大口徑PCCP管線承插式絕緣接頭技術研究

李保華

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽111000）

大口徑PCCP管線承插式絕緣接頭技術研究

李保華

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽111000）

對傳統大口徑PCCP管線施工中采用絕緣法蘭進行電導通絕緣方式存在管道陰極保護的絕緣件的絕緣、密封及安裝問題進行闡述，有針對性的研發出承插式絕緣接頭技術，并對在實際工程中的應用效果進行了分析，得出了采用PCCP管線承插式絕緣接頭的先進性和具有良好的推廣前景的結論。

PCCP；絕緣法蘭；承插式；絕緣接頭

1 研究背景

預應力鋼筒混凝土管（簡稱PCCP）由于具有耐久性強、輸水量大和造價相對低的特點，目前已經成為大規模調水工程的首選管材。PCCP預應力鋼絲防腐蝕要求極高，當環境腐蝕性較強時，需要采用伴隨管道埋設鋅陽極進行陰極保護，避免預應力鋼絲腐蝕。近年來，陰極保護防腐技術已經成為PCCP輸水管線的重要防腐措施之一。在南水北調工程、大伙房輸水工程、磨盤山引水工程等大型調水工程都采用了PCCP管作為主輸水管材，而且對PCCP管道都采用了陰極保護。但由于不同管線埋置區域的腐蝕環境差異、雜散電流的影響以及管線材質不同，對管線采用陰極保護的極化電位設計的范圍不同，需要采用電氣絕緣接頭對兩側管線進行電連續性的隔離，以確保兩側管線區域段得到不同的極化電位和消除雜散電流的影響。如果采用陰極保護而沒有實現可靠的電導通絕緣，會對預應力鋼絲產生過保護或欠保護的不利影響，過保護將會造成預應力鋼絲發生氫脆性反應，導致鋼絲斷裂；欠保護將不能實現防腐蝕的目的，降低工程使用年限。可以說，沒有電導通絕緣，便沒有陰極保護。

2 傳統絕緣法蘭方式存在問題

傳統的絕緣工藝有絕緣法蘭、絕緣短管、整體型絕緣接頭、裝配型絕緣接頭等。對于大口徑的管線通常采用絕緣法蘭，但也會存在問題，主要包括：在安裝和服役過程中絕緣材料容易受到損傷、絕緣性能不穩定、易產生滲漏、附屬設施多及施工困難。如在大型PCCP管輸水工程中采用絕緣法蘭進行電導通絕緣時，為達到止水目的，安裝人員往往用力緊固螺栓，絕緣層很容易損壞，造成絕緣失效、管道滲漏；另外考慮螺栓銹蝕問題，一般將絕緣法蘭布設在閥井內，導致施工工序復雜，施工工期較長，增加了工程造價。例如大伙房輸水（二期）工程中便采用了絕緣法蘭，一共有28組絕緣法蘭，其中有6組法蘭出現漏水現象。主要原因是大口徑管道法蘭盤重約1t，螺栓墊片為非金屬絕緣材料，具有一定的壓縮性，法蘭絕緣墊片非常容易損壞，導致緊固螺栓松動，且絕緣法蘭長期處于潮濕環境，非常容易銹蝕，絕緣效果大幅度下降。

3 承插式絕緣接頭研究成果

基于上述原因，結合遼寧省某重點工程建設，研究提出了PCCP管線陰極保護用承插式絕緣接頭替代傳統的絕緣法蘭的研究方向。研發了一種用于PCCP與鋼管、PCCP與PCCP之間的絕緣接頭。絕緣接頭絕緣密封面為承插的連接方式，具有可靠的絕緣性和密封性。研究過程中進行了大量的室內外實驗，并對生產的樣品進行了相關性能檢測達到了密封和絕緣要求。

3.1 絕緣接頭的結構布置形式

PCCP輸水工程中絕緣接頭的布置有3種使用工況：絕緣接頭兩側均為PCCP管、一側與PCCP管的插口相連另一側與鋼管相連、一側與PCCP管的承口相連另一側與鋼管相連（如圖1，2，3所示）。絕緣接頭共有四大組件，分別為：絕緣承口轉換件、絕緣承插口轉換件、非絕緣承插口轉換件、非絕緣雙插口轉換件，通過這四種組件的組合，便可以實現上述3種使用工況的絕緣要求。

圖1 PCCP插口-鋼管絕緣接頭示意圖

圖2 PCCP承口-鋼管絕緣接頭示意圖

圖3 PCCP-PCCP絕緣接頭示意圖

表1 檢測項目一覽表

3.2 絕緣材料與施工工藝

通過實際尺寸樣品的單口水壓試驗、整體水壓試驗、水壓試驗前后的絕緣性能測試，認為采用雙組份無溶劑環氧涂層的絕緣接頭可以保證密封性能、結構強度及絕緣性能的要求。在90℃從蒸餾水和鹽水的長期浸泡模擬現場絕緣涂層的長期耐久性的結果來看，1000um無溶劑雙組份改性環氧涂層絕緣滿足耐久性要求。因此采用雙組份無溶劑環氧涂層的絕緣接頭可滿足工程的使用要求。

通過現場和實驗室對涂裝工藝研究，采用無溶劑雙組份改性環氧涂層高壓無氣熱噴涂工藝才能確保涂層的致密性和涂層的一致性，而且通過現場再現檢測，可以控制涂層的厚度，無收縮性，后續不需要機加工工藝，節省施工時間和預制費用。在設計絕緣接頭時特別在絕緣涂層在受彎曲和變形情況下必須考慮現場施工工況，對絕緣接頭電絕緣性能的長期變化應加以注意。

噴涂后對絕緣涂層進行了以下項目的檢測：外觀檢測、厚度檢測、5kV直流電火花檢測、5kV絕緣漏電檢測、500V絕緣電阻檢測、現場拉拔附著力測試絕緣涂層控制指標如下表：3.3 絕緣密封面止水問題的解決措施

密封面采用通常的PCCP承插式接口進行止水（如圖4所示），通常的PCCP承插式接口經試驗驗證，可承受3.0MP a以上的水壓力，絕緣接頭與通常的PCCP接口相比增加了絕緣層，絕緣層附著在承口鋼環上，承口鋼環經噴砂除銹打毛，錨紋深度要求在60μ m以上，保證絕緣層與承口鋼環結合良好，水密性能可以保證。需要進行試驗驗證的是采用不同性質、厚度的絕緣層在水壓力作用下絕緣電阻是否能滿足電導通絕緣要求。

文獻標識碼： 文章編號：1672-2469（2015）05-0065-02

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

李保華（1966年—），男，高級工程師。