Katodinės apsaugos technologijos taikymas vandens tiekimo vamzdynuose

Katodinės apsaugos technologijos taikymas sausumos vandens vamzdynuose (plieniniai vamzdžiai ir PCCP) yra pagrindinis būdas išvengti metalo korozijos ir prailginti vamzdyno tarnavimo laiką. Dėl plieninių vamzdžių ir įtemptojo betono cilindrinių vamzdžių (PCCP) medžiagų savybių ir eksploatavimo aplinkos skirtumų yra didelių katodinės apsaugos projektavimo ir įgyvendinimo skirtumų.

1. Korozijos aplinka ir iššūkiai

Pagrindiniai korozijos tipai:

• Elektrocheminė korozija: korozijos ląstelės, susidarančios dėl dirvožemio drėgmės, druskingumo ir deguonies skirtumų.
• Klaidžiojančios srovės korozija: srovės trukdžiai iš netoliese esančių elektros įrenginių ir geležinkelio tranzito.
• Mikrobinė korozija (MIC): sulfatus{0}}redukuojančios bakterijos (SRB) pagreitina koroziją anaerobiniame dirvožemyje.

Didelės{0}}rizikos sritys:

• Suvirinimo siūlės ir dangos defektai: Vietiniai plieniniai vamzdžiai veikia kaip anodai.
• Didelės-druskos / mažos varžos dirvožemiai (pvz., pakrantės zonos): korozijos greitis gali siekti 0,1–0,3 mm per metus.

2. Katodinės apsaugos technologijos pasirinkimas

Sacrificial Anode System (aukojamas anodas CP, SACP)

1) Taikomi scenarijai:

• Trumpas-atstumas (<5 km), small-diameter (
• Dirvožemio ar gėlo vandens aplinka.

2) Anodo medžiagos:

• Magnio lydinio anodai: aukšta varomoji įtampa, tinka didelės varžos{0}}dirvožemiui arba gėlam vandeniui.
• Cinko lydinio anodai: žema varomoji įtampa, tinka mažos{0}}varžybės dirvožemiams (<1000 Ω·cm).

3) Dizaino parametrai:

• Apsaugos srovės tankis: 0,02–10 mA/m² (priklausomai nuo dangos kokybės ir vamzdynų scenarijų, pvz., 5-10 mA/m² 3PE-dengtiems palaidotiems vamzdžiams regioninėse sistemose, 0,01-0,05 mA/m² ilgo atstumo 3PE vamzdynams).
• Anodo įkasimo gylis: 1,5–2 metrai (yra drėgnuose dirvožemio sluoksniuose po vamzdynais).

Impressed Current System (Impressed Current CP, ICCP)

1) Taikomi scenarijai:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>DN1000) vamzdynai.
• Dirvožemio ar vandens aplinka.

2) Sistemos komponentai:

• Anodo lovos: didelio{0}}silicio ketaus anodai, MMO (mišraus metalo oksido) anodai, grafito anodai, lankstūs anodai ir kt.
• Maitinimas: pastovaus potencialo lygintuvas (valdo potencialą esant -0,85~-1,20 V, palyginti su Cu/CuSO₄).
• Etaloniniai elektrodai: nuolatiniai Cu/CuSO₄ elektrodai (palaidoti šalia vamzdynų).

3) Pagrindiniai dizaino taškai:

• Nuotolinės anodo lovos Didesnis arba lygus 50 metrų nuo vamzdynų, kad būtų išvengta netolygaus srovės pasiskirstymo.
• Paskirstytos anodinės lovos (keli išsklaidyti taškai) sudėtingoms vietovėms arba tankioms miesto vietovėms.

Pagrindinės technologijos ir kombinuota apsauga

1) Danga + CP sinergija:

• Dangų tipai: 3PE (trijų sluoksnių polietilenas), FBE (lydyta epoksidinė medžiaga) ir kt.
• Dangos defektų valdymas: pažeistų taškų CP aprėptis (srovės tankis mažesnis arba lygus 10 mA/m², kai pažeidimo lygis<1%).

2) Klijavimas ir izoliacija:

• Norėdami izoliuoti apsaugotus vamzdynus nuo kitų metalinių konstrukcijų, kurios gali trukdyti CP srovei, naudokite izoliacinius flanšus arba jungtis.
• Sumontuokite jungiamuosius kabelius, kad subalansuotumėte potencialų skirtumus.

1. PCCP korozijos mechanizmas

Struktūrinės charakteristikos:

• Iš anksto įtemptos plieninės vielos, apvyniotos aplink plieninius cilindrus, padengtos betoniniais išoriniais sluoksniais.
• Vielos korozijos rizika: Betono karbonizacija arba chlorido prasiskverbimas sunaikina pasyvavimo plėveles.

Korozijos pasekmės:

• Vielos lūžiai, dėl kurių plyšta vamzdis (pvz., 2000 m. PCCP sprogimo incidentas Tampos įlankoje, JAV).

2. KP techniniai iššūkiai

Dabartinis ekranavimas:

• Betono sluoksniai trukdo srovei pasiekti laidus, todėl reikia specialios konstrukcijos.

Vandenilio trapumo rizika:

• Perteklinė{0}}apsauga (galima<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

Stebėjimo sunkumai:

• Į betoną įterptų laidų potencialą reikia išmatuoti per apsauginius sluoksnius.

3. CP įgyvendinimo sprendimai

Paskirstyti anodai:

• Sumontuokite cinko lydinio apsauginius anodus dirvožemyje už vamzdžio sienelių arba MMO juostinius anodus / laidžius polimerinius anodus.

Nuotolinės anodo lovos:

• Esamuose vamzdynuose naudokite gilias{0}}šulinių anodo lovas, kad prasiskverbtumėte į betono sluoksnius.

Dizaino parametrai:

• Apsaugos potencialas: -0,85–1,00 V (palyginti su Cu/CuSO₄), kad būtų išvengta vandenilio trapumo.
• Srovės tankis: 0,1–1,0 mA/m² (mažas srovės poreikis dėl didelės betono savitosios varžos).

4. Stebėjimas ir priežiūra

Galimas stebėjimas:

• Zondai: prisotinti Cu/CuSO₄ elektrodai grunte arba iš anksto{0}}įterpti Mn/MnO₂ elektrodai betone, kad būtų galima stebėti laidų potencialą realiuoju laiku.
• Sekcijų izoliacija: Padalinkite PCCP vamzdynus į segmentus, kad galėtumėte stebėti nepriklausomą potencialą.

Įspėjimas dėl laido trūkimo:

• Akustinė emisija (AE): aptikti įtempių bangų signalus dėl laidų lūžių.
• Elektromagnetinis metodas (EMT): nuskaitykite vamzdžių paviršius, kad įvertintumėte laido vientisumą.

• Kinijos uosto Karačio No.4 vandens vamzdyno EPC projektas, Pakistanas
• JAFURAH gėlinimo ir vandens tiekimo projektas (JFD)
• Sindziango 180 km PCCP dujotiekio CP projektas, kuriame naudojami supakuoti cinko anodai- ir didelio-grynumo cinko juostelės anodai.
• Xinjiang Kashi kaimo geriamojo vandens saugos projektas.
• Sindziang Pishan upės baseino jungtinis vandens tiekimo projektas (I etapas) CP
• Ningbo Taoyuan vandens gamyklos ir išeinančio vamzdyno CP projektas
• Putian Jinzhong vandens mazgo nukreipimo projektas - Mazu filialo pakrantės PCCP vamzdynas

1. Dabartiniai iššūkiai

• Netolygus PCCP srovės pasiskirstymas: kintantis betono storis sukelia vietinę per mažą -apsaugą / per{1}}apsaugą.
• Ekonomiškumas-: PCCP CP kainuoja 3–5 kartus daugiau nei plieninių vamzdžių sistemos (dėl betono prasiskverbimo reikalavimų).
• Vandenilio trapumo kontrolė: reikia tiksliai reguliuoti potencialą (pvz., naudojant potencialo ribotuvus).

2. Inovacijų kryptys

Išmaniosios anodo medžiagos:

• Savaime{0}}reguliuojantys anodai (automatiškai reguliuoti srovės išvestį pagal drėgmę / druskingumą).
• Nano{0}}kompozitiniai anodai (pvz., CNT-patobulintas MMO, siekiant pagerinti srovės efektyvumą).

Skaitmeninis stebėjimas:

• IoT (daiktų interneto) platformos, skirtos potencialių, dabartinių ir akustinių spindulių duomenų{0}}analizei realiuoju laiku.
• Mašininis mokymasis nuspėti korozijos taškus ir optimizuoti apsaugos parametrus.

Žaliosios technologijos:

• Saulės / vėjo{0}}varomos ICCP sistemos (pvz., Australijos Snowy Mountains hidroelektrinės schema).

3. Standartai ir specifikacijos

Tarptautiniai standartai:

• NACE SP0169 (Išorinės korozijos požeminėse arba povandeninėse metalinių vamzdynų sistemose kontrolė).
• NACE SP0100 (katodinė apsauga, skirta kontroliuoti betoninių slėginių vamzdynų ir skiedinio išorinę koroziją{1}}dengtų plieno vamzdynų, skirtų vandens ar nuotekų tarnybai).

Kinijos standartai:

• GB/T 21448-2017 „Įkastų plieninių vamzdynų katodinės apsaugos techninė specifikacija“ apibrėžia palaidotų plieninių vamzdynų apsaugos nuo korozijos, naudojant katodinės apsaugos metodus, standartus.
• GB/T 19685-2017 „Įtemptojo betono cilindrų vamzdžiai“ pateikiami įtemptojo betono cilindrinių vamzdžių, kurie dažniausiai naudojami vandens ir nuotekų sistemose, specifikacijos.
• GB/T 28725-2012 „Įkastų įtemptojo betono cilindrų vamzdžių katodinė apsauga“ orientuojasi į katodinės apsaugos standartus, skirtus specialiai palaidotiems įtemptojo betono cilindriniams vamzdžiams, užtikrinant jų ilgaamžiškumą ir vientisumą.

CP taikymui žemės vandens vamzdynuose (plieno ir PCCP) reikia tikslinių projektų:

• Plieniniai vamzdžiai: sutelkite dėmesį į dangos ir CP sinergiją, kad pašalintumėte sroves ir dirvožemio koroziją.
• PCCP: Tiesioginė vielos apsauga per betono sluoksnius, kartu subalansuojant vandenilio trapumo riziką.

Ateities tendencijose akcentuojamas išmanusis stebėjimas, mažai{0}}vandenilio-trapios medžiagos ir ekologiškos energijos sprendimai, siekiant patenkinti tolimojo-vandens perdavimo ir miesto tinklų patikimumo reikalavimus, o vandens infrastruktūros plėtra siekia šimtmečio -ilgio tarnavimo laiko.