阴极保护技术在输水管道中的应用及效果评价.pdf
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1、全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月63经验交流Experience Exchange技术阴极保护技术在输水管道中的应用及效果评价韩 涛于效康(青岛水投黄水东调投资运营有限公司,山东 青岛 266000)摘 要:长距离输水工程是解决一个城市用水量迅速增加的主要措施之一,其输水管道的稳定运行是一个城市居民生活和生产的重要保障,本文以青岛市黄水东调承接工程输水管道为例,主要开展了以下三点工作:(1)系统地分析了输水管道内外腐蚀的类型与机理;(2)详细地介绍了输水管道的阴极保护设计过程及防护效果评价;(3)创新性地引入应用于阀井内的电位智能采集装置。通过一系列举措保证埋地输水管道的安全稳定
2、运行。关键词:输水管道腐蚀阴极保护电位检测中图分类号:TV672 文献标识码:A DOI:10.13726/ki.11-2706/tq.2023.06.063.05 Application and Effect Evaluation of Cathodic Protection Technology in Water PipelineHAN Tao,YU Xiao-kang(Qingdao Water Investment and Operation Co.,Ltd.Qingdao 266000,China)Abstract:Long distance water conveyance pro
3、ject is one of the main measures to solve the rapid increase of water consumption in a city,and the stable operation of its water conveyance pipeline is an important guarantee for the life and production of urban residents.Taking the water conveyance pipeline of the East Yellow Water Diversion Proje
4、ct in Qingdao as an example,this paper mainly carries out the following three points of work:(1)Systematically analyzes the types and mechanism of internal and external corrosion of water conveyance pipeline;(2)The design process of cathodic protection of water pipeline and the evaluation of protect
5、ive effect are introduced in detail;(3)The potential intelligent collection device applied in the valve well is innovatively introduced.Through a series of measures to ensure the buried water pipeline safe and stable operation.Key words:water piping;corrosion;cathodic protection;potential detection.
6、作者简介:韩涛(1978),男,山东青岛人,高级工程师,本科,主要从事水利工程建设管理工作。0 引言随着社会的发展,城镇化水平越来越高,工业生产和居民生产生活对水资源的依赖也越来越大,特别是在北方地区,由于秋冬季少雨,仅靠地表水库、河流和地下水资源已不能满足社会发展的需要。长距离输水工程就成了解决一个城市用水量迅速增加和合理配置水资源的主要措施之一,目前长TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.202364经验交流Experience Exchange技术距离输水主要分为明渠输水和管道输水两种,管道输水由于其可控的流量,几乎无损耗的输送过程和节约宝贵的土
7、地资源方面优势,成为了许多城市外调水资源的“新宠”。然而随着供水管道的运行年限的增长,管道发生腐蚀破裂、水资源泄露的现象也屡见不鲜。严重制约着工业生产和居民生活,也造成了水资源的浪费。因此,近年以来,供水管道的腐蚀与防护越来越引起相关政府部门及运营企业的重视1-3。供水管道的腐蚀是由于管道金属基体与外界介质发生化学或电化学反应,基体金属由游离态(单质)转变为化合态(氧化物、硫化物、盐类物质等)的过程。供水管道内外壁都能发生腐蚀现象,在输送水资源的管道中,水中含有的氧会使管道发生吸氧腐蚀,水低粘度和高流速特性对管道内壁会发生物理冲刷,管道因物理冲刷溶解而发生腐蚀,特别是当输送水中含有大量的Ca2
8、+、Mg2+离子时,很容易在管道内壁发生结垢,导致管道发生垢下腐蚀。供水管道外壁发生的腐蚀基本上都是因为管道与管道周围的土壤介质发生电化学反应的结果,在中性、碱性或弱酸性的环境中,多发生吸氧腐蚀,即:阳极区发生氧化反应,金属失电子由单质变成离子,离子脱离金属基体表面进入到土壤中;阴极区发生还原反应,氧分子/氧原子得到电子被还原生成OH-,其电化学反应式如下:阳极区:Fe-2e-=Fe2+阴极区:O2+2H2O+4e-4OH-总反应:2Fe+O2+H2O=2Fe(OH)2反应产物Fe2+与OH-结合成Fe(OH)2化合物,但是由于Fe2+具有强还原性,会被氧分子/氧原子继续氧化生成化合价更高的F
9、e3+,后经脱水形成稳定的铁氧化物(Fe2O3),电化学持续进行,基体不断被氧化,最终导致管道腐蚀破裂4,5。在强酸性的环境中,发生析氢腐蚀:阳极区发生氧化反应,金属失去电子由单质变成金属离子,阴极区发生还原反应,氢离子得到电子变成氢原子,进而结合成氢分子,其电化学反应式如下:阳极区:Fe-2e-=Fe2+阴极区:2H+2e-H2总反应:Fe+2H+=Fe2+H2随着反应的不断进行,更多的Fe原子置换出H2,管道基体中Fe不断被消耗,最终也会导致管道腐蚀破裂。本文选择青岛市黄水东调承接工程作为研究对象,黄水东调承接工程起始点为山东省黄水东调二期宋庄东延工程输水管线末端,承接工程输水主管线末端为
10、官路水库,输水主管线为DN3000mm钢管,Q235B涂塑复合钢管,28mm管壁,管线路长62.084km,管道全线埋地铺设,在穿越重要交通道路时采用顶套管施工工艺。黄水东调承接工程自输水主管线上分设南部、东部、北部三条输水管线,为青岛市源源不断的输送水资源。1 阴极保护机理简介阴极保护技术是向被保护金属结构物表面施加一个外加电流,使被保护物成为阴极,抑制金属电子流失金,极大地避免或降低腐蚀的发生概率,是电化学保护技术的一种。阴极保护技术从施加外加电流的类型可以分为外加电流法和牺牲阳极法两种,外加电流法是指通过外加直流电源,电流经地床释放到土壤、水等电介质中,电流从电解质流向被保护构筑物,使被
11、保护金属结构电位低于周围环境,从而对构筑物起到保护作用。牺牲阳极法是指将一种电位更负的金属(通常为铝、锌、镁及其合金等材料)与被保护构筑物连接,并处于同一电解质中,电位较低的金属上的电子会通过导线转移到被保护金属上去,使整全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月65经验交流Experience Exchange技术个被保护构筑物处于较负的电位下,从而对构筑物起到保护作用6。阴极保护对供水钢质管道的保护原理可以通过腐蚀极化图来表达,如图1所示。其中,Ek0,Ea0分别为钢质管道在土壤、水等电解质中腐蚀原电池的阴极平衡电位和阳极平衡电位。Ek0至N、Ea0至Q分别为腐蚀原电池的理论阴极极化曲
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