摘要：本文根据工程实例，参照石油行业的有关规范，对输水钢管阴极保护技术的应用进行总结与探讨，提出了实话要点。
关键词：输水钢管 阴极保护 强制电流 牺牲阳极 实施要点
tract:Consulting on oil industry criterions，this paper and sunmmarize of cathodic protection of steel water pipeline in some engineering examples and also put forward some keys to application
Keywords:steel water pipeline cathodic protection impressed current sacrificial anode points of application
0 前言
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，大口径长距离输水管道工程在各地不断兴建。具有取材制作方便、安装技术成熟、适应复杂地形等优点，既适用于埋地敷设，又可用于跨越架空过河倒虹和顶管施工，在管径1000mm能上能下的输水管道中是目前较多采用的一种管材。但最大缺陷是在自然环境中易产生腐蚀，因此做好的内外防腐是延长使用寿命的重要施工环节。现街上国标《给水道工程施工及验收入规范》（GB50268--97）在“道内外防腐”一节中，对水泥砂浆内防腐层和石油沥青及环氧煤沥青外防腐层的施工作出了相应的规定，而没有提及对道进行阴极保护施工的问题。
由于阴极保护在国外输水管道和国内石油天然气管道的成功应用，日益受到我国供水界的重视。近年来，上海、深圳、成都、大连、厦门、宁波等地相继进行了输水阴极保护的应用实践。但由于这项技术在我国供水行业起步较晚，至今没有统一的行业规范，有一些技术问题还有待于进一步研究。本文根据宁波的工程实例，试对输水阴极保护技术的应用进行总结与探讨。
1 输水阴极保护应用实例
为解决城市水资源短缺和水质污染的问题，宁波市自来水总公司从八十年代末着手规划，并于96至99年间相继建成投运萧镇、横山、江东三项引水工程，把距离市区几十公里外的横山水库和亭下水库存的无污染原水用管道分别输送至南郊、北仑、江东三个水厂，有效解决了市区水厂的水源泉污染问题。这三项引水工程总投资六亿多元，共敷设DN1600mm输水钢制管道102.4公里。外防腐全部采用环氧煤沥青四油两布工艺，并且全线还进行了阴极保护的施工。根据不同的环境条件分别采用强制电流和牺牲阳极两种阴极保护技术，实施情况见表1。
| 工程名称 | 输水长度 （km) |
强制电流法 | 牺牲阳极法 | ||
| 保护长度 （km) |
保护站 (座数) |
保护长度 （km) |
阳极配置 {质量（kg) ×支数× 组数/km} | ||
| 萧镇引水工程 | 29.4 | 20.8 | 2 | 8.6 | 14×5×4 |
| 横山引水工程 | 57.3 | 16 | 2 | 41.3 | 14×5×4 |
| 江东原水工程 | 15.7 | 15.7 | 14×5×4 | ||
2 输水阴极保护实施要点
2.1土壤腐蚀性的评价
钢制管道在土壤环境中的腐蚀主要为电化学过程，腐蚀原电池是其最基本的形式。对土壤的腐蚀性进行正确评价是实施阴级保护的前提，在工程实际中常通过测量环境的土壤电阻率（Ω.m)和自然电位（-V）来评价土壤腐蚀性。对于大多数情况，土壤电阻率越小，自然电位负值越大，则土壤的腐蚀性越强。电阻率与土壤腐蚀性的评价标准参见表2，自然电位与土壤腐蚀性的评价标准参见表3。土壤环境经测定和评价为腐蚀性强、较强和中等的。一般都应进行阴极保护。
| 腐蚀性 | 中 国 | 前苏联 | 英 国 | 日 本 | 美 国 | 法 国 |
| 极强 | ＜5 | ＜9 | ＜5 | |||
| 强 | ＜20 | 5--10 | 9--23 | ＜20 | ＜20 | 5--15 |
| 中等 | 20--50 | 10--20 | 23--50 | 20--45 | 20--45 | 15--25 |
| 弱 | ＞50 | 20--100 | 50--100 | 45--60 | 45--60 | |
| 很弱 | ＞100 | ＞100 | ＞60 | 60--100 | ＞30 |
| 自然电位（-V） （相对与Cu /CuSO4 |
＞0.55 | 0.45--0.55 | 0.30--0.45 | 0.15--0.30 | ＜0.15 |
| 腐蚀性 | 强 | 较强 | 中 | 弱 | 极弱 |
我们在工程设计初期，对管道沿线土壤电阻率和自然电位进行了测量，电位均以Cu-CuSO4饱和溶液为参比电极所测。测试结果显示，萧镇和江东段管道沿线土壤电阻率在20Ω.m左右，而横山段管道沿线土壤电阻率数值相差较大，最低处为16.4Ω.m，最高处超量程（大于628Ω.m）。三段管道沿线自然电位多负于-0.45V。依据国内有关的差别标准，大部分管线所处的土壤环境腐蚀性较强，需要进行阴极保护。
2.2阴极保护方式的选择
阴极保护有强制电流和牺牲阳极两种基本方法，这两种方法各自特点如表4所示。
| 方法 | 优点 | 缺点 |
| 强制电流法 |
1、输出电流连续可调，可满足较大的保护电流密度要求 |
1、需要可靠外部电源。 |
| 牺牲阳极法 |
1、不需要外部电源。 |
1、高电阻环境不宜使用 |
选择阴极保护方式，应根据防腐层质量、土壤环境、现场条件和运行管理等因素，进行技术经济分析，综合考虑确定。一般原则是：
（1）工程规模大宜采用强制电流，规模小则宜采用牺牲阳极。
（2）市区内考虑到对外界干扰电流的影响，一般应采用牺牲阳极。
（3）当土壤电阴率大于100Ω.m时，或管道覆盖质量差，一般宜采用强制电流。
根据上述原则，经过分析比较，宁波市输水阴极保护考虑管线埋设现场的特点以及对外界干扰因素的不同，分别采取牺牲阳极和强制电流阴极保护两种方式。萧镇引水工程全长29.4公里，其中20.8公里管段采用强制电流，设萧镇、北渡两个阴极保护站，其余8.6 公里管段因处市区，采用了牺牲阳极。江东原水工程全长15.7公里，起始段无可靠交流电源，末段处于鄞县中心区和宁波市区，全线阴极保护系统均采用牺牲阳极法。横山引水工程共长57.3公里，其中管线始、终两端各8公里管段采用强制电流保护，其余段因无可靠交流电源，采用了牺牲阳极。穿越东钱湖段两端采用直接焊接捆绑块状镁阳极。
（1）工程设计参命：
输水阴极保护工程设计寿命应与被保护管道使用年限相匹配，一般可取15——25年。
（2）管道保护电位：
相对于饱和铜/硫酸铜参比电极的管道保护电位至少为-850mV。
（3）最小保护电流密度
最小保护电流密度是阴极保护设计的重要参数，它的大小与被保护管道覆盖层质量、种类和管道周围的土壤电阴率大小等因素有关，但一般难以进行理论计算。《给水排水设计手册》中所提供的埋地金属管道所需保护电流密度数值范围大，难以准确选择合理的数据。因此在阴极保护设计施工中应根据具体的环境条件，参照同类工程的运行数据，确定较符合实际情况的数值。也可试在小部分管段采用简易强制电流系统实地测量。根据宁波地区土壤电阻率低的特点，参照同类工程运行参数，我们确定宁波三项引水工程阴极保护设计最小保护电流密度为：外加电流法用0.3～0.4mA/m2，牺牲阳极法用0.15mA/m2。
2.4牺牲阳极材料的选择
应根据管道沿线土壤电阻率测量结果，参照石油行业《埋地钢制管道牺牲阳极阴极保护设计规范》和《镁合金牺牲阳极应用技术标准》，进行牺牲阳极材料和规格的选择，可参见表5、6。
| 土壤电阻率（Ω.m） | 可选阳极种类 |
| ＞100 | 带状镁阳极 |
| 60--100 | 镁（-1.7V) |
| 40--60 | 镁 |
| ＜40 | 镁(-1.5V) |
| ＜15 | 镁(1.5V) |
| ＜5 | 锌 |
| 土壤电阻率（Ω.m） | 可选择阳极规格 |
| ＞100 | 2或4kg |
| 100--50 | 4或8kg |
| 50--20 | 8或11kg |
| 20--10 | 11或14kg |
| ＜5 | 14或22kg |
| 测量点 | 通电点 | P1 | P2 | P3 | P4 | P5 | P6 |
| 自然电位（-V） | 0.60 | 0.59 | 0.60 | 0.55 | 0.585 | 0.64 | 0.58 |
| 保护电位（-V） | 1.226 | 1.398 | 0.885 | 1.036 | 0.904 | 0.877 | 0.866 |
参考文献
（1）胡士信，阴极保护工程手册，化学工业出版社，1999年1月
（2）刘海，长输管道牺牲阳极保护的设计，管道技术与设备，1999年2月
（3）中国市政工程西南设计院给水排水设计手册第1册，建筑工业出版社，1986年7月
（4）埋地钢制管道强制电流阴极保护设计规范，SYJ39--89，石油工业出版社，1991年9月
（5）埋地道牺牲阳极阴极保护设计规范，SY/T0019--97， 中国石油天然气总公司，1997年7月