專利名稱：地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下管道防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)，特別提供了一種地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，采用大口徑鋼質(zhì)輸水管線具有安全、可靠及建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)，是目前輸水工程中比較常用方法。該工藝主要是通過工作豎井間操作進(jìn)行管道頂進(jìn)埋設(shè)，除工作豎井外其它管線途徑地面不進(jìn)行地面挖掘，采用傳統(tǒng)的腐蝕防護(hù)工藝 已很難徹底解決頂管管道耐久性問題，給管道的耐久性設(shè)計(jì)和施工工藝帶來新的難題。從目前已建的頂管管線情況來看，這主要存在防腐涂層性能與該施工工藝匹配問題，焊接部位補(bǔ)口匹配問題，中繼間涂層保護(hù)問題，及陰極保護(hù)設(shè)計(jì)與施工工藝問題等。關(guān)于大口徑鋼質(zhì)頂管管道耐久性的應(yīng)用已經(jīng)成為以更值得亟待解決的技術(shù)難題。由于大中城市擴(kuò)建或新建輸水管線工程中，通常埋設(shè)管線的土壤中或地面上已建有城市基礎(chǔ)設(shè)施或建筑物，采用開放式挖掘埋設(shè)大口徑管線會(huì)破壞這些已建城市基礎(chǔ)設(shè)施，如路面、綠化帶、構(gòu)筑物等，這給埋設(shè)管線施工帶來困難，也使施工成本大幅度的提高，并對(duì)城市居民的正常生活帶來影響。近年來非開挖埋設(shè)管線技術(shù)的進(jìn)步和完善使人看到了解決問題的希望，目前非開放式埋設(shè)管線的方法主要有盾構(gòu)法、定向鉆法、頂管施工法，其中頂管施工工藝適合大口徑鋼質(zhì)管線施工，綜合成本低，施工效率高，對(duì)城市設(shè)施和居民生活影響最小。如果陸域輸水管線埋地較深，以直徑3. 6米頂管管線為例，埋設(shè)深度均在10米以上，上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院的調(diào)查報(bào)告中指出，當(dāng)土壤深度大于10米時(shí)，土壤電阻率大多小于10Ω ·Π1。如果地下水位較高(例如沿途多處有河渠)，預(yù)計(jì)此類土壤環(huán)境對(duì)鋼質(zhì)管線有較強(qiáng)的的腐蝕破壞。另外，對(duì)某些特殊地段管線的腐蝕也應(yīng)格外關(guān)注，例如有磁懸浮列車通過之處，設(shè)置有交流變電站之處。這些地點(diǎn)也都可能會(huì)對(duì)管線帶來較大的雜散電流引起的電化學(xué)腐蝕。頂管施工過程中管段間連接焊縫以及采用中繼間技術(shù)推進(jìn)管道的焊接部位的腐蝕防護(hù)也需格外關(guān)注。總之，地下施工鋼頂管的腐蝕問題不容忽視，為保障該工程耐久性，必須對(duì)鋼頂管采取相應(yīng)的腐蝕防護(hù)措施。而且，如果鋼頂管埋設(shè)深，必然造成維修困難，更不可能中途更換管道，因此這類鋼頂管的腐蝕防護(hù)措施務(wù)必可靠，即耐久性要求極高。但是，由于該管線距離長(zhǎng)、埋設(shè)深且要求非開挖施工，其腐蝕防護(hù)面臨諸多亟待解決的問題。I、現(xiàn)有技術(shù)中，埋地鋼頂管腐蝕防護(hù)方法簡(jiǎn)介如下鋼頂管在土壤中的腐蝕是由于鋼材的某一部分在其與土壤環(huán)境所形成的電池中處于陽極地位，電位較低，因電子流失造成腐蝕，見

圖18。為了抑制腐蝕，人們采用以下幾種防護(hù)方法I)預(yù)留腐蝕余量采用厚壁的大口徑鋼管，依靠鋼材自身的腐蝕余量達(dá)到設(shè)計(jì)壽命要求，這種方法需要花費(fèi)很多鋼鐵資源，而且制造和安裝費(fèi)用較高，施工周期長(zhǎng)，需要專業(yè)性強(qiáng)的制管裝備，這對(duì)于大口徑的鋼頂管來講還存在力學(xué)方面的諸多問題。另外，僅留有腐蝕余量的鋼頂管在土壤腐蝕環(huán)境可能會(huì)由于局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生不可預(yù)見性的破壞。同時(shí)，目前我國(guó)也很少具備大批量生產(chǎn)大口徑超厚壁鋼管能力。2)耐腐蝕合金鋼近50年來材料學(xué)家研制了多種耐腐蝕的低碳合金鋼和不銹鋼，包括10CrMoAl、304、316L和00Cr26Ni7Mo2Ti等，雖然其腐蝕速率較普通碳鋼低2倍多，但焊接工藝復(fù)雜，易在焊接部位和熱影響區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕等，從而降低了使用的結(jié)構(gòu)整體的安全性，而且造價(jià)也較高。3)保護(hù)涂層或有機(jī)保護(hù)襯套防腐自從18世紀(jì)中葉歐洲采用煤焦油、亞麻油作為金屬的防腐蝕方法以來，防護(hù)涂層得到蓬勃發(fā)展，已成為金屬材料最廣泛的防腐措施，防腐蝕覆蓋層已經(jīng)形成了有機(jī)涂料、水泥砂漿、磁漆和金屬覆蓋層4大體系。涂層防腐蝕方法總體來說，施工簡(jiǎn)單，適用于所有的腐蝕環(huán)境，但它作為獨(dú)立的保護(hù)手段，需要具備在整個(gè)服役過程中對(duì)環(huán)境無害、完整無缺的特點(diǎn)。這需要在預(yù)制、安裝、搬運(yùn)以及后續(xù)的運(yùn)行中不出現(xiàn)明顯破損，否則會(huì)加劇局部區(qū)域的腐蝕。襯套防腐主要將橡膠、玻璃鋼、聚乙烯等材料作 為襯套，在局部進(jìn)行特別加強(qiáng)保護(hù)的方法。4)陰極保護(hù)方法自從1836年英國(guó)的戴維首次將鑄鐵連接在船體的黃銅上對(duì)其進(jìn)行陰極保護(hù)以來，該方法得到廣泛推廣，在埋地管道的防護(hù)中更是不可缺少。陰極保護(hù)的原理是采取人為的手段使鋼材電位降低，從而抑制鋼的腐蝕。這一點(diǎn)從鋼材的電位-PH圖可以看出，在鋼材的電位低于某一值時(shí)，鋼材處于不腐蝕狀態(tài)，見圖23。尤其在鋼的電位低于-O. 85V(相對(duì)于飽和銅/硫酸銅參比電極，簡(jiǎn)稱CSE)后，鋼的腐蝕可以忽略，因此-O. 85V/CSE也成為鋼材陰極保護(hù)的電位準(zhǔn)則，在陰極保護(hù)工程中被廣泛采納。要達(dá)到這樣的目的采取的方法是將電子從外部朝鋼材流動(dòng)，從而降低鋼材的腐蝕速度，如圖24、25所示。根據(jù)降低鋼結(jié)構(gòu)電位的手段不同，陰極保護(hù)手段分為外加電流(圖24)和犧牲陽極(圖25)兩種方法,兩者的對(duì)比見下表I。表I兩種陰極保護(hù)方式的優(yōu)缺點(diǎn)
權(quán)利要求
1.地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)，具體為布置在地下管道(I)上的饋電連接裝置和陰極保護(hù)裝置的組合；其特征在于所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成如下饋電電纜(401)、饋電連接頭(402)、犧牲陽極(7);其中饋電電纜(401)的下端通過饋電連接頭(402)與地下管道(I)外壁固定連接且構(gòu)成電連接，犧牲陽極(7)固定連接在饋電電纜(401)的另一端； 防水套管(5)放置在外護(hù)管(2)內(nèi)，其前端固定布置有饋電連接頭(402)，饋電連接頭(402 )與地下管道(I)外壁緊密接觸且不移動(dòng)，以便進(jìn)行饋電連接頭(402 )與地下管道(I)二者之間的焊接操作；防水套管(5)的構(gòu)成如下螺桿(501)、套管接頭(502)、套管連接管(503)、套管前端接頭(504)、饋電連接頭(402);其中前四者都為空心管狀結(jié)構(gòu)；套管連接管(503)和饋電連接頭(402)之間通過套管前端接頭(504)、連接為同軸線的一體；饋電連接頭(402)上預(yù)連接有饋電電纜(401)，螺桿(501)至少為一段，不同的螺桿(501)之間或/和螺桿(501)與套管連接管(503)之間通過套管接頭(502)連接為同軸線的一體； 犧牲陽極(7 )具體通過饋電裝置(4 )與地下管道(I)形成電連接，并最終構(gòu)成地下管道陰極保護(hù)系統(tǒng)；所述犧牲陽極(7)具體為分段式結(jié)構(gòu)，外部為犧牲陽極材料層(701)、內(nèi)部為中空的鋼筒(702);各段之間通過螺紋連接構(gòu)成鋼筒(701)之間的電連接關(guān)系，最上部和下部設(shè)置有密封用的封堵(704)，上部引出饋電電纜(401)連接饋電裝置(4)并最終與地下管道(I)形成電連接關(guān)系。
2.按照權(quán)利要求I所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于犧牲陽極材料層(701)材料滿足下述幾種要求之一或其組合鎂陽極，鋅陽極，鋁-鋅-銦系合金犧牲陽極，鋅一鋁一鎘合金犧牲陽極。
3.按照權(quán)利要求I所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于犧牲陽極(7)的布置間距為50 - 500米；成對(duì)布置或者單一布置； 饋電連接頭(402 )設(shè)置在整個(gè)防水套管(5 )最前段，饋電連接頭(402 )前端設(shè)置有封閉的內(nèi)腔，其前端厚度為O. 2-8mm ;饋電連接頭(402)封閉內(nèi)腔的前端面為錐面，錐面的橫截面隨距離饋電連接頭(402)的前端面的減小而減小。
4.按照權(quán)利要求3所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于 在饋電連接頭(402)與地下管道(I)焊接固定之后滿足下述電阻率和焊接強(qiáng)度要求電阻率要求在O. 1-0. 01歐姆；焊接強(qiáng)度要求使用50-200kg的外力牽拉饋電電纜(401)，要求不會(huì)破壞饋電連接頭(402 )與地下管道(I)的焊接質(zhì)量。
5.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于在饋電連接頭(402 )與地下管道(I)焊接部位還滿足下述要求使用灌漿裝置(8 )在饋電連接頭(402)處加入保護(hù)填料以保護(hù)饋電連接頭(402)。
全文摘要
地下管道系統(tǒng)用陰極保護(hù)系統(tǒng)，其構(gòu)成如下饋電電纜(401)、饋電連接頭(402)、犧牲陽極(7)；其中饋電電纜(401)的下端通過饋電連接頭(402)與地下管道(1)外壁固定連接且構(gòu)成電連接，犧牲陽極(7)固定連接在饋電電纜(401)的另一端；防水套管(5)放置在外護(hù)管(2)內(nèi)，其前端固定布置有饋電連接頭(402)，饋電連接頭(402)與地下管道(1)二者之間焊接固定；犧牲陽極(7)具體通過饋電裝置(4)與地下管道(1)形成電連接，并最終構(gòu)成地下管道陰極保護(hù)系統(tǒng)。本發(fā)明是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及的內(nèi)容較多；技術(shù)成熟度較高，具有可預(yù)期的極為巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
文檔編號(hào)C23F13/06GK102912354SQ201210408360
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者李京, 魏英華, 劉陽, 趙海濤, 馬躍, 陸衛(wèi)中, 史杰智, 李曉東, 高英, 張立新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所