需要将PCCP管道内部所有的钢材结构与可靠电联系在一起，保证钢筒的顶端、预应力钢筋和承口位置都可电缆进行连接，这样才能进一步增加检测工作的准确性。首先在不通电的情况下对PCCP钢管中的探头进行测试，对环境进行观察，然后系统进行通电，仔细观察探头的情况，用数字万用表和参比电极测试观察通电后的电位，判断效果。然后对散源进行测试，发现一些零散电流对防腐电极的干扰，对散源进行隔离，维持防腐系统的稳定性。