韓 成

淺析土壤介質(zhì)對PCCP管道陰極保護效果的影響研究

韓 成

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110015）

PCCP（預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）輸水管線，采用犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)，來防止管道鋼芯銹蝕破壞。文章選取了在建的PCCP管道輸水工程，為試驗段進行實地測試研究對象。依據(jù)犧牲陽極的陰極保護原理，分析測試結(jié)果，通過在壤土、砂土、粉質(zhì)粘土三種不同土壤介質(zhì)條件下，對PCCP管道陰極保護效果的影響研究。

陰極保護；極化電位；PCCP管

1 研究內(nèi)容及方法

1.1 研究內(nèi)容

針對犧牲陽極的PCCP管道陰極保護系統(tǒng)研究，包括（1）在同一含水率下三種土壤介質(zhì)（壤土、砂土、粉質(zhì)粘土）對PCCP供水管道犧牲陽極的極化效果分析；（2）不同土壤介質(zhì)（壤土、砂土、粉質(zhì)粘土）對PCCP管道各項極化參數(shù)測定與分析；（3）犧牲陽極的 PCCP輸水管道陰極保護方法在以上三種不同土壤中的運行規(guī)律。

1.2 研究方法

利用犧牲陽極的陰極保護理論，分析PCCP管道工程中遇到的問題原因，通過工程試驗來驗證理論分析結(jié)果。選擇不同的土壤介質(zhì)進行陰極保護安裝，并采用不同的方法進行觀測對比，得出土壤介質(zhì)對PCCP管道陰極保護效果的影響。

2 試驗設(shè)計及方法

2.1 試驗區(qū)域基本概況

試驗于2016年5～8月期間進行，試驗地點主要在北票市境內(nèi)的，PCCP管道供水工程施工現(xiàn)場。本標(biāo)段PCCP管道采用了雙管同槽、管道內(nèi)徑為3.8m，管線長約23.5km，具有管道口徑大、工作高壓力高、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點。對PCCP管采用犧牲陽極的陰極保護法，陽極材料為鋅合金，在設(shè)計壽命服務(wù)期為25年。

PCCP管道的陰極保護陽極埋設(shè)位置為：管道最外側(cè)埋設(shè)與管道的腰線處，延管體方向的布置位置為15m，距管體水平距離為1.50m，垂直高度為1.90m；兩個管道中間處埋設(shè)于基礎(chǔ)地面以下陽極坑內(nèi)。詳見圖1管道陰極保護埋設(shè)示意圖，圖2陰極保護陽極埋設(shè)剖面圖。

圖1 PCCP陰極保護陽極埋設(shè)示意圖

圖2 陰極保護陽極埋設(shè)剖面圖

2.2 試驗設(shè)計

本試驗測試在三種不同土壤介質(zhì)（砂土、壤土、粉質(zhì)粘土）中的PCCP管道的陰極保護數(shù)據(jù)。選擇的土壤類型為：壤土、砂土、粉質(zhì)粘土，按照土壤類型分布，所對應(yīng)的3個測試段樁號編號為：①D047+577—D048+619、 ②D053+541—D053+737、 ③D048+619—D048+695。

2.3 試驗測定的項目

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護》（GB/T28725-2012），《犧牲陽極電化學(xué)性能試驗方法》（GB/T1748-1999），詳見表1試驗檢測項目表。

3 結(jié)果與分析

本次試驗判斷試驗結(jié)果，依據(jù)國家強制性標(biāo)準(zhǔn)《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護》（GB/T28725-2012）的相關(guān)規(guī)定要求，判定分析所測得的試驗數(shù)據(jù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，測試段的PCCP陰極保護系統(tǒng)安裝全部合格，測試數(shù)據(jù)均有效。

3.1 壤土介質(zhì)對陰極保護效果的影響

壤土介質(zhì)①號測試段測試數(shù)據(jù)，詳見表2。

3.2 砂土介質(zhì)對陰極保護效果的影響

砂土介質(zhì)②號測試段測試數(shù)據(jù)，詳見表3。

表1 試驗檢測項目表

表2 ①號測試段壤土試驗期數(shù)據(jù)表

表3 ②號測試段砂土試驗期數(shù)據(jù)表

表4 ③號測試段粉質(zhì)粘土試驗期數(shù)據(jù)表

3.3 粉質(zhì)粘土對陰極保護效果影響

粉質(zhì)粘土介質(zhì)③號測試段測試數(shù)據(jù)，詳見表4。

3.4 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)國家強制性標(biāo)準(zhǔn)《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護》（GB/T28725-2012）的相關(guān)規(guī)定要求，判定分析所測得的試驗數(shù)據(jù)。土壤電阻率是土壤的屬性指標(biāo)，極化電位是陰極保護效果的判斷指標(biāo)，從圖3數(shù)據(jù)中可以得出，土壤電阻率與陽極發(fā)生電流、極化電位成負相關(guān)的關(guān)系，即土壤電阻率與陰極保護效果呈負相關(guān)。

圖3 三種土壤土壤電阻率與極化電位關(guān)系圖

4 結(jié)語

通過對壤土、砂土、粉質(zhì)粘土三種不同土壤介質(zhì)條件下的PCCP管道陰極保護效果測試結(jié)果分析中得出，不同土壤介質(zhì)中PCCP管道保護效果差異明顯。在11個測試指標(biāo)中PCCP管的自身測試指標(biāo)有6個，土壤介質(zhì)直接影響的指標(biāo)有2個即：土壤電阻率和陽極接地電流，土壤電阻率和陽極接地電流負相關(guān)。土壤電阻率與國標(biāo)規(guī)定的3個強制性指標(biāo)的比較中，土壤電阻率與跨接管道間電阻值正相關(guān)；土壤電阻率與管/地間通電電位極化值負相關(guān)；土壤電阻率與陽極開路電位負相關(guān)。

這三種土壤介質(zhì)土壤電阻率差別較大，由大到小的排列順序為：砂土＞壤土＞粉質(zhì)粘土。粉質(zhì)粘土的電阻率最小，而與之相對應(yīng)的極化電位和土壤電阻率成反比關(guān)系。也就是說，土壤電阻率越小的介質(zhì)中鋅合金陽極系統(tǒng)保護越好，由此可以得出不同土壤介質(zhì)中的PCCP陰極保護效果差異明顯。

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A

1008-1305（2017）05-0019-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.007

2017-03-02

韓 成（1984年—），男，工程師。