阴极保护系统施工质量控制

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《中华建设杂志》2014年第九期

一、质量管理

阴极保护系统的施工质量，对后期循环水管道防腐效果起着重要的作用，对以后循环水管道的正常使用，乃至电厂的稳定运行有着潜在影响。由于不同项目自身特点亦不相同，且采用柔性阳极的防腐施工在其它电厂也应用较少，因此在本项目的施工质量过程控制中，通过对阴极保护的技术原理的分析，并结合循环水管道自身的施工特点有针对性地对重要环节加强控制。

1.施工介绍本项目中循环水管道的阴极保护施工需要伴随循环水管道分阶段的同步地进行施工。辅助阳极的安装方式采用浅埋式柔性阳极，较以往的现场制作的辅助阳极地床及预制深井阳极相比，存在施工方便，工程量较小的优势。但是，由于需要伴随循环水管道的施工逐步进行，其施工周期长，以隐蔽项目为主且隐蔽设施安装标高低，回填后调试期间如出现问题整改难度极大的劣势也非常显著。

2.施工过程中的质量控制在本工程中，业主在质量控制项目上进行严格把关，通过查阅其他相似的工程项目建设期间所出现的问题或调试、投产后所暴露出来的质量问题，对重要作业增加监督力度，有的放矢地对质量进行控制。同时，提醒监理及施工方注意可能忽视的环节，加大抽检力度，将质量隐患最大限度地排除在建设期间。通过分析项目特点，结合阴极保护的原理及产品特点，具体采取如下措施对本项目中容易忽视的环节加强质量控制。（1）柔性阳极电气贯通性测量柔性阳极的电气贯通性是外加电流阴极保护系统好坏与否的基础，一旦柔性阳极中间有断开的地方，按照此项目中的阴极保护设计方式，很难准确查找断点，并且只能通过大开挖的方式进行修复，工作量极大并且对地上设施有显著影响。这主要原于本项目中阴极保护系统的三个特点：1）施工方式独特。我们采用的是比较先进的进口的成品柔性阳极，不同于以往的地床法和深井法阳极，并随管道的安装进展进行逐段施工和回填，存在较多的交叉施工。2）阴极保护设施埋设深度较深。主管的柔性阳极埋设的深度的绝对标高为2.97m，支管柔性阳极埋设深度为-1.95m，而厂平相对标高是12.3m。3）个别位置存在标高差。柔性阳极的敷设路径需穿过重件道路和T型吊装区，重件道路和T型吊装区均为分层打混凝土，并且打混凝土区域跨距较大不利于柔性阳极进行架空敷设。T型吊装区的标高差为1.15m，重件道路处的标高差为0.15m。由于以上原因影响，若按照常规控制方式，待整个柔性阳极敷设好后测一次电气贯通性，若柔性阳极中间有断点就会很难进行返工或检修。因此必须增加柔性阳极电气贯通性的测量次数，具体为：在材料进场时测量柔性阳极的电气贯通性，穿过重件道路的施工前后进行测量，穿过T型吊装区施工前后进行测量，在循环水管道主管的柔性阳极全部完成时，再进行一次测量。通过对测量次数的增加，最大度地减少柔性阳极存在断点的风险。（2）电缆标识在阴极保护施工过程中，由于涉及到电缆的工作量较少，所以电缆施工这一部分是非常容易被忽视。本项目中，涉及到的电缆有柔性阳极电缆、参比电极电缆、阴极接地电缆、检测接地电缆，其中最关键的控制点在于参比电极电缆标识的准确性。在循环水管道上的每个测点布置3个参比电极，分别布置在管道周围。参比电极作为管道电位测量的基准元件，其准确性非常关键。运行维护人员可以通过不同的参比电极所测得数据来观察管道全方位的保护电位。别且，同一测点各位置的参比电极检测数据是判断牺牲阳极的保护作用是否失效及参比电极是否失效的重要判据。因此，在施工过程中必须做好临时电缆标识，记录参比电极的埋设方位。并且要定期检查电缆标识是否完好，避免由于风吹日晒及其它因素导致无法辨识标识。（3）柔性阳极埋设柔性阳极埋设的深浅对循环水管道所能达到的点位有着重要影响，根据阴极保护的电源回路中的电阻关系式可以看出，见公式1，柔性阳极埋设的深浅，路径及埋设周围土壤的环境对该回路中的电阻有着很大的影响。R总=R管/地+R阳/地+R导公式1R总：回路总电阻；R管/地：循环水管道对地电阻；R阳/地：柔性阳极对地电阻R导：导线电阻因此在进行质量检查时，应重点对柔性阳极是否按照设计高度埋设，柔性阳极周围的回填介质是否一致、均匀，埋设间距是否相等进行检查并做好记录，避免在运行期间出现保护电位相差过大或局部管道欠保护的现象。（4）参比电极的安装参比电极在实际工程应用中，由于测量中可能存在硫酸铜电极被污染，铜电极表面氧化或溶液饱和度不够、多孔塞被有机物阻塞，永久性安装的参比电极有缺陷等不良情况，安装参比电极前应对电极的精确性进行核实，通过对参比电极的校准吗，以保证参比电极测量结果的准确性，阴极保护系统的充分发挥功能。本工程中，考虑到运输，存储等因素的影响，采用将待安装的参比电极与已校准的同类型参比电极一同置于装有带水的容器中进行准确性测量的测试方法。在测试过程中，需对参比电极的浸泡时间进行严格的控制，必须在安装前提前至少一天对参比电极进行浸泡，以使得参比电极外部填料达到充分的渗透及离子交换，保证参比电极校准结果准确并在隐蔽后电位稳定性，性能可靠。（5）保护电位的监测由于阴极保护系统的施工是伴随循环水管道的施工进展分段进行施工，结合循环水管道安装工程的间隔周期长的特点，在循环水管道处于牺牲阳极的阴极保护期间，要求对目前已经安装好的牺牲阳极的阴极保护系统进行每月定期监测，通过每月对循环水管道的定期监测，可以判断目前循环水管道是处于良好的保护电位下，同时，根据测量记录，绘制循环水管道的牺牲阳极保护电位趋势曲线，可以预先发现牺牲阳极的损耗程度，并提前做好应对措施。（6）成品保护通常的阴极保护系统施工中，柔性阳极的施工一般是连续，无间隔的进行施工，施工完即可投用，基本不涉及到长期的成品保护问题。但是在本项目中，由于循环水管道施工中间间隔时间跨距较大，并且在施工过程中采取分段施工，分层回填，存在较多的交叉作业，所以有效的成品保护措施就尤为重要。本项目中成品保护主要在两个方面：1）柔性阳极的成品保护柔性阳极的组成结构包括：铜导线、导电聚合物（半导体层）、焦炭、织物护套和编织物纤维。根据其结构特点，如何保证柔性阳极的完整性避免柔性阳极在阳光下暴晒，避免护套破损而导致炭粉泄漏，避免柔性阳极受外力断裂，避免人为偷盗，是柔性阳极成品保护的要点。在整个施工过程中，分别采取了防水布包裹方式、木盒包裹方式及埋设方式进行成品保护，根据使用效果验证，回填前采取木盒包裹方式，在回填过程中和回填后采取埋设方式进行成品保护，能够更加有效地进行成品保护，较少对柔性阳极的损坏。2）牺牲阳极的成品保护牺牲阳极组成结构中包括了化学填充料，其成分有：膨润土、MgSO4和CaSO4.2H20。牺牲阳极发生电流为见公式2；电阻见公式3。通过上述公式，可以清楚说明化学填充料的添加改善了填充料的电阻率，降低了阳极的接地电阻R，增大发生电流，以达到所要求的保护电流密度及阳极消耗均匀的目的。由于施工周期长，为避免由于填充料流失而导致的电阻率的改变，在日常的存储过程中，需要做好牺牲阳极的防雨措施，并对防雨效果进行日常检查，如能够进行室内存放是最理想的存放方式。

二、外加电流的阴极保护系统调试

在外加电流的阴极保护系统调试阶段。在对管道进行极化时，采用手动模式来调节恒电位仪的输出，使信号点的最低保护电位满足-1.5V＜V＜-1.4V（相对于硫酸铜参比电极）；同时使对应的测试桩处的保护电位满足≤-0.85V（相对于硫酸铜参比电极），或者≤0.25V（相对于高纯锌参比电极）。根据系统布置，进水段和出水段测试桩处分别为柔性阳极的末端，对验证柔性阳极完整性，施工质量控制的有效性具有直接的判断意义。图中列举了循环水管道进水段和出水段信号点与测试桩处在极化时所测得的电位与牺牲阳极系统产生的保护电位数据，通过测量极化时的保护电位数据均小于牺牲阳极系统产生的保护电位，不但验证了外加电流系统的有效性，同时也验证了柔性阳极的施工质量控制方式的有效性。

三、总结

在进行工程项目质量管理过程中，不但要在相关标准规范的要求下进行质量控制，更要结合工程项目的自身特点和原理，有针对性，有重点地加强对施工过程中主控项目的管理和控制，从而可以更好地提高工程质量，减少质量隐患。

作者：张晓臣单位：三门核电有限公司