阴极保护技术在供水管道定向钻穿越中的应用

刘建国 潘文继 詹寿赞

（1. 长园长通新材料股份有限公司，广东 深圳 518106；2. 佛山市西江供水有限公司，广东 佛山528100）

0 引言

随着国内城市化发展与建设，对于供水管道的需求逐年增加。钢质供水管道受敷设环境及各种干扰影响，腐蚀穿孔时有发生。对钢质供水管道采取阴极保护措施，势在必行，目前在国内一些省份已经推广实施，并取到了良好的效果。

1 项目概况

广东某市某供水项目之过北江管道工程埋地管道全长约2000m，设计压力为1.6MPa，管材为L360，规格为1219×9.5mm，其中穿越北江段约810m，其它段为开挖埋地敷设，埋深约1.5～2m，防腐方式为加强级3PE防腐层。

过北江供水管道采用水平定向钻方式穿越，管道回拖过程中不可避免造成管道外防腐层损伤，为了减缓因防腐层破损造成管道腐蚀，对穿越段管道采取阴极保护措施。通过现场实地踏勘，钢质供水管道穿越已经完成，过北江两侧留有法兰，但不具备电绝缘。穿越河流两岸土质为黏土，埋深10米内的土壤电阻率为5.9～42.5Ω·m，根据GB/T 21447-2018《钢质管道外腐蚀控制规范》[1]，当土壤电阻率小于20Ω·m时，土壤腐蚀性评价为“强”；当土壤电阻率在20～50Ω·m时，土壤腐蚀性评价为“中”。综合分析，此穿越处土壤对钢质管道有中到强腐蚀性。

2 阴极保护设计

阴极保护方法分为强制电流法和牺牲阳极法，考虑到现场过江管道已经穿越完成，在过江两侧埋设牺牲阳极可能导致保护不均匀，甚至江底管道欠保护。综合考虑穿越段管道采取强制电流法进行保护[2]，在江北岸穿越点附近建造阴保间一座，对过江两侧法兰螺栓进行绝缘改造。

3 阴极保护施工

3.1 法兰螺栓绝缘改造方案

（1）测量原法兰螺栓的直径及长度，做好记录，然后准备好配套的绝缘材料；

（2）螺杆加1mm厚绝缘热缩套管将螺杆与法兰孔做绝缘处理，WK-WSS收缩套在加热安装时，基材在径向收缩的同时，内部复合胶层熔化，紧紧地包覆在绝缘处，与基材一起在螺栓外形成了一个牢固的防腐体，具有优异的耐磨性，耐腐蚀，抗冲击及良好的抗紫外线和光老化性能；

（3）螺母与法兰之间加3mm厚绝缘环氧树脂垫片将螺母与法兰片做绝缘处理；

（4）法兰之间安装聚四氟垫片或者橡胶垫片。法兰绝缘改造如图1所示；

图1 法兰绝缘改造示意图

（5）螺栓的拆卸和安装采取对角线拆卸和安装的原则；

（6）螺栓安装后，使用万用表的导通档测试螺栓与法兰是否导通（也可用绝缘电阻表测量），并做好记录，如仍然导通，重复拆卸该螺栓直至测试合格。

3.2 深井阳极地床施工

辅助阳极地床采用深井阳极地床，阳极地床与管道的最近距离应大于50m，阳极地床的位置根据现场深层土壤电阻率数据选定。

阳极井直径为300mm，阳极井深度为50m，辅助阳极采用高硅铸铁阳极，阳极规格为预包装φ273×2000mm×6支，阳极下井后填充石油焦炭至阳极井顶部，每支阳极单独电缆引至地面，接入阳极接线箱，辅助阳极地床的接地电阻应小于4Ω。

3.3 阴极保护电缆的连接及敷设

本工程阴极保护用电缆包括阳极电缆、阴极电缆、零位接阴电缆、参比电极电缆和机壳接地电缆等，各类阴保电缆的规格如下：

阳极/阴极电缆 YJV22-0.6/1kV 1×25 mm2；

阳极分电缆/机壳接地电缆 YJV22-0.6/1kV 1×10mm2；

零位接阴/参比电极电缆 YJV22-0.6/1kV 1×6 mm2；

阴保电缆与管道之间采用铝热焊的方式进行连接，焊接务必导电良好，不得虚焊，焊接后应对焊点进行严格的防腐绝缘，电缆与管道焊接处应采用粘弹体膏、粘弹体及热收缩带进行防腐。电缆与电缆之间采用铜管压接的方式进行连接。

阴保电缆敷设时地面、地下均应留足裕量，以防止土壤下沉时拉断电缆。电缆上方应铺沙盖砖块。电缆埋设后，应在转角处、穿越处、每隔20m处埋设标识桩。

3.4 长效参比电极安装

选用预填包料长效参比电极，埋设前用清水浸泡24h。长效参比电极应直立埋设在管道一侧或正上方紧贴管道，在参比电极的上方安装PVC管，方便测试及浇水。

3.5 恒电位仪安装

阴保间恒电位仪选用一用一备，规格选用7 5 V/3 0 A，电源为交流A C 2 2 0 V±1 0%，50Hz±5%，恒电位仪具有数据远传功能。

恒电位仪安装包括：

（1）恒电位仪与阳极电缆、阴极电缆、零位接阴电缆、参比电缆的连接；

（2）设备机壳接地。

安装时应当严格按照其产品说明书进行。电缆连接时应确保极性正确，并且确保电气接触导通良好。

4 阴极保护测试

4.1 检测项目

检测项目：管道自然电位、管道通/断电电位、管道交流电压、阳极接地电阻、恒电位仪输出电流电压、长效参比电极误差。

4.2 检测数据

恒电位仪运行参数，如表1所示。

表1 恒电位仪运行参数

阳极接地电阻测试结果，如表2所示。

表2 阳极接地电阻测试结果

电位测试结果，如表3所示。

表3 电位测试结果

4.3 数据分析

通过对过江钢质供水管道施加强制电流阴极保护，管道南北岸断电电位比自然电位负向偏移量增大，但未比临界电位-1.20V（CSE）更负，符合GB/T 21448-2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》[1]。

4.4 条阴极保护准则的要求

说明本次阴极保护设计满足防腐要求，可以对穿越段管道提供阴极保护，减缓管道的腐蚀速率。

钢质供水管道南北岸交流电压均未超过4V，符合 GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》[3]交流干扰影响小，可不采取交流干扰排流措施。

5 结语

阴极保护是目前减缓钢质管道腐蚀最有效的方法，在石油天然气管输行业应用比较成熟，本次强制电流阴极保护技术在供水管道定向钻穿越河流中的成功应用，为供水管道在特殊地段通过增加阴极保护来减少管道腐蚀提供了可靠依据。