陰極保護(hù)技術(shù)在供水管道定向鉆穿越中的應(yīng)用

劉建國(guó) 潘文繼 詹壽贊

（1. 長(zhǎng)園長(zhǎng)通新材料股份有限公司，廣東 深圳 518106；2. 佛山市西江供水有限公司，廣東 佛山528100）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市化發(fā)展與建設(shè)，對(duì)于供水管道的需求逐年增加。鋼質(zhì)供水管道受敷設(shè)環(huán)境及各種干擾影響，腐蝕穿孔時(shí)有發(fā)生。對(duì)鋼質(zhì)供水管道采取陰極保護(hù)措施，勢(shì)在必行，目前在國(guó)內(nèi)一些省份已經(jīng)推廣實(shí)施，并取到了良好的效果。

1 項(xiàng)目概況

廣東某市某供水項(xiàng)目之過(guò)北江管道工程埋地管道全長(zhǎng)約2000m，設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，管材為L(zhǎng)360，規(guī)格為1219×9.5mm，其中穿越北江段約810m，其它段為開(kāi)挖埋地敷設(shè)，埋深約1.5～2m，防腐方式為加強(qiáng)級(jí)3PE防腐層。

過(guò)北江供水管道采用水平定向鉆方式穿越，管道回拖過(guò)程中不可避免造成管道外防腐層損傷，為了減緩因防腐層破損造成管道腐蝕，對(duì)穿越段管道采取陰極保護(hù)措施。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，鋼質(zhì)供水管道穿越已經(jīng)完成，過(guò)北江兩側(cè)留有法蘭，但不具備電絕緣。穿越河流兩岸土質(zhì)為黏土，埋深10米內(nèi)的土壤電阻率為5.9～42.5Ω·m，根據(jù)GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》[1]，當(dāng)土壤電阻率小于20Ω·m時(shí)，土壤腐蝕性評(píng)價(jià)為“強(qiáng)”；當(dāng)土壤電阻率在20～50Ω·m時(shí)，土壤腐蝕性評(píng)價(jià)為“中”。綜合分析，此穿越處土壤對(duì)鋼質(zhì)管道有中到強(qiáng)腐蝕性。

2 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)

陰極保護(hù)方法分為強(qiáng)制電流法和犧牲陽(yáng)極法，考慮到現(xiàn)場(chǎng)過(guò)江管道已經(jīng)穿越完成，在過(guò)江兩側(cè)埋設(shè)犧牲陽(yáng)極可能導(dǎo)致保護(hù)不均勻，甚至江底管道欠保護(hù)。綜合考慮穿越段管道采取強(qiáng)制電流法進(jìn)行保護(hù)[2]，在江北岸穿越點(diǎn)附近建造陰保間一座，對(duì)過(guò)江兩側(cè)法蘭螺栓進(jìn)行絕緣改造。

3 陰極保護(hù)施工

3.1 法蘭螺栓絕緣改造方案

（1）測(cè)量原法蘭螺栓的直徑及長(zhǎng)度，做好記錄，然后準(zhǔn)備好配套的絕緣材料；

（2）螺桿加1mm厚絕緣熱縮套管將螺桿與法蘭孔做絕緣處理，WK-WSS收縮套在加熱安裝時(shí)，基材在徑向收縮的同時(shí)，內(nèi)部復(fù)合膠層熔化，緊緊地包覆在絕緣處，與基材一起在螺栓外形成了一個(gè)牢固的防腐體，具有優(yōu)異的耐磨性，耐腐蝕，抗沖擊及良好的抗紫外線和光老化性能；

（3）螺母與法蘭之間加3mm厚絕緣環(huán)氧樹(shù)脂墊片將螺母與法蘭片做絕緣處理；

（4）法蘭之間安裝聚四氟墊片或者橡膠墊片。法蘭絕緣改造如圖1所示；

圖1 法蘭絕緣改造示意圖

（5）螺栓的拆卸和安裝采取對(duì)角線拆卸和安裝的原則；

（6）螺栓安裝后，使用萬(wàn)用表的導(dǎo)通檔測(cè)試螺栓與法蘭是否導(dǎo)通（也可用絕緣電阻表測(cè)量），并做好記錄，如仍然導(dǎo)通，重復(fù)拆卸該螺栓直至測(cè)試合格。

3.2 深井陽(yáng)極地床施工

輔助陽(yáng)極地床采用深井陽(yáng)極地床，陽(yáng)極地床與管道的最近距離應(yīng)大于50m，陽(yáng)極地床的位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)深層土壤電阻率數(shù)據(jù)選定。

陽(yáng)極井直徑為300mm，陽(yáng)極井深度為50m，輔助陽(yáng)極采用高硅鑄鐵陽(yáng)極，陽(yáng)極規(guī)格為預(yù)包裝φ273×2000mm×6支，陽(yáng)極下井后填充石油焦炭至陽(yáng)極井頂部，每支陽(yáng)極單獨(dú)電纜引至地面，接入陽(yáng)極接線箱，輔助陽(yáng)極地床的接地電阻應(yīng)小于4Ω。

3.3 陰極保護(hù)電纜的連接及敷設(shè)

本工程陰極保護(hù)用電纜包括陽(yáng)極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜、參比電極電纜和機(jī)殼接地電纜等，各類陰保電纜的規(guī)格如下：

陽(yáng)極/陰極電纜 YJV22-0.6/1kV 1×25 mm2；

陽(yáng)極分電纜/機(jī)殼接地電纜 YJV22-0.6/1kV 1×10mm2；

零位接陰/參比電極電纜 YJV22-0.6/1kV 1×6 mm2；

陰保電纜與管道之間采用鋁熱焊的方式進(jìn)行連接，焊接務(wù)必導(dǎo)電良好，不得虛焊，焊接后應(yīng)對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的防腐絕緣，電纜與管道焊接處應(yīng)采用粘彈體膏、粘彈體及熱收縮帶進(jìn)行防腐。電纜與電纜之間采用銅管壓接的方式進(jìn)行連接。

陰保電纜敷設(shè)時(shí)地面、地下均應(yīng)留足裕量，以防止土壤下沉?xí)r拉斷電纜。電纜上方應(yīng)鋪沙蓋磚塊。電纜埋設(shè)后，應(yīng)在轉(zhuǎn)角處、穿越處、每隔20m處埋設(shè)標(biāo)識(shí)樁。

3.4 長(zhǎng)效參比電極安裝

選用預(yù)填包料長(zhǎng)效參比電極，埋設(shè)前用清水浸泡24h。長(zhǎng)效參比電極應(yīng)直立埋設(shè)在管道一側(cè)或正上方緊貼管道，在參比電極的上方安裝PVC管，方便測(cè)試及澆水。

3.5 恒電位儀安裝

陰保間恒電位儀選用一用一備，規(guī)格選用7 5 V/3 0 A，電源為交流A C 2 2 0 V±1 0%，50Hz±5%，恒電位儀具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

恒電位儀安裝包括：

（1）恒電位儀與陽(yáng)極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜、參比電纜的連接；

（2）設(shè)備機(jī)殼接地。

安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照其產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行。電纜連接時(shí)應(yīng)確保極性正確，并且確保電氣接觸導(dǎo)通良好。

4 陰極保護(hù)測(cè)試

4.1 檢測(cè)項(xiàng)目

檢測(cè)項(xiàng)目：管道自然電位、管道通/斷電電位、管道交流電壓、陽(yáng)極接地電阻、恒電位儀輸出電流電壓、長(zhǎng)效參比電極誤差。

4.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)

恒電位儀運(yùn)行參數(shù)，如表1所示。

表1 恒電位儀運(yùn)行參數(shù)

陽(yáng)極接地電阻測(cè)試結(jié)果，如表2所示。

表2 陽(yáng)極接地電阻測(cè)試結(jié)果

電位測(cè)試結(jié)果，如表3所示。

表3 電位測(cè)試結(jié)果

4.3 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)過(guò)江鋼質(zhì)供水管道施加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，管道南北岸斷電電位比自然電位負(fù)向偏移量增大，但未比臨界電位-1.20V（CSE）更負(fù)，符合GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[1]。

4.4 條陰極保護(hù)準(zhǔn)則的要求

說(shuō)明本次陰極保護(hù)設(shè)計(jì)滿足防腐要求，可以對(duì)穿越段管道提供陰極保護(hù)，減緩管道的腐蝕速率。

鋼質(zhì)供水管道南北岸交流電壓均未超過(guò)4V，符合 GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[3]交流干擾影響小，可不采取交流干擾排流措施。

5 結(jié)語(yǔ)

陰極保護(hù)是目前減緩鋼質(zhì)管道腐蝕最有效的方法，在石油天然氣管輸行業(yè)應(yīng)用比較成熟，本次強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)在供水管道定向鉆穿越河流中的成功應(yīng)用，為供水管道在特殊地段通過(guò)增加陰極保護(hù)來(lái)減少管道腐蝕提供了可靠依據(jù)。