犧牲陽極保護技術在天津市新開河水廠二期工程-水源輸水管道工程D2080×18mm鋼管上的應用
作者：李俊林 姚林芳
摘要： 由于金屬的腐蝕，每年各個國家由此造成的經濟損失約占國民經濟總產值的2～4%，所以各行業必須重視腐蝕危害的嚴重性。一般認為腐蝕損失的1/4～1/3可以通過現有的防護技術及合理的選材加以避免。除去大氣腐蝕及其它某些環境不能使用外，陰極保護是防止腐蝕最經濟和有效的方法。如要在有涂層的構筑物（金屬管道）上使用，效果更好且經濟性更加合理。世界上采用陰極保護已經有十幾年的歷史了，其優異的防腐效果已經得到了充分的認證。
關鍵字： 陽極保護 金屬的腐蝕 腐蝕損失 腐蝕危害
一、概況
由于金屬的腐蝕，每年各個國家由此造成的經濟損失約占國民經濟總產值的2～4%，所以各行業必須重視腐蝕危害的嚴重性。一般認為腐蝕損失的1/4～1/3可以通過現有的防護技術及合理的選材加以避免。除去大氣腐蝕及其它某些環境不能使用外，陰極保護是防止腐蝕最經濟和有效的方法。如要在有涂層的構筑物（金屬管道）上使用，效果更好且經濟性更加合理。世界上采用陰極保護已經有十幾年的歷史了，其優異的防腐效果已經得到了充分的認證。
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；經濟上有利于不規模、分散和已涂覆的對象；對其它管道雜電干擾小。此項技術在天津市自來水集團公司大口徑管道上應用尚屬首例，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向南鋪設，在鋪設600米處向西垂直穿過高速公路，然后沿高速公路西側距原D1860×18mm管道中心線8米處向南鋪設，過北環線鐵路，穿過新開河，過河后，向西穿過外環線橋，在原有D1860×18mm水源管道和堤之間的河灘上鋪設，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，設計輸水量55萬立方米／日，管道材質為鋼管，外防腐為石油煤瀝青加強級防腐，部分地段采用環氧煤瀝青，環氧玻璃鋼或膠帶防腐。
D2080×18mm管線所處地貌情況大多是農田，淺池塘和河灘池，經與天津大學共同測試，均屬長年漫水，低洼潮濕的鹽堿地，氯化物含量高，導電性強，土壤電阻率在4～10Ωm之間，個別達到30Ωm。
二、陰極保護工程設計方案
該工程的設計指標有效保護期為25年；在有效保護期內，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，被保護管道不會因土壤腐蝕而發生泄漏，且陰極保護不會對鄰近管道產生干擾腐蝕作用，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。埋設深度為2.5～3.5米，旁離距離1.5～2.5米，每組埋設點設兩支陽極，分別埋于管線兩側，陽極組間距為35米，共設陽極埋設點114處，總陽極支數228支。詳見鎂
2.3 檢測系統
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段的保護電位。實踐證明，陰極保護工作中，被保護金屬構件的保護電位是評定保護效果的重要參數。對埋地鋼質構件來說，構件電極電位達到-0.85～-1.30V時，該構件處于最佳保護狀態，保護度可達90%～98%；當構件電極電位正于-0.85時，說明被保護構件處于欠佳保護狀態，保護度達不到設計要求；當被保護的金屬構件電極電位負于-1.30V時，說明該金屬構件處于過保護狀態，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月已經運行一年多，共取出1組檢查片，進行稱重計算，保護度均達90%以上，其鋼管的電極電位均在-0.88～-1.22V之間，達到了設計的要求。
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天津市給排水研究設計院
1999年5月
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