Aplicarea tehnologiei de protecție catodică în conductele de alimentare cu apă

Aplicarea tehnologiei de protecție catodică în conductele de apă terestre (țevi de oțel și PCCP) este metoda de bază pentru a preveni coroziunea metalului și a prelungi durata de viață a conductelor. Datorită diferențelor de proprietăți ale materialelor și medii de serviciu dintre țevile de oțel și țevile din cilindru din beton precomprimat (PCCP), există variații semnificative în proiectarea și implementarea protecției catodice.

1. Mediul de coroziune și provocări

Principalele tipuri de coroziune:

• Coroziune electrochimică: celule de coroziune formate din diferențele de umiditate, salinitate și oxigen din sol.
• Coroziunea curentului parazit: interferența curentă de la instalațiile electrice din apropiere și tranzitul feroviar.
• Coroziunea microbiană (MIC): bacteriile-reducătoare de sulfat (SRB) accelerează coroziunea în solurile anaerobe.

Zone cu-risc ridicat:

• Cusături de sudură și defecte de acoperire: Țevile de oțel expuse local acționează ca anozi.
• Solurile cu-sare/rezistivitate scăzută (de exemplu, zonele de coastă): ratele de coroziune pot ajunge la 0,1~0,3 mm/an.

2. Selectarea tehnologiei de protecție catodică

Sistem cu anod de sacrificiu (Anod de sacrificiu CP, SACP)

1) Scenarii aplicabile:

• Distanţă scurtă{0}(<5 km), small-diameter (
• Sol sau medii de apă dulce.

2) Materiale anodice:

• Anozi din aliaj de magneziu: tensiune ridicată de antrenare, potrivite pentru soluri cu rezistivitate ridicată sau pentru apă dulce.
• Anozi din aliaj de zinc: tensiune de antrenare scăzută, potrivite pentru solurile cu rezistivitate redusă{0}(<1000 Ω·cm).

3) Parametri de proiectare:

• Densitatea curentului de protecție: 0,02~10 mA/m² (în funcție de calitatea acoperirii și scenariile conductei, de exemplu, 5-10 mA/m² pentru conducte îngropate acoperite cu 3PE-în sisteme regionale, 0,01-0,05 mA/m² pentru conducte acoperite cu 3PE pe distanțe lungi).
• Adâncimea de îngropare a anodului: 1,5 ~ 2 metri (situat în straturile de sol umed sub conducte).

Sistem de curent impresionat (CP de curent impresionat, ICCP)

1) Scenarii aplicabile:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>conducte DN1000).
• Medii sol sau apă.

2) Componentele sistemului:

• Paturi anodice: anozi din fontă cu conținut ridicat de-siliciu, anozi MMO (Mixed Metal Oxide), anozi din grafit, anozi flexibili etc.
• Alimentare: Redresor cu potențial constant (controlează potențialul la -0,85~-1,20 V față de Cu/CuSO₄).
• Electrozi de referință: Electrozi permanenți Cu/CuSO₄ (îngropați în apropierea conductelor).

3) Puncte cheie de proiectare:

• Paturi anodice la distanță Mai mare sau egală cu 50 de metri de conducte pentru a evita distribuția neuniformă a curentului.
• Paturi anodice distribuite (puncte dispersate multiple) pentru terenuri complexe sau zone urbane dense.

Tehnologii cheie și protecție combinată

1) Acoperire + sinergie CP:

• Tipuri de acoperire: 3PE (polietilenă cu trei-straturi), FBE (epoxidici prin fuziune-) etc.
• Gestionarea defectelor de acoperire: acoperire CP pentru punctele deteriorate (densitate de curent Mai mică sau egală cu 10 mA/m² când rata de deteriorare<1%).

2) Lipire și izolație:

• Utilizați flanșe sau îmbinări izolante pentru a izola conductele protejate de alte structuri metalice care pot interfera cu curenții CP.
• Instalați cabluri de legătură pentru a echilibra diferențele de potențial.

1. Mecanismul de coroziune PCCP

Caracteristici structurale:

• Sârme de oțel precomprimate înfășurate în jurul cilindrilor de oțel, acoperite cu straturi exterioare de beton.
• Riscuri de coroziune a firului: Carbonizarea betonului sau pătrunderea clorurii distrug peliculele de pasivare.

Consecințele coroziunii:

• Fracturi de sârmă care duc la ruperea conductelor (de exemplu, incidentul de explozie PCCP din 2000 în Tampa Bay, SUA).

2. Provocări tehnice CP

Ecranarea curentului:

• Straturile de beton împiedică curentul să ajungă la fire, necesitând modele speciale.

Risc de fragilizare prin hidrogen:

• Supra-protecție (potențial<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

Dificultăți de monitorizare:

• Firele înglobate în beton necesită măsurători potențiale prin straturi de protecție.

3. Soluții de implementare CP

Anozi distribuiți:

• Instalați anozi de sacrificiu din aliaj de zinc în sol în afara pereților țevii sau anozi cu bandă MMO/anozi polimeri conductivi.

Paturi anodice la distanță:

• Pentru conductele existente, utilizați paturi anodice-adânci pentru a pătrunde în straturile de beton.

Parametri de proiectare:

• Potențial de protecție: -0,85~-1,00 V (față de Cu/CuSO₄) pentru a evita fragilizarea hidrogenului.
• Densitatea curentului: 0,1~1,0 mA/m² (cerere scăzută de curent datorită rezistivității ridicate a betonului).

4. Monitorizare și întreținere

Monitorizare potențială:

• Sonde: electrozi saturati Cu/CuSO₄ îngropați în sol sau electrozi Mn/MnO₂ pre-încorporați în beton pentru monitorizarea potențialului firului-în timp real.
• Izolație secțională: Împărțiți conductele PCCP în segmente pentru monitorizare independentă a potențialului.

Avertizare ruperea firului:

• Emisia acustică (AE): Detectează semnalele undelor de stres de la fracturile firelor.
• Metoda electromagnetică (EMAT): Scanați suprafețele conductelor pentru a evalua integritatea firului.

• China Harbour Karachi No.4 Water Pipeline EPC Project, Pakistan
• Proiectul de desalinizare și alimentare cu apă JAFURAH (JFD)
• Proiectul CP pentru conducte PCCP de 180 km din Xinjiang care utilizează anozi de zinc pre-ambalați și anozi cu panglică de zinc de-puritate ridicată.
• Proiectul pentru siguranța apei potabile din Xinjiang Kashi.
• Proiect comun de alimentare cu apă a bazinului râului Xinjiang Pishan (Faza I) CP
• Uzina de apă Ningbo Taoyuan și proiectul CP pentru conducte de ieșire
• Proiectul de deviere a centrului de apă Putian Jinzhong - Conducta PCCP de coastă a ramului Mazu

1. Provocări curente

• Distribuția neuniformă a curentului PCCP: variația grosimii betonului provoacă sub{0}}protecție/supra-protecție locală.
• Cost-eficiență: PCCP CP costă de 3 ~ 5 ori mai mare decât sistemele de țevi de oțel (datorită cerințelor de penetrare a betonului).
• Controlul fragilizării prin hidrogen: necesită o reglare precisă a potențialului (de exemplu, folosind limitatori de potențial).

2. Direcții de inovare

Materiale pentru anozi inteligente:

• Anozi cu autor{0}reglare (ajustează automat curentul de ieșire în funcție de umiditate/salinitate).
• Nano-anozi compoziți (de exemplu, CNT-MMO îmbunătățit pentru o eficiență îmbunătățită a curentului).

Monitorizare digitala:

• Platforme IoT (Internet of Things) pentru analiza-în timp real a datelor potențiale, curente și privind emisiile acustice.
• Învățare automată pentru a prezice punctele fierbinți de coroziune și pentru a optimiza parametrii de protecție.

Tehnologii verzi:

• Sisteme ICCP alimentate cu energie solară/eoliană-(de exemplu, Schema Hidroelectrică a Munților Snowy din Australia).

3. Standarde și specificații

Standarde internaționale:

• NACE SP0169 (Controlul coroziunii externe pe sistemele de conducte metalice subterane sau scufundate).
• NACE SP0100 (Protecție catodică pentru controlul coroziunii externe a conductelor de beton sub presiune și a conductelor de oțel acoperite cu mortar-pentru servicii de apă sau apă uzată).

Standarde chineze:

• GB/T 21448-2017 „Specificație tehnică pentru protecția catodică a conductelor de oțel îngropate” evidențiază standardele pentru protejarea conductelor de oțel îngropate împotriva coroziunii prin tehnici de protecție catodică.
• GB/T 19685-2017 „Țevi cilindrice din beton precomprimat” furnizează specificațiile pentru țevile cilindrice din beton precomprimat, care sunt utilizate în mod obișnuit în sistemele de apă și canalizare.
• GB/T 28725-2012 „Protecția catodică a țevilor cilindrice din beton precomprimat îngropat” se concentrează pe standardele de protecție catodică special pentru țevile cilindrice din beton precomprimat îngropate, asigurând longevitatea și integritatea acestora.

Aplicațiile CP în conductele de apă terestră (oțel și PCCP) necesită proiecte țintite:

• Țevi de oțel: Concentrați-vă pe sinergia acoperire+CP pentru a aborda curenții vagabonzi și coroziunea solului.
• PCCP: Protecție directă a firului prin straturile de beton, echilibrând în același timp riscurile de fragilizare prin hidrogen.

Tendințele viitoare pun accentul pe monitorizarea inteligentă, materialele cu fragilitate scăzută de-hidrogen-și soluții de energie verde pentru a satisface cerințele de fiabilitate pentru transferul de apă pe distanțe lungi și rețelele urbane, avansând infrastructura de apă către o durată de viață lungă de un secol-.