Uporaba tehnologije katodne zaščite v cevovodih za oskrbo z vodo

Uporaba tehnologije katodne zaščite v cevovodih za kopensko vodo (jeklene cevi in ​​PCCP) je glavna metoda za preprečevanje korozije kovin in podaljšanje življenjske dobe cevovoda. Zaradi razlik v lastnostih materiala in delovnih okoljih med jeklenimi cevmi in prednapetimi betonskimi cilindričnimi cevmi (PCCP) obstajajo precejšnje razlike v načrtovanju in izvedbi katodne zaščite.

1. Okolje in izzivi korozije

Glavne vrste korozije:

• Elektrokemična korozija: korozijske celice, ki nastanejo zaradi razlik v vlagi, slanosti in kisiku v tleh.
• Korozija blodečega toka: Tokovne motnje zaradi bližnjih energetskih objektov in železniškega tranzita.
• Mikrobna korozija (MIC): Sulfat{0}}reducirajoče bakterije (SRB) pospešujejo korozijo v anaerobnih tleh.

Območja z-visokim tveganjem:

• Varjeni šivi in ​​napake na prevleki: lokalno izpostavljene jeklene cevi delujejo kot anode.
• Tla z visoko-solno/nizko upornostjo (npr. obalna območja): stopnje korozije lahko dosežejo 0,1–0,3 mm/leto.

2. Izbira tehnologije katodne zaščite

Žrtveni anodni sistem (Sacrificial Anode CP, SACP)

1) Veljavni scenariji:

• Kratka-razdalja (<5 km), small-diameter (
• Tla ali sladkovodna okolja.

2) Anodni materiali:

• Anode iz magnezijeve zlitine: visoka pogonska napetost, primerna za tla z visoko{0}}upornostjo ali sladko vodo.
• Anode iz cinkove zlitine: nizka pogonska napetost, primerna za tla z nizko-upornostjo (<1000 Ω·cm).

3) Parametri oblikovanja:

• Gostota zaščitnega toka: 0,02~10 mA/m² (odvisno od kakovosti prevleke in scenarijev cevovoda, npr. 5-10 mA/m² za vkopane cevi, prevlečene s 3PE-, v regionalnih sistemih, 0,01-0,05 mA/m² za cevovode na dolge razdalje, prevlečene s 3PE).
• Globina vkopa anode: 1,5 ~ 2 metra (nahaja se v vlažnih slojih zemlje pod cevovodi).

Sistem vtisnjenega toka (CP vtisnjenega toka, ICCP)

1) Veljavni scenariji:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>DN1000) cevovodov.
• Tla ali vodna okolja.

2) Sistemske komponente:

• Anodne postelje: anode iz litega železa z visoko-silicijsko vsebnostjo, anode MMO (mešani kovinski oksid), grafitne anode, upogljive anode itd.
• Napajanje: usmernik s konstantnim potencialom (nadzoruje potencial pri -0,85~-1,20 V v primerjavi s Cu/CuSO₄).
• Referenčne elektrode: Trajne elektrode Cu/CuSO₄ (zakopane v bližini cevovodov).

3) Ključne točke oblikovanja:

• Oddaljene anodne postelje Večje ali enake 50 metrov od cevovodov, da se prepreči neenakomerna porazdelitev toka.
• Porazdeljene anodne postelje (več razpršenih točk) za zapletene terene ali urbana gosto naseljena območja.

Ključne tehnologije in kombinirana zaščita

1) Sinergija premaza + CP:

• Vrste premazov: 3PE (tri-polietilen), FBE (fuzijski-vezani epoksi) itd.
• Obvladovanje napak na prevleki: pokritost CP za poškodovane točke (gostota toka manjša ali enaka 10 mA/m² pri stopnji poškodbe<1%).

2) Lepljenje in izolacija:

• Za izolacijo zaščitenih cevovodov od drugih kovinskih struktur, ki lahko motijo ​​tokove CP, uporabite izolacijske prirobnice ali spoje.
• Namestite vezne kable za izravnavo potencialnih razlik.

1. Korozijski mehanizem PCCP

Strukturne značilnosti:

• Prednapete jeklene žice, ovite okoli jeklenih valjev, prekrite z betonskimi zunanjimi plastmi.
• Tveganje korozije žice: Karbonizacija betona ali penetracija klorida uniči pasivne filme.

Posledice korozije:

• Zlomi žice, ki povzročijo poke cevi (npr. incident PCCP, ki je počil leta 2000 v zalivu Tampa, ZDA).

2. Tehnični izzivi CP

Tokovna zaščita:

• Betonske plasti preprečujejo, da bi tok dosegel žice, kar zahteva posebne izvedbe.

Tveganje vodikove krhkosti:

• Pre-zaščita (možnost<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

Težave pri spremljanju:

• Žice, vgrajene v beton, zahtevajo meritve potenciala skozi zaščitne plasti.

3. Implementacijske rešitve CP

Porazdeljene anode:

• Namestite žrtvene anode iz cinkove zlitine v zemljo zunaj sten cevi ali MMO trakaste anode/prevodne polimerne anode.

Oddaljene anodne postelje:

• Za obstoječe cevovode uporabite globoke-vodnjakove anode za prodiranje v betonske plasti.

Parametri oblikovanja:

• Zaščitni potencial: -0,85~-1,00 V (v primerjavi s Cu/CuSO₄), da se prepreči vodikova krhkost.
• Gostota toka: 0,1~1,0 mA/m² (nizka poraba toka zaradi visoke upornosti betona).

4. Spremljanje in vzdrževanje

Možno spremljanje:

• Sonde: zakopane nasičene Cu/CuSO₄ elektrode v zemljo ali vnaprej-vdelane Mn/MnO₂ elektrode v beton za-nadzor potenciala žice v realnem času.
• Sekcijska izolacija: razdelite cevovode PCCP na segmente za neodvisno spremljanje potenciala.

Opozorilo o zlomu žice:

• Akustična emisija (AE): Zaznavanje signalov napetostnih valov zaradi zlomov žice.
• Elektromagnetna metoda (EMAT): Skenirajte površine cevi, da ocenite celovitost žice.

• China Harbour Karachi No.4 Water Pipeline EPC Project, Pakistan
• Projekt razsoljevanja in oskrbe z vodo JAFURAH (JFD)
• Xinjiang 180 km PCCP Pipeline CP Project z uporabo pred-zapakiranih cinkovih anod in-anod iz cinkovega traku visoke čistosti.
• Projekt varnosti pitne vode na podeželju Xinjiang Kashi.
• Skupni projekt oskrbe z vodo v porečju Xinjiang Pishan (I. faza) CP
• Vodna elektrarna Ningbo Taoyuan in projekt CP izhodnega cevovoda
• Projekt preusmeritve vodnega vozlišča Putian Jinzhong - obalni cevovod PCCP podružnice Mazu

1. Trenutni izzivi

• Neenakomerna porazdelitev toka PCCP: Različna debelina betona povzroča lokalno pod{0}}zaščito/pre{1}}zaščito.
• Stroškovna-učinkovitost: stroški PCCP CP so 3~5× višji od sistemov jeklenih cevi (zaradi zahtev po preboju betona).
• Nadzor vodikove krhkosti: Zahteva natančno regulacijo potenciala (npr. uporaba omejevalnikov potenciala).

2. Inovacijske smeri

Pametni anodni materiali:

• Samoregulacijske anode- (samodejno prilagodijo izhodni tok glede na vlažnost/slanost).
• Nano-kompozitne anode (npr. CNT-izboljšana MMO za izboljšano tokovno učinkovitost).

Digitalni nadzor:

• Platforme IoT (Internet of Things) za-analizo potencialnih, trenutnih in zvočnih emisij v realnem času.
• Strojno učenje za napovedovanje žarišč korozije in optimizacijo parametrov zaščite.

Zelene tehnologije:

• Sistemi ICCP, ki jih{0}}poganja sonce/veter (npr. avstralska hidroelektrarna Snowy Mountains).

3. Standardi in specifikacije

Mednarodni standardi:

• NACE SP0169 (Nadzor zunanje korozije na podzemnih ali potopljenih kovinskih cevnih sistemih).
• NACE SP0100 (Katodna zaščita za nadzor zunanje korozije betonskih tlačnih cevovodov in jeklenih cevovodov, prevlečenih z malto- za oskrbo z vodo ali odpadno vodo).

Kitajski standardi:

• GB/T 21448-2017 "Tehnične specifikacije za katodno zaščito vkopanih jeklenih cevovodov" opisuje standarde za zaščito vkopanih jeklenih cevovodov pred korozijo s tehnikami katodne zaščite.
• GB/T 19685-2017 "Prednapete betonske cilindrične cevi" podaja specifikacije za prednapete betonske cilindrične cevi, ki se običajno uporabljajo v vodovodnih in kanalizacijskih sistemih.
• GB/T 28725-2012 "Katodna zaščita vkopanih prednapetih betonskih cilindričnih cevi" se osredotoča na standarde katodne zaščite posebej za vkopane prednapete betonske cilindrične cevi, kar zagotavlja njihovo dolgo življenjsko dobo in celovitost.

Aplikacije CP v cevovodih za kopensko vodo (jekleni in PCCP) zahtevajo ciljno zasnovo:

• Jeklene cevi: Osredotočite se na sinergijo prevleke + CP za reševanje blodečih tokov in korozije tal.
• PCCP: Neposredna zaščita žice skozi betonske plasti ob uravnoteženju tveganj vodikove krhkosti.

Prihodnji trendi poudarjajo pametno spremljanje, materiale z nizko-vodikovo-krhkostjo in rešitve zelene energije za izpolnjevanje zahtev po zanesljivosti za-prenos vode na dolge{2}}razdalje in mestna omrežja, s čimer napredujejo vodno infrastrukturo proti stoletje-dolgi življenjski dobi.