浅析土壤介质对PCCP管道阴极保护效果的影响研究

2017-12-15韩成

水利技术监督 2017年5期

韩成

韩成

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳 110015）

PCCP（预应力钢筒混凝土管）输水管线，采用牺牲阳极的阴极保护系统，来防止管道钢芯锈蚀破坏。文章选取了在建的PCCP管道输水工程，为试验段进行实地测试研究对象。依据牺牲阳极的阴极保护原理，分析测试结果，通过在壤土、砂土、粉质粘土三种不同土壤介质条件下，对PCCP管道阴极保护效果的影响研究。

阴极保护；极化电位；PCCP管

1 研究内容及方法

1.1 研究内容

针对牺牲阳极的PCCP管道阴极保护系统研究，包括（1）在同一含水率下三种土壤介质（壤土、砂土、粉质粘土）对PCCP供水管道牺牲阳极的极化效果分析；（2）不同土壤介质（壤土、砂土、粉质粘土）对PCCP管道各项极化参数测定与分析；（3）牺牲阳极的 PCCP输水管道阴极保护方法在以上三种不同土壤中的运行规律。

1.2 研究方法

利用牺牲阳极的阴极保护理论，分析PCCP管道工程中遇到的问题原因，通过工程试验来验证理论分析结果。选择不同的土壤介质进行阴极保护安装，并采用不同的方法进行观测对比，得出土壤介质对PCCP管道阴极保护效果的影响。

2 试验设计及方法

2.1 试验区域基本概况

试验于2016年5～8月期间进行，试验地点主要在北票市境内的，PCCP管道供水工程施工现场。本标段PCCP管道采用了双管同槽、管道内径为3.8m，管线长约23.5km，具有管道口径大、工作高压力高、地质条件复杂等特点。对PCCP管采用牺牲阳极的阴极保护法，阳极材料为锌合金，在设计寿命服务期为25年。

PCCP管道的阴极保护阳极埋设位置为：管道最外侧埋设与管道的腰线处，延管体方向的布置位置为15m，距管体水平距离为1.50m，垂直高度为1.90m；两个管道中间处埋设于基础地面以下阳极坑内。详见图1管道阴极保护埋设示意图，图2阴极保护阳极埋设剖面图。

图1 PCCP阴极保护阳极埋设示意图

图2 阴极保护阳极埋设剖面图

2.2 试验设计

本试验测试在三种不同土壤介质（砂土、壤土、粉质粘土）中的PCCP管道的阴极保护数据。选择的土壤类型为：壤土、砂土、粉质粘土，按照土壤类型分布，所对应的3个测试段桩号编号为：①D047+577—D048+619、 ②D053+541—D053+737、 ③D048+619—D048+695。

2.3 试验测定的项目

根据国家标准《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》（GB/T28725-2012），《牺牲阳极电化学性能试验方法》（GB/T1748-1999），详见表1试验检测项目表。

3 结果与分析

本次试验判断试验结果，依据国家强制性标准《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》（GB/T28725-2012）的相关规定要求，判定分析所测得的试验数据。经过数据整理，测试段的PCCP阴极保护系统安装全部合格，测试数据均有效。

3.1 壤土介质对阴极保护效果的影响

壤土介质①号测试段测试数据，详见表2。

3.2 砂土介质对阴极保护效果的影响

砂土介质②号测试段测试数据，详见表3。

表1 试验检测项目表

表2 ①号测试段壤土试验期数据表

表3 ②号测试段砂土试验期数据表

表4 ③号测试段粉质粘土试验期数据表

3.3 粉质粘土对阴极保护效果影响

粉质粘土介质③号测试段测试数据，详见表4。

3.4 数据分析

依据国家强制性标准《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》（GB/T28725-2012）的相关规定要求，判定分析所测得的试验数据。土壤电阻率是土壤的属性指标，极化电位是阴极保护效果的判断指标，从图3数据中可以得出，土壤电阻率与阳极发生电流、极化电位成负相关的关系，即土壤电阻率与阴极保护效果呈负相关。

图3 三种土壤土壤电阻率与极化电位关系图

4 结语

通过对壤土、砂土、粉质粘土三种不同土壤介质条件下的PCCP管道阴极保护效果测试结果分析中得出，不同土壤介质中PCCP管道保护效果差异明显。在11个测试指标中PCCP管的自身测试指标有6个，土壤介质直接影响的指标有2个即：土壤电阻率和阳极接地电流，土壤电阻率和阳极接地电流负相关。土壤电阻率与国标规定的3个强制性指标的比较中，土壤电阻率与跨接管道间电阻值正相关；土壤电阻率与管/地间通电电位极化值负相关；土壤电阻率与阳极开路电位负相关。

这三种土壤介质土壤电阻率差别较大，由大到小的排列顺序为：砂土＞壤土＞粉质粘土。粉质粘土的电阻率最小，而与之相对应的极化电位和土壤电阻率成反比关系。也就是说，土壤电阻率越小的介质中锌合金阳极系统保护越好，由此可以得出不同土壤介质中的PCCP阴极保护效果差异明显。

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