牺牲阳极保护技术在天津市新开河水厂二期工程

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简介： 由于金属的腐蚀，每年各个国家由此造成的经济损失约占国民经济总产值的2～4%，所以各行业必须重视腐蚀危害的严重性。一般认为腐蚀损失的1/4～1/3可以通过现有的防护技术及合理的选材加以避免。除去大气腐蚀及其它某些环境不能使用外，阴极保护是防止腐蚀最经济和有效的方法。如要在有涂层的构筑物（金属管道）上使用，效果更好且经济性更加合理。世界上采用阴极保护已经有十几年的历史了，其优异的防腐效果已经得到了充分的认证。
关键字：阳极保护 金属的腐蚀 腐蚀损失 腐蚀危害

一、概况

　　由于金属的腐蚀，每年各个国家由此造成的经济损失约占国民经济总产值的2～4%，所以各行业必须重视腐蚀危害的严重性。一般认为腐蚀损失的1/4～1/3可以通过现有的防护技术及合理的选材加以避免。除去大气腐蚀及其它某些环境不能使用外，阴极保护是防止腐蚀最经济和有效的方法。如要在有涂层的构筑物（金属管道）上使用，效果更好且经济性更加合理。世界上采用阴极保护已经有十几年的历史了，其优异的防腐效果已经得到了充分的认证。
　　阴极保护的方法有两种：一种是外加电源保护方法，第二种是牺牲阳极保护方法。新开河水厂二期工程——水源输水管道工程采用了牺牲阳极保护方法，其优点是：施工简单；施工后不需要专门的管理人员；可以使用在无电源的场合和可移动的对象；经济上有利于不规模、分散和已涂覆的对象；对其它管道杂电干扰小。此项技术在天津市自来水集团公司大口径管道上应用尚属首例，也是一个示范工程。
　　新开河水厂二期工程——水源输水管道工程D2080×18mm钢管，从宜兴埠泵站二期泵房开始，沿京津塘高速公路东侧向南铺设，在铺设600米处向西垂直穿过高速公路，然后沿高速公路西侧距原D1860×18mm管道中心线8米处向南铺设，过北环线铁路，穿过新开河，过河后，向西穿过外环线桥，在原有D1860×18mm水源管道和堤之间的河滩上铺设，穿过月牙河排水口至新开河水厂二期配水井，管道全长3.7公里，设计输水量55万立方米／日，管道材质为钢管，外防腐为石油煤沥青加强级防腐，部分地段采用环氧煤沥青，环氧玻璃钢或胶带防腐。
　　D2080×18mm管线所处地貌情况大多是农田，浅池塘和河滩池，经与天津大学共同测试，均属长年漫水，低洼潮湿的盐碱地，氯化物含量高，导电性强，土壤电阻率在4～10Ωm之间，个别达到30Ωm。

　　二、阴极保护工程设计方案

　　该工程的设计指标有效保护期为25年；在有效保护期内，被保护地下钢管的保护电位控制在-0.85V～-1.30V（相对于铜／饱和硫酸铜参比电极）；有效保护期内，被保护管道不会因土壤腐蚀而发生泄漏，且阴极保护不会对邻近管道产生干扰腐蚀作用，挂片测试保护度大于90%。
　　2.1　保护对象及范围
　　本工程的保护对象为天津市新开河水厂二期工程——水源输水管道工程D2080×18mm铜管，管外径为2080mm，从宜兴埠泵站至水厂配水井，管道全长3.7公里，以及由闸室引出的四条钢管，管道总长为4.0公里，总保护面积26138平方米。
　　2.2　牺牲阳极材料、填充料及阳极布置。
　　天津市新开河水厂二期工程——水源输水管道工程直径2000mm钢管，沿线电阻率大部分在4～10Ωm，个别达到30Ωm，且被保护钢管的管径较大，因此采用镁合金牺牲阳极保护。
　　为了保证镁合金牺牲阳极输出电流稳定，提高阳极效率，降低阳极接地电阻，阻止阳极表面钝化层形成，阳极周围一定要填加严格按成分配比制成的填充料。镁合金牺牲阳极用的填充料主要由石膏粉、硫酸镁和膨润土组成，其重量百分比为25%、25%和50%。
　　本工程综合考虑到保护年限要求，埋地管线外防腐涂层种类以及埋地管线沿线土壤的腐蚀性，选定镁合金牺牲阳极，外形尺寸为(150+130)×125×700mm的长条型阳极，每支阳极重为22kg，需用填充料60kg，阳极与填充料组成阳极填料包的外形尺寸为φ400×1000mm。埋设深度为2.5～3.5米，旁离距离1.5～2.5米，每组埋设点设两支阳极，分别埋于管线两侧，阳极组间距为35米，共设阳极埋设点114处，总阳极支数228支。详见镁

　　2.3　检测系统
　　2.3.1　保护电位测试
　　为了全面掌握整个管道的保护情况，必须定期测定管线不同区段的保护电位。实践证明，阴极保护工作中，被保护金属构件的保护电位是评定保护效果的重要参数。对埋地钢质构件来说，构件电极电位达到-0.85～-1.30V时，该构件处于最佳保护状态，保护度可达90%～98%；当构件电极电位正于-0.85时，说明被保护构件处于欠佳保护状态，保护度达不到设计要求；当被保护的金属构件电极电位负于-1.30V时，说明该金属构件处于过保护状态，保护度虽高，但有破坏防腐涂层的可能性，进而增加了保护电流，造成阳极消耗过快，影响阴极保护后期的防腐效果。
　　本工程在埋地钢管的不同部位共埋设六组保护电位测试桩。
　　2.3.2　保护测试
　　为了定量的评定地下管道阴极保护效果，本设计采用埋地检查片测定保护度。检查片选用与被保护管道相同的材料制成，每组6片，分别埋设于六组测试桩下，其中3片与管道电性连接，接受与管道同样的保护，称为保护检查片；另外3片与管道电性绝缘，遭受自然腐蚀，称为非保护片。经过埋地一定时间后，取出检查片，称量各自腐蚀失重，按下式计算保护度：
　　　　　　　n=P1/S1-P2/S2／P1/S1
　　式中：n——保护度，%；
　　　　　P1——非保护检查片失重，g；
　　　　　P2——保护检查片失重，g；
　　　　　S1——非保护检查片接地面积，cm；
　　　　　S2——保护检查片接地面积，cm；
　　检查片的起样时间分别为1年、5年，即共分为二组二次取样称重计算。
　　天津市新开河水厂二期工程——水源管道工程D2080×18mm钢管，阴极保护工程自1997年11月竣工至1999年1月已经运行一年多，共取出1组检查片，进行称重计算，保护度均达90%以上，其钢管的电极电位均在-0.88～-1.22V之间，达到了设计的要求。

天津市自来水集团有限公司科技情报站
天津市给排水研究设计院
1999年5月