Katodiskās aizsardzības tehnoloģijas pielietojums ūdens apgādes cauruļvados

Katodiskās aizsardzības tehnoloģijas pielietojums sauszemes ūdensvados (tērauda caurules un PCCP) ir galvenā metode, lai novērstu metāla koroziju un pagarinātu cauruļvadu kalpošanas laiku. Tērauda cauruļu un iepriekš saspriegto betona cilindru cauruļu (PCCP) materiālu īpašību un ekspluatācijas vides atšķirību dēļ katodaizsardzības projektēšanā un ieviešanā ir ievērojamas atšķirības.

1. Korozijas vide un izaicinājumi

Galvenie korozijas veidi:

• Elektroķīmiskā korozija: korozijas šūnas, ko veido augsnes mitruma, sāļuma un skābekļa atšķirības.
• Klīstoša strāvas korozija: strāvas traucējumi no tuvumā esošām elektroiekārtām un dzelzceļa tranzīta.
• Mikrobu korozija (MIK): sulfātu{0}}reducējošās baktērijas (SRB) paātrina koroziju anaerobās augsnēs.

Augsta{0}}riska zonas:

• Metināšanas šuves un pārklājuma defekti: lokāli atklātas tērauda caurules darbojas kā anodi.
• Augstas-sāls/zemas pretestības augsnes (piemēram, piekrastes zonas): korozijas ātrums var sasniegt 0,1–0,3 mm/gadā.

2. Katodiskās aizsardzības tehnoloģijas izvēle

Sacrificial Anode System (Sacrificial Anode CP, SACP)

1) Piemērojamie scenāriji:

• Īss{0}}attālums (<5 km), small-diameter (
• Augsnes vai saldūdens vide.

2) Anoda materiāli:

• Magnija sakausējuma anodi: augsts piedziņas spriegums, piemērots augsnēm ar augstu{0}}pretestību vai saldūdenim.
• Cinka sakausējuma anodi: zems piedziņas spriegums, piemērots zemas{0}}pretestības augsnēm (<1000 Ω·cm).

3) Dizaina parametri:

• Aizsardzības strāvas blīvums: 0,02–10 mA/m² (atkarībā no pārklājuma kvalitātes un cauruļvadu scenārijiem, piemēram, 5-10 mA/m² ar 3PE-pārklājumu ieraktām caurulēm reģionālajās sistēmās, 0,01-0,05 mA/m² tālsatiksmes 3PE cauruļvadiem).
• Anoda ierakšanas dziļums: 1,5–2 metri (atrodas mitros augsnes slāņos zem cauruļvadiem).

Impressed Current System (Impressed Current CP, ICCP)

1) Piemērojamie scenāriji:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>DN1000) cauruļvadi.
• Augsnes vai ūdens vide.

2) Sistēmas sastāvdaļas:

• Anoda pamatnes: augstas -silīcija čuguna anodi, MMO (jauktā metāla oksīda) anodi, grafīta anodi, elastīgie anodi utt.
• Barošanas avots: Pastāvīga potenciāla taisngriezis (kontrolē potenciālu pie -0,85 ~ -1,20 V pret Cu/CuSO₄).
• Atsauces elektrodi: pastāvīgie Cu/CuSO₄ elektrodi (ierakti cauruļvadu tuvumā).

3) Dizaina galvenie punkti:

• Attālinātās anoda gultas Lielāks vai vienāds ar 50 metriem no cauruļvadiem, lai izvairītos no nevienmērīga strāvas sadalījuma.
• Sadalītas anoda gultas (vairāki izkliedēti punkti) sarežģītiem reljefiem vai blīvām pilsētu teritorijām.

Galvenās tehnoloģijas un kombinētā aizsardzība

1) Pārklājums + CP sinerģija:

• Pārklājumu veidi: 3PE (trīs -slāņu polietilēns), FBE (kausēts-saistīts epoksīds) utt.
• Pārklājuma defektu pārvaldība: CP pārklājums bojātiem punktiem (strāvas blīvums ir mazāks vai vienāds ar 10 mA/m², ja bojājumu līmenis<1%).

2) Līmēšana un izolācija:

• Izmantojiet izolējošus atlokus vai savienojumus, lai izolētu aizsargātos cauruļvadus no citām metāla konstrukcijām, kas var traucēt CP strāvu.
• Uzstādiet savienojošos kabeļus, lai līdzsvarotu potenciālās atšķirības.

1. PCCP korozijas mehānisms

Strukturālās īpašības:

• Spriegotas tērauda stieples, kas apvilktas ap tērauda cilindriem, pārklātas ar betona ārējiem slāņiem.
• Stiepļu korozijas risks: Betona karbonizācija vai hlorīda iespiešanās iznīcina pasivācijas plēves.

Korozijas sekas:

• Stiepļu lūzumi, kas izraisa cauruļu plīsumus (piemēram, 2000. gada PCCP pārrāvuma incidents Tampabejā, ASV).

2. KP Tehniskie izaicinājumi

Pašreizējais ekranējums:

• Betona slāņi neļauj strāvai sasniegt vadus, tādēļ ir nepieciešams īpašs dizains.

Ūdeņraža trausluma risks:

• Pārmērīga-aizsardzība (iespējams<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

Uzraudzības grūtības:

• Betonā iestrādātām stieplēm ir nepieciešami potenciālie mērījumi caur aizsargslāņiem.

3. KP ieviešanas risinājumi

Sadalītie anodi:

• Uzstādiet cinka sakausējuma aizsarganodus augsnē ārpus cauruļu sienām vai MMO lentes anodus/vadošos polimēru anodus.

Attālās anoda gultas:

• Esošajiem cauruļvadiem izmantojiet dziļas{0}}urbuma anoda pamatnes, lai iekļūtu betona slāņos.

Dizaina parametri:

• Aizsardzības potenciāls: -0,85–1,00 V (pret Cu/CuSO₄), lai izvairītos no ūdeņraža trausluma.
• Strāvas blīvums: 0,1 ~ 1,0 mA/m² (mazs strāvas pieprasījums, pateicoties lielai betona pretestībai).

4. Uzraudzība un apkope

Iespējamā uzraudzība:

• Zondes: ierakti piesātinātie Cu/CuSO₄ elektrodi augsnē vai iepriekš-iegulti Mn/MnO₂ elektrodi betonā-vadu potenciāla uzraudzībai reāllaikā.
• Sekciju izolācija: sadaliet PCCP cauruļvadus segmentos neatkarīgai potenciāla uzraudzībai.

Brīdinājums par vadu pārrāvumu:

• Akustiskā emisija (AE): nosaka sprieguma viļņu signālus no stieples lūzumiem.
• Elektromagnētiskā metode (EMT): skenējiet cauruļu virsmas, lai novērtētu vadu integritāti.

• Ķīnas ostas Karači Nr.4 ūdensvada EPC projekts, Pakistāna
• JAFURAH atsāļošanas un ūdens apgādes projekts (JFD)
• Sjiņdzjanas 180 km PCCP cauruļvada CP projekts, izmantojot fasētus cinka anodus un augstas-tīrības pakāpes cinka lentes anodus.
• Xinjiang Kashi lauku dzeramā ūdens drošības projekts.
• Xinjiang Pishan upes baseina kopīgā ūdens apgādes projekts (I posms) KP
• Ningbo Taoyuan ūdens rūpnīcas un izejošā cauruļvada CP projekts
• Putian Jinzhong ūdens mezgla novirzīšanas projekts - Mazu filiāles piekrastes PCCP cauruļvads

1. Pašreizējie izaicinājumi

• Nevienmērīgs PCCP strāvas sadalījums: mainīgs betona biezums rada lokālu zemu{0}}aizsardzību/pārmērīgu{1}}aizsardzību.
• Izmaksu-efektivitāte: PCCP CP maksā 3–5 reizes augstākas nekā tērauda cauruļu sistēmas (betona caurlaidības prasību dēļ).
• Ūdeņraža trausluma kontrole: nepieciešama precīza potenciāla regulēšana (piemēram, izmantojot potenciāla ierobežotājus).

2. Inovācijas virzieni

Viedie anoda materiāli:

• Paš-regulējošie anodi (automātiski pielāgo strāvas izvadi, pamatojoties uz mitrumu/sāļumu).
• Nano{0}}kompozīti anodi (piemēram, CNT-uzlabots MMO, lai uzlabotu strāvas efektivitāti).

Digitālā uzraudzība:

• IoT (lietiskais internets) platformas{0}}potenciālās, pašreizējās un akustiskās emisijas datu analīzei reāllaikā.
• Mašīnmācība, lai prognozētu korozijas karstos punktus un optimizētu aizsardzības parametrus.

Zaļās tehnoloģijas:

• Ar saules/vēja{0}}enerģiju darbināmas ICCP sistēmas (piemēram, Austrālijas Sniega kalnu hidroelektrostaciju shēma).

3. Standarti un specifikācijas

Starptautiskie standarti:

• NACE SP0169 (ārējās korozijas kontrole pazemes vai iegremdētās metāla cauruļvadu sistēmās).
• NACE SP0100 (katodiskā aizsardzība, lai kontrolētu betona spiediena cauruļvadu un javas{1}}pārklātu tērauda cauruļvadu ārējo koroziju ūdens vai notekūdeņu apkalpošanai).

Ķīniešu standarti:

• GB/T 21448-2017 "Ieraktu tērauda cauruļvadu katodaizsardzības tehniskā specifikācija" izklāsta standartus ieraktu tērauda cauruļvadu aizsardzībai pret koroziju, izmantojot katodaizsardzības metodes.
• GB/T 19685-2017 "Spriegota betona cilindru caurules" sniedz specifikācijas spriegota betona cilindru caurulēm, kuras parasti izmanto ūdens un kanalizācijas sistēmās.
• GB/T 28725-2012 "Apglabāto spriegotā betona cilindru cauruļu katodaizsardzība" ir vērsta uz katodaizsardzības standartiem, kas īpaši paredzēti ieraktiem spriegota betona cilindru caurulēm, nodrošinot to ilgmūžību un integritāti.

CP lietojumiem zemes ūdens cauruļvados (tērauds un PCCP) ir nepieciešami mērķtiecīgi dizaini:

• Tērauda caurules: Koncentrējieties uz pārklājuma + CP sinerģiju, lai novērstu klaiņojošu strāvu un augsnes koroziju.
• PCCP: tieša stiepļu aizsardzība caur betona slāņiem, vienlaikus līdzsvarojot ūdeņraža trausluma risku.

Nākotnes tendences akcentē viedo uzraudzību, materiālus ar zemu -ūdeņraža-trauslumu un zaļās enerģijas risinājumus, lai apmierinātu uzticamības prasības liela attāluma-ūdens pārvadei un pilsētu tīkliem, pilnveidojot ūdens infrastruktūru uz gadsimtu{3}}ilgu kalpošanas laiku.