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牺牲阳极式阴极保护施工工艺

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2020年4月19日
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牺牲阳极式阴极保护施工工艺

1、牺牲阳极式阴极保护主要施工工序流程
施工准备 → 依据设计图纸部署开挖阳极坑 → 将阳极装入填料包、填充化学填料 → 在阳极坑里安装阳极组、浇水 → 埋置测试桩及测量组元→阳极、电缆连接并做好密封 → 阴极保护数据测试 → 回填土、压实 → 质量验收并填写单位单项工程验收记录。
施工流程图:

2、施工准备
2.1 施工作业依据（技术资料准备）：
工程施工前，项目经理部人员至少要熟练掌握以下施工技术资料：
《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》GB/T 28725-
《预应力钢筒混凝土管的阴极保护》 NACE RP 0100-
《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T 21448-
《锌-铝-镉系合金牺牲阳极》GB/T 4950-
《镁合金牺牲阳极》GB/T 17731-
《***工程阴极保护工程招标文件》
《***工程阴极保护工程招标文件》
设计方案及图纸
2.2 阴极保护材料的准备及验收
2.2.1 材料准备
牺牲阳极组（包括锌、镁合金牺牲阳极）、电缆、测试桩、防腐涂料。
2.2.2 材料验收
材料使用前，会同业主、监理、质检人员对材料进行核对验收，合格签字后，方可使用。验收规范如下：
a. 材料出厂合格证，或产品检验报告的各项指标，符合设计要求。特别是阳极化学分析报告和阳极电化学性能检测报告必须符合设计要求的相关指标，而且该报告是由国家认可的、具有材料试验检验资格的第三方验证试验机构出具。
b. 根据订货合同核对材料品种、型号、规格、颜色、数量、有效期等。
c. 外观检查。阳极的表面质量应达到下列规定。
l 缩孔的深度不得超过阳极厚度的10%。
l 冷隔深度不得超过10mm，总长度不得超过150mm。
l 非金属夹渣不得超过阳极表面的1%。
l 阳极表面不得存在以下类型的裂纹：宽度大于3mm的裂纹；纵向长度大于阳极长度的50%的裂纹；不得存在扩展到铁芯或贯穿整个阳极的裂纹。
l 阳极表面没有毛刺、飞边等对人员安全有危害的突出物。
l 阳极工作表面应保持干净，不得沾有油漆和油污。
d. 抽检阳极纯度、化学成分情况。参照下列标准的有关条款执行：
铝纯度不低于GB/T1196- 中A199.70A的规定。
锌纯度不低于GB/T470-1997中Zn99.99的规定。
镉纯度不低于YS/T72-1994中Cd99.99的规定。
2.3 设备准备
施工车辆、搅拌机械、浇水设备（容器及水管等）、挖掘机或人力挖掘工具、铝热焊设备、检测设备（电阻测量仪、数字万用表、参比电极等）。
2.4 施工前的其它准备
2.4.1 完成技术交底和安全技术教育及技术培训，施工人员持证上岗。
2.4.2 材料、机具、检测仪器、工具、劳保用品、场地等准备到位。
2.4.3 职工生活、住宿安排妥当。
2.4.4 施工作业路线勘察完毕，工作进度计划，劳动力分配计划方案交甲方批准允许执行。
2.4.5 甲方监护人员到位，工程监理人员到位。
2.4.6 甲方批准开工报告并开具工作票允许施工。
环境、湿度、天气条件应适应作业施工。
3、牺牲阳极组的安装
3.1 牺牲阳极阳极的布置
牺牲阳极的布置对地电场的分布、地埋PCCP管道的电位分布有明显的影响，根据PCCP管地埋区的地质条件，地埋管的管径、有无沥青防腐层等情况，本着保护电位分布均匀、尽量减少阳极间互相屏蔽和管道前后壁自我屏蔽影响、利于管线阴极保护的施工原则，阳极采用两条管道异侧交错布置，如遇阀井则对每个阀井加装一只阳极进行保护。起点和终点需要加大阳极的密度，以尽量增强对管道的保护。
一般情况下，阳极组距管道外壁距离为2m—5m。特殊情况下（如在距离管道外壁2m位置土质无法挖掘、存在大量石块、土壤电阻率较大的区域）应使阳极组距管道外壁的距离大于300mm。
3.2 阳极组安装坑槽的开挖
按设计图纸布置要求，开挖深度与管道中心位置相同，开挖阳极安装坑槽时，其四周应平整一至，不得有铁件、砖、石等杂物。
3.3 阳极组化学填包料填充
无论是立式埋设还是卧式埋，应先用布袋把化学填包料和阳极组装，使阳极置于布袋的中间，四周填充化学填包料，然后把阳极包放置在挖好的阳极安装坑内，加入足够的水进行浸泡。，
4、电缆的连接
待阳极组装安装完成后，并经检测合格后进行阳极电缆与管道的焊接
电缆连接主要包括电缆与阳极铁芯连接、电缆与PCCP管道、钢管连接、PCCP跨接、电缆与承插口钢板连接、电缆与接线柱连接。
a、 电缆与阳极铁芯连接
阳极与电缆之间的联接采用铜焊。双边焊缝长度不得小于100mm。在焊接点上涂覆环氧涂料，加缠电工胶布和绝缘胶带、热熔胶，再包覆热收缩套，并再缠胶带保护。必须保证焊接牢固而且绝缘性能良好，搬运及施工中严禁提拉电缆。
b、阳极电缆与PCCP管的连接
电缆与PCCP的焊接应采用铝热焊法，焊接部位均要求：焊接牢固，焊缝均匀，焊接点电阻要求小于4×10-4Ω，焊接点强度大于焊接后铜芯电缆的承载力。焊接完成且温度降低后进行焊缝检查，合格后对焊接部位进行特加强级防腐处理，再做水泥砂浆防护层，禁止将电缆直接焊在预应力钢丝上。
连接方式：
① 铝热焊连接
阳极引出线与PCCP管承插口钢板的连接用铝热焊连接，其主要材料和工具为铝热焊剂和模具。
② 热熔胶封闭、混凝土保护
用火将热熔胶颗粒加热到熔化状态，然后将其涂抹在焊接点周围，用以封闭焊点和承插口，然后混凝土浇筑保护。
要求：热熔胶涂抹均匀，封闭严密，浇筑保护到位。
c、阳极电缆与钢管的连接
阳极埋设就位后，阳极电缆能够直接焊接到钢管上。与钢管相连接的电缆应采用铝热焊接技术，焊点应重新进行防腐绝缘处理，防腐材料、等级应与原有覆盖层一致。
d．PCCP的跨接
为了保持预应力钢丝的电连续性，各PCCP之间应用电缆（一般为VV-1KV/1x10mm2）进行两两跨接，跨接焊点处必须做防腐绝缘，再做水泥砂浆保护层恢复。
e.钢管的跨接
两条钢管之间应用电缆（一般为VV-1KV/1x10mm2）进行均压跨接。跨接焊点处应重新进行防腐绝缘处理，防腐材料、等级应与原有覆盖层一致
d、电缆与接线柱的连接
电缆与接线柱的连接采用铜连接螺栓连接，具体为：用氧-乙炔火焰灯熔除或采取其它方便可行的方式除去电缆保护套，露出铜芯，将铜鼻子压接到铜芯上，然后用铜连接螺栓连接铜鼻子。
注意事项：
在测量装置处，阳极电缆与管道测试电缆在测试桩内连接。
阳极电缆敷设时必须应留有足够余量，在焊点及其它连接处预留蛇形弯，防止电缆或焊点受力拽脱。
5、阳极组的回填
阳极组回填时，应向阳极坑内回填细土，厚度至少为0.3m，禁止向坑内回填大块砂石、水泥块、塑料等杂物。
6、测量装置的安装
6.1 范围
为在今后运行中全面掌握输水管道的保护状态，在实施阴极保护的区域，原则上每一公里设置一套测量装置。具体设置位置视现场情况适当调整。在典型过河处增设一套测量装置。本工程的测量装置包括在已实施阴极保护的PCCP管、钢质管线区域内每相距1公里安装一套测量装置，用以检测管线保护情况下的相关技术参数。具体安装位置以施工图为准。
6.2 测量装置的安装
测量装置主要由测试桩、测试电缆及测量组元三部分组成，采用铜连接螺栓或其它方便可靠的电连接方式连接。其中测量组元包括：长效电极、腐蚀电位测试极、保护电位测试极、保护电流测试极，测量组元具有功能如下：
● 通电保护电位；
● 瞬时断电保护电位；
● 自然腐蚀电位（及其随时间的变化规律）；
● IR降；
● 阴极极化值；
● 阴极保护电流或保护电流
7、检测与测试
7.1 施工期间阴极保护参数测试
牺牲阳极埋设施工期间，应及时测量阳极有关参数，并做好各项纪录。测试数据一般包括：阳极开路电位、阳极闭路电位、管道自然电位、管道保护电位、土壤电阻率等。
7.2 测试方法
a. 阳极开路电位测试
阳极安装完成后，未与管道连接前，将CSE参比电极放在管道顶部上方1m范围的地表湿土壤上（保证参比电极与土壤电接触良好），浇水；数字万用表的黑表笔与CSE参比电极的引线连接，将万用表的档位打到直流电压档2V档，万用表的红表笔连接到牺牲阳极的阳极引线上，读数，记录。
b. 阳极闭路电位测试
阳极与管道连通后，采用近参比法和远参比法进行阳极闭路电位的测试。在管道（或牺牲阳极）上方，距测试点1m左右挖一安放CSE参比电极的坑，将CSE参比电极置于距管壁（或牺牲阳极）3～5cm的土壤上，浇水；万用表的黑表笔与CSE参比电极的引线连接，万用表的红表笔连接到阳极与管道的连接点上，将万用表的档位打到直流电压2V档，读数，记录。
c. 阳极输出电流测试
阳极发生电流反映阳极的性能指标。
采用直测法进行牺牲阳极输出电流测试：
阳极发生电流能够用万用表直接串联在阳极和管线之间进行测试。将阳极与管道连通，在阳极与管道连接处串联接入数字万用表，将数字万用表的档位打到直流电流档的mA档，读数，记录。
d. 管/地自然（腐蚀）电位测试
在不通电的自然状态下，采用数字万用表和参比电极测量PCCP管钢筋和预制混凝土块中探头的自然电位。经过自然电位判定自然腐蚀状态及周围环境的影响。具体测试方法如下：
将CSE参比电极埋入土中，浇水；万用表的黑表笔与CSE参比电极的引线连接，红表笔与管道引线相连接，将万用表的档位打到直流电压2V档，读数，记录。
e. 土壤电阻率测试
在试验段，用具有四个端钮的ZC-8型接地电阻测量仪沿管线每100m处测试一次管底深度的土壤电阻率。测试采用四极法：
在被测区沿直线埋入4根探测棒，彼此相距a米，棒的埋入深度不超过1/20米，打开C2和P2、C1和P1的连接片，用四根导线连接到相应的测试棒上，测试方法与接地电阻相同，所测电阻率为P=2πa·R,
式中R：接地电阻表读表（Ω）
a：棒与棒间的距离（cm）
P：该地区的土壤电阻率
f. 牺牲阳极接地电阻测试
阳极接地电阻的大小直接影响着阳极电流的输出，因此应及时进行阳极接地电阻的测试。

图f 牺牲阳极接地电阻测试接线示意图
测量牺牲阳极接地电阻之前，必须将牺牲阳极与管道断开然后按照上图所示的接线示意图沿垂直于管道的一条直线布置电极，
g. PCCP管道承口处的跨接片和插口处的跨接片的电阻测试
PCCP管道安装完毕后， PCCP管两边焊接好承插口钢板，打磨后，一端用电缆连接，与万用表的红表笔连接，万用表的黑表笔与Cu/CuSO4参比电极的引线连接，将万用表的档位打到欧姆2Ω档，读数，记录。
h. PCCP跨接电缆的连接电阻测试
跨接电缆连接完毕后，采用QJ44双臂电桥对PCCP管道间连接电阻进行测试。测试方法如下：
将跨接电缆两侧打磨好的钢片分别与双臂电桥的C2、P2和C1、P1相连接，调零，调节档位，使刻度指示牌指针指到0位时读取数据，计算结果，记录数据。
i. 管/地通电电位测试
在通电状态下，用数字万用表和参比电极测量管线和极化探头在通电之后的电位。经过管线上其它测试点和测试桩上通电电位的测量，判断阴极保护的效果和范围以及保护电位均匀分布情况。
j.保护电位测试
阴极保护工程完成后，应对整个管线包括在各配水站内部、穿越路及PCCP的河流的钢质管道部位的所有电位测试桩，进行保护电位的全面测量，测试结果整理归档，作好记录。
测试方法与牺牲阳极闭路电位的测试方法相同。