Примена технологије катодне заштите у водоводним цевоводима

Примена технологије катодне заштите у копненим водоводним цевоводима (челичне цеви и ПЦЦП) је основни метод за спречавање корозије метала и продужење радног века цевовода. Због разлика у својствима материјала и радним срединама између челичних цеви и преднапрегнутих бетонских цилиндарских цеви (ПЦЦП), постоје значајне варијације у дизајну и примени катодне заштите.

1. Корозивно окружење и изазови

Главни типови корозије:

• Електрохемијска корозија: Ћелије корозије настале због разлика у влажности земљишта, салинитету и кисеонику.
• Корозија лутајуће струје: Сметње струје од оближњих енергетских објеката и транзита железницом.
• Микробна корозија (МИЦ): Бактерије које{0}}смањују сулфате (СРБ) убрзавају корозију у анаеробном земљишту.

Област{0} високог ризика:

• Заварени шавови и дефекти премаза: Локално изложене челичне цеви делују као аноде.
• Земљишта са високим-сланим/ниским отпором (нпр. приобална подручја): Стопе корозије могу достићи 0,1~0,3 мм/годишње.

2. Избор технологије катодне заштите

Систем жртвене аноде (Сацрифициал Анода ЦП, САЦП)

1) Применљиви сценарији:

• Кратка{0}}раздаљина (<5 km), small-diameter (
• Земљиште или слатководно окружење.

2) Анодни материјали:

• Аноде од легуре магнезијума: Висок погонски напон, погодан за-тла са високом отпорношћу или слатку воду.
• Аноде од легуре цинка: Низак погонски напон, погодан за тла ниске{0}}отпорности (<1000 Ω·cm).

3) Параметри дизајна:

• Густина струје заштите: 0,02~10 мА/м² (у зависности од квалитета премаза и сценарија цевовода, нпр. 5-10 мА/м² за 3ПЕ-обложене укопане цеви у регионалним системима, 0,01-0,01-0,05 мА/м² 0,05 мА/м² пресвучене ПЕ за дугачке цевоводе-ди).
• Дубина закопавања аноде: 1,5~2 метра (налази се у влажним слојевима тла испод цевовода).

Систем импресиониране струје (Импрессед Цуррент ЦП, ИЦЦП)

1) Применљиви сценарији:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>ДН1000) цевоводи.
• Земљиште или водена средина.

2) Компоненте система:

• Анодни слојеви: аноде од високо-силиконског ливеног гвожђа, ММО (мешовити метални оксид) аноде, графитне аноде, флексибилне аноде итд.
• Напајање: Исправљач константног потенцијала (контролише потенцијал на -0,85~-1,20 В у односу на Цу/ЦуСО₄).
• Референтне електроде: Трајне Цу/ЦуСО₄ електроде (закопане у близини цевовода).

3) Кључне тачке дизајна:

• Удаљени анодни слојеви Већи или једнаки 50 метара од цевовода да би се избегла неравномерна дистрибуција струје.
• Дистрибуирани анодни слојеви (више дисперзованих тачака) за сложене терене или урбана густа подручја.

Кључне технологије и комбинована заштита

1) Премаз + ЦП синергија:

• Типови премаза: 3ПЕ (трослојни полиетилен), ФБЕ (фусион{2}}везани епоксид) итд.
• Управљање дефектима премаза: ЦП покривеност за оштећене тачке (густина струје мања или једнака 10 мА/м² када стопа оштећења<1%).

2) Везивање и изолација:

• Користите изолационе прирубнице или спојеве да изолујете заштићене цевоводе од других металних конструкција које могу ометати ЦП струје.
• Инсталирајте каблове за повезивање да бисте уравнотежили разлике потенцијала.

1. ПЦЦП механизам корозије

Структурне карактеристике:

• Преднапрегнуте челичне жице омотане око челичних цилиндара, прекривене бетонским спољним слојевима.
• Ризици од корозије жице: Карбонизација бетона или продирање хлорида уништавају пасивне филмове.

Последице корозије:

• Преломи жице који доводе до пуцања цеви (нпр. инцидент са пуцањем ПЦЦП-а из 2000. у Тампа Баи, САД).

2. ЦП технички изазови

Струјна заштита:

• Бетонски слојеви спречавају струју да дође до жица, што захтева посебан дизајн.

Ризик од крхкости водоника:

• Преко{0}}заштита (потенцијална<-1.00 V vs. Cu/CuSO₄) may cause hydrogen-induced fractures in high-strength wires.

Потешкоће у праћењу:

• Жице уграђене у бетон захтевају потенцијална мерења кроз заштитне слојеве.

3. Решења за имплементацију ЦП

Дистрибуиране аноде:

• Инсталирајте жртвене аноде од легуре цинка у тло изван зидова цеви или ММО тракасте аноде/проводљиве полимерне аноде.

Удаљени анодни кревети:

• За постојеће цевоводе користите дубоке{0}}анодне слојеве за продирање у бетонске слојеве.

Параметри дизајна:

• Потенцијал заштите: -0,85~-1,00 В (у односу на Цу/ЦуСО₄) да би се избегло крхкост водоника.
• Густина струје: 0,1~1,0 мА/м² (ниска потражња струје због високе отпорности бетона).

4. Мониторинг и одржавање

Потенцијално праћење:

• Сонде: закопане засићене Цу/ЦуСО₄ електроде у земљу или претходно-уграђене Мн/МнО₂ електроде у бетон за праћење потенцијала жице-у реалном времену.
• Изолација пресека: Поделити ПЦЦП цевоводе на сегменте за независно праћење потенцијала.

Упозорење о прекиду жице:

• Акустична емисија (АЕ): Откријте сигнале таласа напрезања од ломова жице.
• Електромагнетна метода (ЕМАТ): Скенирајте површине цеви да бисте проценили интегритет жице.

• Цхина Харбоур Карацхи Но.4 Ватер Пипелине ЕПЦ Пројецт, Пакистан
• Пројекат десалинације и водоснабдевања ЈАФУРАХ (ЈФД)
• Ксињианг 180км ПЦЦП цевовод ЦП пројекат који користи унапред-упаковане цинк аноде и аноде од цинк траке високе{2}}чистоће.
• Пројекат безбедности сеоске пијаће воде у сеоском граду Ксињианг Касхи.
• Заједнички пројекат водоснабдијевања слива ријеке Ксињианг Писхан (И фаза) ЦП
• Фабрика воде Нингбо Таојуан и ЦП пројекат излазног цевовода
• Пројекат диверзије воденог чворишта Путиан Јинзхонг - Огранак Мазу, приобални ПЦЦП гасовод

1. Тренутни изазови

• Неравномерна дистрибуција струје ПЦЦП: Променљива дебљина бетона узрокује локалну под-заштиту/преко-заштиту.
• Исплативост-: ПЦЦП ЦП кошта 3~5 пута више од система челичних цеви (због захтева за продирање бетона).
• Контрола водоничне кртости: Захтева прецизну регулацију потенцијала (нпр. коришћење ограничавача потенцијала).

2. Иновациони правци

Паметни анодни материјали:

• Саморегулишуће аноде{0} (аутоматски прилагођавају излазну струју на основу влажности/сланости).
• Нано{0}}композитне аноде (нпр. ЦНТ-побољшани ММО за побољшану струјну ефикасност).

Дигитални надзор:

• ИоТ (Интернет ствари) платформе за-анализу у реалном времену потенцијалних, тренутних података и података о акустичним емисијама.
• Машинско учење за предвиђање жаришта корозије и оптимизацију параметара заштите.

Зелене технологије:

• ИЦЦП системи на соларни/ветар{0}}(нпр. хидроелектрична шема Аустралије Снови Моунтаинс).

3. Стандарди и спецификације

Међународни стандарди:

• НАЦЕ СП0169 (Контрола спољне корозије на подземним или потопљеним металним системима цевовода).
• НАЦЕ СП0100 (Катодна заштита за контролу спољне корозије бетонских цевовода под притиском и малтером{1}}челичних цевовода обложених малтером за воду или отпадне воде).

Кинески стандарди:

• ГБ/Т 21448-2017 „Техничка спецификација за катодну заштиту закопаних челичних цевовода“ наводи стандарде за заштиту закопаних челичних цевовода од корозије кроз технике катодне заштите.
• ГБ/Т 19685-2017 „Преднапрегнуте бетонске цилиндарске цеви“ пружа спецификације за преднапрегнуте бетонске цилиндричне цеви, које се обично користе у водоводним и канализационим системима.
• ГБ/Т 28725-2012 „Катодна заштита закопаних преднапрегнутих бетонских цилиндарских цеви“ фокусира се на стандарде катодне заштите посебно за укопане преднапрегнуте бетонске цилиндричне цеви, обезбеђујући њихов дуговечност и интегритет.

ЦП апликације у цевоводима копнене воде (челични и ПЦЦП) захтевају циљане дизајне:

• Челичне цеви: Фокусирајте се на синергију премаза + ЦП за решавање лутајућих струја и корозије тла.
• ПЦЦП: Директна заштита жице кроз бетонске слојеве уз балансирање ризика од водоничне кртости.

Будући трендови наглашавају паметно надгледање, материјале са ниским-водоником-кртости и решења зелене енергије како би се испунили захтеви за поузданост за-пренос воде на велике удаљености и градске мреже, унапређујући инфраструктуру за воду ка вековном-вековном веку.