李俊林　　姚林芳

　　一、概況

　　由于金屬的腐蝕，每年各個國家由此造成的經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的2～4%，所以各行業(yè)必須重視腐蝕危害的嚴(yán)重性。一般認(rèn)為腐蝕損失的1/4～1/3可以通過現(xiàn)有的防護技術(shù)及合理的選材加以避免。除去大氣腐蝕及其它某些環(huán)境不能使用外，陰極保護是防止腐蝕最經(jīng)濟和有效的方法。如要在有涂層的構(gòu)筑物（金屬管道）上使用，效果更好且經(jīng)濟性更加合理。世界上采用陰極保護已經(jīng)有十幾年的歷史了，其優(yōu)異的防腐效果已經(jīng)得到了充分的認(rèn)證。
　　陰極保護的方法有兩種：一種是外加電源保護方法，第二種是犧牲陽極保護方法。新開河水廠二期工程——水源輸水管道工程采用了犧牲陽極保護方法，其優(yōu)點是：施工簡單；施工后不需要專門的管理人員；可以使用在無電源的場合和可移動的對象；經(jīng)濟上有利于不規(guī)模、分散和已涂覆的對象；對其它管道雜電干擾小。此項技術(shù)在天津市自來水集團公司大口徑管道上應(yīng)用尚屬首例，也是一個示范工程。
　　新開河水廠二期工程——水源輸水管道工程D2080×18mm鋼管，從宜興埠泵站二期泵房開始，沿京津塘高速公路東側(cè)向南鋪設(shè)，在鋪設(shè)600米處向西垂直穿過高速公路，然后沿高速公路西側(cè)距原D1860×18mm管道中心線8米處向南鋪設(shè)，過北環(huán)線鐵路，穿過新開河，過河后，向西穿過外環(huán)線橋，在原有D1860×18mm水源管道和堤之間的河灘上鋪設(shè)，穿過月牙河排水口至新開河水廠二期配水井，管道全長3.7公里，設(shè)計輸水量55萬立方米／日，管道材質(zhì)為鋼管，外防腐為石油煤瀝青加強級防腐，部分地段采用環(huán)氧煤瀝青，環(huán)氧玻璃鋼或膠帶防腐。
　　D2080×18mm管線所處地貌情況大多是農(nóng)田，淺池塘和河灘池，經(jīng)與天津大學(xué)共同測試，均屬長年漫水，低洼潮濕的鹽堿地，氯化物含量高，導(dǎo)電性強，土壤電阻率在4～10Ωm之間，個別達(dá)到30Ωm。

　　二、陰極保護工程設(shè)計方案

　　該工程的設(shè)計指標(biāo)有效保護期為25年；在有效保護期內(nèi)，被保護地下鋼管的保護電位控制在-0.85V～-1.30V（相對于銅／飽和硫酸銅參比電極）；有效保護期內(nèi)，被保護管道不會因土壤腐蝕而發(fā)生泄漏，且陰極保護不會對鄰近管道產(chǎn)生干擾腐蝕作用，掛片測試保護度大于90%。
　　2.1　保護對象及范圍
　　本工程的保護對象為天津市新開河水廠二期工程——水源輸水管道工程D2080×18mm銅管，管外徑為2080mm，從宜興埠泵站至水廠配水井，管道全長3.7公里，以及由閘室引出的四條鋼管，管道總長為4.0公里，總保護面積26138平方米。
　　2.2　犧牲陽極材料、填充料及陽極布置。
　　天津市新開河水廠二期工程——水源輸水管道工程直徑2000mm鋼管，沿線電阻率大部分在4～10Ωm，個別達(dá)到30Ωm，且被保護鋼管的管徑較大，因此采用鎂合金犧牲陽極保護。
　　為了保證鎂合金犧牲陽極輸出電流穩(wěn)定，提高陽極效率，降低陽極接地電阻，阻止陽極表面鈍化層形成，陽極周圍一定要填加嚴(yán)格按成分配比制成的填充料。鎂合金犧牲陽極用的填充料主要由石膏粉、硫酸鎂和膨潤土組成，其重量百分比為25%、25%和50%。
　　本工程綜合考慮到保護年限要求，埋地管線外防腐涂層種類以及埋地管線沿線土壤的腐蝕性，選定鎂合金犧牲陽極，外形尺寸為(150+130)×125×700mm的長條型陽極，每支陽極重為22kg，需用填充料60kg，陽極與填充料組成陽極填料包的外形尺寸為φ400×1000mm。埋設(shè)深度為2.5～3.5米，旁離距離1.5～2.5米，每組埋設(shè)點設(shè)兩支陽極，分別埋于管線兩側(cè)，陽極組間距為35米，共設(shè)陽極埋設(shè)點114處，總陽極支數(shù)228支。詳見鎂

　　2.3　檢測系統(tǒng)
　　2.3.1　保護電位測試
　　為了全面掌握整個管道的保護情況，必須定期測定管線不同區(qū)段的保護電位。實踐證明，陰極保護工作中，被保護金屬構(gòu)件的保護電位是評定保護效果的重要參數(shù)。對埋地鋼質(zhì)構(gòu)件來說，構(gòu)件電極電位達(dá)到-0.85～-1.30V時，該構(gòu)件處于最佳保護狀態(tài)，保護度可達(dá)90%～98%；當(dāng)構(gòu)件電極電位正于-0.85時，說明被保護構(gòu)件處于欠佳保護狀態(tài)，保護度達(dá)不到設(shè)計要求；當(dāng)被保護的金屬構(gòu)件電極電位負(fù)于-1.30V時，說明該金屬構(gòu)件處于過保護狀態(tài)，保護度雖高，但有破壞防腐涂層的可能性，進而增加了保護電流，造成陽極消耗過快，影響陰極保護后期的防腐效果。
　　本工程在埋地鋼管的不同部位共埋設(shè)六組保護電位測試樁。
　　2.3.2　保護測試
　　為了定量的評定地下管道陰極保護效果，本設(shè)計采用埋地檢查片測定保護度。檢查片選用與被保護管道相同的材料制成，每組6片，分別埋設(shè)于六組測試樁下，其中3片與管道電性連接，接受與管道同樣的保護，稱為保護檢查片；另外3片與管道電性絕緣，遭受自然腐蝕，稱為非保護片。經(jīng)過埋地一定時間后，取出檢查片，稱量各自腐蝕失重，按下式計算保護度：
　　　　　　　n=P1/S1-P2/S2／P1/S1
　　式中：n——保護度，%；
　　　　　P1——非保護檢查片失重，g；
　　　　　P2——保護檢查片失重，g；
　　　　　S1——非保護檢查片接地面積，cm；
　　　　　S2——保護檢查片接地面積，cm；
　　檢查片的起樣時間分別為1年、5年，即共分為二組二次取樣稱重計算。
　　天津市新開河水廠二期工程——水源管道工程D2080×18mm鋼管，陰極保護工程自1997年11月竣工至1999年1月已經(jīng)運行一年多，共取出1組檢查片，進行稱重計算，保護度均達(dá)90%以上，其鋼管的電極電位均在-0.88～-1.22V之間，達(dá)到了設(shè)計的要求。

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天津市給排水研究設(shè)計院
1999年5月