pccp管道（精选6篇）
pccp管道 篇1
我国自古南涝北旱, 南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。南水北调工程通过跨流域的水资源合理配置, 大大缓解我国北方水资源严重短缺问题, 促进南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展, 分东线、中线、西线三条调水线。西线工程在最高一级的青藏高原上, 地形上可以控制整个西北和华北, 因长江上游水量有限, 只能为黄河上中游的西北地区和华北部分地区补水, 中线工程从第三阶梯西侧通过, 从长江支流汉江中上游丹江口水库引水, 可自流供水给黄淮海平原大部分地区, 东线工程位于第三阶梯东部, 因地势低需抽水北送。而在南水北调工程中, PCCP管道得到了大量而有效的应用。
1 PCCP管道的基本情况介绍
预应力钢筒混凝土管 (Prestressed Concrete Cylinder Pipe) 简称PCCP, 是采用薄钢板卷制的筒体与钢制承、插口钢圈焊接成钢筒, 经水压检验无渗漏点后, 用立式振动成型法在筒体内外浇灌混凝土或采用离心法在筒体内衬混凝土构成管芯, 然后在混凝土管芯外施以钢丝抗拉强度70%的预压应力缠绕环向高强钢丝 (缠丝间距根据工况确定) , 再在外层喷射以致密水泥砂浆保护层, 组成的一种复合输水管材。根据钢筒在管芯中位置的不同, PCCP可分为:内衬式预应力钢筒混凝土管 (PCCPL) 和埋置式预应力钢筒混凝土管 (PCCPE) 。根据密封胶圈数量又可分为单胶圈管 (PCCPSL和PCCPSE) 和双胶圈管 (PC-CPDL和PCCPDE) 。PCCP兼具钢管和混凝土管的优点, 又有许多其它管材不具备的优良特性:能承受较高的内外荷载、压力损失小、施工便捷、安装简单、接头密封可靠、抗震能力强、防腐性能好、维护方便、性价比高、使用寿命长, 国内业界公认的设计使用寿命为50年。自1939年法国邦纳管道公司成功研制PCCP以来, PCCP已在美洲、欧洲、非洲及亚洲的多个国家得到广泛使用。我国开发研制PCCP起步较晚, 初期因认识程度不足, 发展缓慢, 从2001年后进入高速发展期, 经过多个工程的实际应用及检验, 现已深受设计、使用单位的青睐, 目前广泛应用于跨流域引水、农业输水、城市输水、配水、工业园区输水、火电厂和核电厂输水、循环水管道以及大型压力排污管道等工程中, PCCP已经成为21世纪我国铺设高工压、大口径, 尤其是管径2000mm以上输水管道首选的理想管材。
2 本工程中的PCCP管道的基本情况
本工程为河南省南水北调受水区许昌供水配套工程17号口门供水线路工程, 在本工程中使用的PCCP管道直径为2.4米。全线自流能力大, 几乎没有蒸发、渗漏, 而且不受外界自然及人为行为影响, 有利于保护水质、水量, 也便于管理;除泵站、调压室、检修闸阀井、巡视道路为永久占地外, 其余均为临时占地, 仍可覆土耕种, 大大减少了永久占地和拆迁量;管线基本上不需要维护, 维修费少, 并彻底解决输水和洪涝矛盾。水质、水量可以有效保证, 运营管理安全。
3 施工工艺方法的探讨
PCCP管的吊装就位根据管径、周边地形、交通状况及沟槽的深度、工期要求等条件综合考虑, 选择施工方法。在国内, 有二种不同的方法可供选择, 一种为吊车直接吊装就位法, 一种为有轨龙门台车吊装就位法。具体根据现场实际情况进行选择。而本工程的现场施工技术人员, 大胆创新, 刻苦钻研, 结合实际生产需要, 摒弃了国内安装PCCP管道的老旧方法, 独创出"油泵液压拽管法"的安装方法, 大大提高了效率, 节约了成本, 更加保证了安装精度, 减少了对接时对管道的损伤。下面我们来着重比较一下这种新型的PCCP管道对接方法。
吊车直接吊装就位法师选用80t吊车站位于沟边, 用两组导链和钢丝绳将管子吊至沟槽内, 用手扳葫芦配合吊车, 对管子进行上下、左右微动, 通过下部垫层、三角枕木和垫板使管子就位, 该种施工方法速度较慢, 但对场地情况要求高, 同时费用较高。
采用龙门台车吊装就位, 首先在沟槽内铺设钢轨, 位于钢轨上的台车用慢速卷扬机进行牵引行走, 台车内用两组导链和钢丝绳将管道吊起, 注意保护管道的边角位置, 避免在行走过程中与台车立柱发生碰撞, 造成管道损坏。下坡位置施工时在坡顶用卷扬机控制台车的下行速度, 台车车轮与钢轨之间用锁轨器锁定, 防止在下坡时台车发生倾覆。台车行走至管道安装位置后, 用手扳葫芦和垫板配合台车上下、左右微动安装将管子安装就位。该种方法费用较低, 容易掌握, 对场地的适应能力强, 但要保证足够的沟槽宽度以利于铺设轨道, 并施工速度较慢。
而“油泵液压拽管法”大大优于以上两种方法。“油泵液压拽管法”采用80t吊车站于沟边, 用两条20t柔性吊装带将管道缓缓吊至沟槽内, 使用一台20kw的柴油发电机为两部油泵张拉机供电, 依靠两部油泵张拉机的液压穿心千斤顶、两条直径15mm的预应力钢绞线、两根自制钢梁, 每两根管道为一个单元, 将管道安装就位。这种方法安装柔和, 管道损伤小, 投资较低, 速度较快, 从起吊开始大约15分钟就能将一条管道完全安装到位, 并且能依靠控制液压千斤顶从而控制管道承插口进入和抵出距离, 极大的保证精度。
管道安装时, 将刚吊下的管子的插口与已安装好的管子的承口对中, 使插口正对承口。使用一条自制钢梁A横于上一条已经安装的管道的插口前并牢牢卡住, 将两条预应力钢绞线穿过钢梁A。使用一条自制钢梁B横于待安装的管道承口, 将两条预应力钢绞线挂于钢梁B上。使用两部液压穿心千斤顶牢牢锚固穿过钢梁A的预应力钢绞线并抵住钢梁A, 通过控制千斤顶作用于钢梁A牵引钢绞线拽拉钢梁B, 使得待安装的管道插口缓缓进入上一条管道的承口。同时远端的测量人员通过经纬仪可以随时控制管道的中心线是否偏差, 如有偏差则可以控制千斤顶的牵引左右两条钢绞线牵引管道回归中心线。同时往两管之间塞入挡块, 控制两管之间的安装间隙在25mm左右, 同时也避免承插口环发生碰撞。特别注意管子顺直对口时使插口端和承口端保持平行, 并使圆周间隙大致相等, 以期准确就位。
注意勿让泥土污物落到已涂润滑剂的插口圈上。管子对接后检查胶圈位置, 检查时, 用一自制的柔性弯钩插入插口凸台与承口表面之间, 并绕接缝转一圈, 以确保在接口整个一圈都能触到胶圈, 如果接口完好, 就可拿掉档块, 将管子拉拢到位。如果在某一部位触不到胶圈, 就要拉开接口, 仔细检查胶圈有无切口、凹穴或其他损伤。如有问题, 必须重换一只胶圈, 并重新连接。每节PCCP管安装完成后, 细致进行管道位置和高程的校验, 确保安装质量。
4 前景展望与技术总结
PCCP管道性能优越, 前景广阔, 虽在我国发展时间不长, 但今后必将大规模应用于给排水, 输水工程中。本施工工艺方法出自工程实践, 特别是"油泵液压拽管法"为具有创新精神的年轻技术人员在实践中, 不断克服困难, 积极探索, 勇于实践而创新出的新技术。经过数个月的应用和不断改进, 整体设备系统已经基本完善, 在实践中发挥了很好的作用, 创造了良好的经济效益。
摘要：本文介绍了PCCP管道的基本情况与发展历史, 以及在本工程中PCCP管道的应用情况, 另外着重介绍了在工程中PCCP管道的施工工艺方法, 包括场地清理、测量放线、管沟基槽土方开挖、PCCP管道运输、存放及现场检验、石屑垫层施工、PCCP管的吊装就位及安装, 特别着重介绍了在本工程中独创的"油泵液压拽管法"的施工工艺, 以及与传统方法相比较所独具的优点。
关键词：PCCP管道,安装,施工,工艺
参考文献
[1]张弼, PCCP管道安装施工方案[J].农业科技与信息, 2010 (04) .
[2]郑惠芬, 浅谈PCCP管道安装方法[J].中国城市经济, 2011 (04) .
pccp管道 篇2
关键词 南水北调配套；管道；制作
中图分类号 TV 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0125-01
1 原材料质量保证措施
针对本工程中PCCP制造用的水泥、粗细骨料、预应力钢丝、钢板（薄钢板及配件用厚钢板）、承插口型钢、混凝土外加剂和配件用焊接钢丝网、承插口密封橡胶圈以及防腐涂料等材料，根据GB/T19001质量管理体系要求，严格按照《采购控制程序》和《原材料及外协件采购技术要求》对材料采购过程及供货方进行控制。
2 PCCP工序质量控制
2.1 承、插口质量控制
1）承插口钢圈的材料应符合中国标准GB/T700、GB/T912。
2）插口钢圈应采用双胶圈接头用型钢制作，承插口钢圈下料长度应保证承插口钢圈在胀圆中超出弹性极限。
3）每个钢圈不允许超过两个接头，且接头焊缝间距不应小于500 mm。
接头应对接平整，错边不应大于0.5 mm，采用双面熔透焊接，并打光磨平。
4）插口钢圈具体公差要求及检验频率应符合要求；承口钢圈具体公差要求及检验频率应符合表要求。
2.2 钢筒质量控制
1）制作钢筒的材料应符合中国标准GB 912。
2）钢筒采用不小于1.5 mm厚热轧定长薄钢板或薄钢板卷材经焊接制成。钢筒应按要求的尺寸精确卷制，钢筒端面倾斜度≤9 mm。
3）钢筒的搭接可采用对焊或搭接焊，焊缝可以是螺旋缝、环向缝、或纵向缝，不允许出现“十”字形焊缝。焊缝应连续平直，进行对焊时要求焊缝的凸起不能超过1.6 mm，进行搭接焊时要求焊缝的凸起不能超过钢板厚度与1.6 mm的和。如果钢筒存在外观上的缺陷或者采用水压检验时发现的缺陷，进行补焊时要求焊缝的凸起不能超过2.0 mm，对于焊缝的同一位置不能进行超过两次的补焊。
4）为了对全部焊缝进行检验，在进行静水压检验时必须针对每一节钢筒进行检验。如果在检验过程中发现存在渗水现象，一定要做好标记，并在卸压后进行补焊，然后再次进行检验，一直等到钢筒上的全部焊缝不再渗漏为止。
5）钢筒圆柱基准面和表面的凹陷、膨胀部分存在大于10 mm的偏差时，一定要在整平后才可以进行管芯混凝土的浇筑。在制芯之前，一定要保证钢筒表层清洁，禁止使用油漆类标识。
2.3 管芯混凝土浇筑及养护的质量控制
1）混凝土制备。混凝土生产应采用强制式搅拌机，称量系统应采用电子设备自动称量；混凝土搅拌出料后进行塌落度、温度、和易性检测，夏季混凝土温度超过32℃时应对骨料采取降温措施加以控制；冬季混凝土温度低于4℃时应对骨料采取保温措施加以控制。
2）混凝土浇筑。混凝土拌合物浇筑温度不得低于4℃，不得高于32℃；浇筑过程中必须控制钢筒内、外侧混凝土均匀上升、且高差（内高外低）不超过500 mm；每班浇筑取2组试样（不多于2个管芯时取1组试样），试件用于测定管芯混凝土的脱模强度、缠丝强度；每班取1组混凝土试件。生产过程中应随时进行振动器的性能检测。
3）管芯混凝土养护。管芯混凝土养护应采用蒸汽养护，生产时必须按照标准中管芯养护要求建立科学的养护制度，并进行养护过程温度记录。加速养护期间养护窑（罩、坑）内的升温速度不得超过22℃/小时，养护窑（罩、坑）内的温度应保持在32℃～52℃之间，养护时间应维持12小时或强度达到设计强度的70%，脱模温差应控制在20℃以内。
2.4 缠丝和喷浆的质量控制
1）缠丝前管芯混凝土抗压强度不应低于设计抗压强度的70%，同时缠丝对混凝土产生的预应力不应超过混凝土抗压强度的55％。
2）在缠丝时必须使用拉力自动记录仪对预拉力的变化进行全程记录；管芯两侧要按照1/2的张拉力密缠，在施加预应力时也要对钢丝张拉应力全程记录，并且要确保张拉力不能偏离平均值的±10%。
3）每周应对缠丝机应力装置进行一次检测；每周应对钢丝接头进行一次抗拉强度试验，拉力不应小于钢丝抗拉强度的75％。
4）单节管材在缠丝时每一层的钢丝接头不能大于一个，并且要确保钢丝接头平直、无扭跷，同时还要保证在管轴线方向的钢丝接头与缠丝起始位置之间的距离大于300 mm。
5）预应力钢丝内总的设计缠绕应力不得超过钢丝规定的最小抗拉强度的70%。
6）每次缠丝前都应对管芯表面喷涂一层水泥净浆，水泥净浆用水泥应与管芯混凝土相同，水灰比为1:0.625，涂覆量为0.41 L/m2。缠丝过程应连续喷涂水泥净浆。
7）每个月或每当改变细骨料或水泥来源时进行一次保护层水泥砂浆抗压强度试验。最外层砂浆保护层强度不得低于45 MPa，其净厚度至少应为25 mm。
3 钢筋混凝土管的质量保证措施
3.1 钢筋骨架的质量控制
1）在处理环向钢筋搭接时，必须严格按照GB50204《混凝土结构工程施工及验收规范》进行操作，其两端的环向钢筋要进行1～2环的
密缠。
2）通常情况下，钢筋骨架要使用保护层定位卡（塑料定位卡最适宜），为了确保双层钢筋骨架的牢固性，要使用架立筋进行层间连接。
3）钢筋骨架必须要有足够大的刚度，在运输骨架、装模及成型管子过程中，能保持其整体性。
4）钢筋骨架各部尺寸允许偏差：直径±5 mm；长度偏差0～-10 mm；环数+1环；螺距±5 mm（连续10环平均值）。
5）全部交叉点必须牢固焊接，相邻的节点不超过2个以上交叉点脱焊或者漏焊。钢筋骨架中全部脱、漏焊点小于全部交叉点的3%，并且完全用手工进行绑扎补齐。
6）在焊接钢筋骨架时，不能出现环向钢筋接点折角或者纵向钢筋倾斜等现象。
7）生产班组自检按100%进行检验；车间复检按100%对外观质量进行检验，尺寸不用检验；专职检验员按30%对生产批次进行抽检。
3.2 混凝土成型的质量控制
1）搅拌后的混凝土拌合物按生产班次抽样测定坍落度。坍落度宜采用7 cm～9 cm。
2）在混凝土的浇注地点对于制作试块要进行随机取样，将三个试件作为一组。每天必须对砼配比混凝土取样一次以上，每次都要制作3组试块。
3）在进行混凝土抗压强度实验以及进行评定时，必须严格按照《混凝土强度检验评定标准（GBJ107）》和《混凝土管用混凝土抗压强度试验方法（GB11837）》的标准进行。
4）混凝土混合物从搅拌机中卸出到喂料完成的时间：温度≥25℃时，小于1小时；温度＜25℃时，小于1.5小时。
5）试验员每生产班进行一次坍落度的检验；每班制作一次混凝土试件。
参考文献
[1]GB/T 1499.3-2002钢筋混凝土用钢筋焊接网[S].
[2]GB 1499钢筋混凝土用热轧带肋钢筋[S].
论埋地PCCP管道的防腐措施 篇3
腐蚀是影响结构耐久性的重要因素,也是造成材料破损的重要原因。就预应力钢筒混凝土管(以下简称PCCP)而言,PCCP管道的腐蚀可认为是因组成PCCP的材料[钢材(板、丝)、混凝土与水泥砂浆等]与周围环境发生物理-化学作用造成材料性能的改变,导致材料、环境或由其构成的体系功能劣化与破坏。
PCCP是一种以预应力混凝土为基材的混凝土-钢材复合管材,因此,在周边环境作用下,使埋地管材发生腐蚀的影响因素要复杂些。其中既有组成PCCP的管芯混凝土和保护层水泥砂浆在腐蚀介质作用下发生的化学腐蚀,也有组成PCCP的钢材(板、钢丝)在侵蚀性介质作用下发生的电化学腐蚀[1],故需从多方面综合考虑。本文讨论了PCCP自身的防腐功能、PCCP管道的防腐设计与措施,并对各种防腐措施进行了比较。
1 PCCP的自防腐和在特殊环境下的防腐设计
PCCP具有相对较厚、强度较高的水泥砂浆保护层和混凝土管芯内衬,可以很大程度地提高管道本身的结构强度、刚度及抵御外部物理与化学侵蚀的能力。与钢管上的水泥砂浆喷涂层不同,PCCP上的水泥砂浆保护层和混凝土管芯内衬的作用并不仅是将管内的薄钢筒、钢丝与外界环境隔离,而是为管内的钢件(钢筒、钢丝、钢筋等)创造一个高碱性环境,使其完全钝化,从而达到不被腐蚀的目的。
埋地PCCP管道中的混凝土与水泥砂浆保护层在地下潮湿环境中,其孔隙中的水份为碱度很高的Ca(OH)2饱和溶液,p H值在12.5左右,但由于混凝土和砂浆中含有少量的Na2O、K2O等成分,实际p H值可超过13。在这样高碱性环境中,钢材表面被氧化,形成一层约6~7μm厚的水化氧化铁膜。该膜牢固吸附在钢材表面,质地非常致密,可使钢材完全处于钝化的状态。即使在有水分、氧气的条件下,钢材也不会发生锈蚀,因此,也称为钝化膜。钝化膜的存在使得埋地PCCP管道具有较好的自防腐能力。
国内外大量的试验与实践证明:严格按照ANSI/AWWA C301《预应力钢筒混凝土管》或GB/T19685《预应力钢筒混凝土管》中相关条文规定制作的PCCP管道水泥砂浆保护层与混凝土管芯,在绝大多数情况下,都能够为管道提供足够的防腐保护,无须作任何附加措施。
按照设计手册AWWA M9《混凝土压力管》第12章“腐蚀环境下的设计考虑因素”中的规定[2],只有在下述特殊环境下铺设运行的PCCP管道才需采取附加的防腐措施:(1)高氯化物环境或杂散电流干扰。这类环境会引起埋置在混凝土管芯中的钢筒与水泥砂浆保护层下的钢丝锈蚀。(2)土壤或地下水中具有高硫酸盐、强酸、或含有腐蚀性的二氧化碳的环境或条件。此类环境或条件可能会使管芯混凝土或水泥砂浆保护层中的硅酸盐水泥基材产生化学反应,造成破坏。(3)长期暴露在大气环境中的管道,此时水泥砂浆保护层表面有可能发生碳化,使其中性化,或水泥砂浆表面有可能承受冻融破坏。
综合AWWA M9手册中的规定和多年实践经验,对如何界定环境或条件的严酷,确定是否需采用附加的防腐措施和采取何种防腐措施,笔者认为可从以下六个方面进行考虑。
(1)鉴于土壤电阻率越低,土壤中氯化物或硫酸盐的浓度越高,且测定土壤电阻率的方法也比测定土壤中化学物的方法便捷,建议业主、设计单位应预先在拟铺设管线区的沿线按一矢间距取样测定管区土壤的电阻率,来确定腐蚀性土壤的位置。作为界定准则,对电阻率小于1500Ω·cm的土壤,应测定该区土壤中腐蚀性盐类的类别和含量,以确定腐蚀因子、腐蚀形式和采取何种附加防腐措施。而对埋设在其他电阻率大于1500Ω·cm区域的管线则可不作任何附加防腐措施。
(2)对完全浸没在海水中的或不间断压力输送海水的PCCP管线,其管芯混凝土与水泥砂浆保护层外不须作任何附加防腐措施,但对浸没在海水中接口钢圈的裸露部份应采用涂层保护。
PCCP管道埋置在高氯化物环境中,当周围环境能使水泥砂浆保护层始终保持潮湿,土壤中的氯离子浓度大于1g/L时,或当处于干湿循环(如干旱地区)的土壤区,土壤中的氯离子浓度大于150mg/L时,需要在水泥砂浆保护层外表面采取水份(湿度)封闭隔离措施(如涂防腐涂料),或在管线上安装电连续性连接系统,并定期监测管线的腐蚀情况,以确定是否需进行阴极保护。
(3)由于只有在埋地PCCP管道附近有如外加电流阴极保护系统、电气化铁路等直流电源时,才会产生因杂散电流对PCCP管道的腐蚀。因此,在该区段铺设埋地PCCP管道时,建议可采取以下措施:(1)如有可能,去除引起杂散电流的电源;(2)在管道外表面另涂一层绝缘层,提高管道的电阻;(3)在管线上安装电连续性连接系统,并定期监测管线杂散电流的干扰情况,以确定是否需采取阴极保护。
(4)对完全埋置在高硫酸盐(硫酸硅、硫酸镁或硫酸钙)含量土壤中的PCCP管道,一般不会发生因土壤毛细管作用及表面蒸发形成高硫酸盐引起水泥砂浆化学腐蚀,且水泥砂浆保护层的高水泥用量(一般在580~600kg/m3)也有提高管道抗硫酸盐能力的作用。因此,无须作任何附加防腐措施。
对埋置在水溶性硫酸盐含量超过约2g/L的土壤或水中的PCCP管道,应在水泥砂浆外表面采取水分封闭隔离措施(如涂防腐涂料)。需指出的是,若PCCP成品管在堆场存放时间过长时,不推荐用抗硫酸盐水泥制作水泥砂浆保护层,因为在该种情况下,抗硫酸盐水泥极易碳化造成水泥砂浆中性化,反而会加速钢丝的腐蚀。
(5)埋地PCCP管道的酸侵蚀几乎都是由非自然条件引起的,如矿渣、酸性废物、工业废弃物等。天然状态下发生酸性腐蚀的土壤一般为弱酸性,此时,埋置在酸性黏土中的PCCP管道,一般不需采用附加的防酸性侵蚀措施。
埋置在酸性砾质土壤中的PCCP管道,若土壤开挖即测土样的p H值>5,则管道不需采用任何附加防酸蚀措施;若p H值≤5,则应采取附加的防酸蚀措施,如换土或覆盖防酸薄膜、增设套管等。
(6)对埋置在有腐烂植被的沼泽地、较软的地下水、强渗透性土壤或长期暴露在大气中的PCCP管道,其水泥砂浆保护层有可能会因环境中CO2的碳化作用,造成水泥砂浆的中性化,致使钢丝表面发生锈蚀。但迄今为止尚无公认的需采取防腐保护所对应的CO2含量值,因此,只能在过去的经验、实测土壤或地下水资料表明有潜在危险时再采取附加的保护措施。一般主要采用的是用可隔离水分、氧气渗入的防腐涂料。
2 埋地PCCP管道的防腐措施
2.1 管道自身结构的防腐设计
管道自身结构防腐设计的目的是在试验与实践的基础上,在结构设计、原材料选用和生产过程中改善管用混凝土、水泥砂浆、钢丝的抗腐蚀能力或提高管身的抗渗能力,从而提高出厂成品管材的耐久性。
在制管原材料的选择上,国内PCCP厂采用的常规措施有:(1)选用C3A含量小于8%的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;(2)选用氢脆敏感性试验合格的预应力钢丝;(3)控制管芯混凝土的碱含量不超过3kg/m3;(4)尽量不用具有潜在碱活性的集料;(5)混凝土中采用聚羧酸盐类高效减水剂等。
2.1.1 在水泥砂浆保护层中掺入钢筋阻锈剂
钢筋阻锈剂是一种通过抑制混凝土(水泥砂浆)与钢筋(丝)界面孔中的溶液发生阳极或阴极电化学反应来保护钢筋(丝)的外加剂。该外加剂直接参与界面化学反应,使钢筋(丝)表面形成钝化膜或吸收膜,直接阻止或延缓钢筋(丝)锈蚀。主要预防由于盐类(如Cl-)侵蚀而引起的钢筋锈蚀[3]。
目前,国内外市场上的钢筋阻锈剂,按使用方式可分为内掺型和外涂型。适宜用于PCCP管材的为内掺型钢筋阻锈剂。市场上的内掺型钢筋阻锈剂有粉剂型和水剂型2种,前者主要以无机亚硝酸盐等为主要阻锈成份,其作用机理属阴极型;后者主要以胺、醇胺及它们的盐为主要阻锈成份,其作用机理属阳极型。近几年,国内市场上己出现适用于可抑制阳极和阴极过程同时发生电化学反应的复合型粉剂、水剂钢筋阻锈剂,如我国某研究院研制的钢筋阻锈剂,由于它既能防止氯离子侵入,又能消除金属表面的微电池,因此,是一种比较理想的PCCP管材用钢筋阻锈剂[4]。
按JGJ/T 192—2009《钢筋阻锈剂应用技术规程》规定:保护层水泥砂浆掺有钢筋阻锈剂的埋地PCCP管道可直接用于GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》中规定的环境作用等级:III-C(周边永久浸沒在海水或埋于土中)、IV-C(接触较低浓度氯离子水体、且有干湿循环)、IV-D(接触较高浓度氯离子水体、且有干湿循环)的土壤环境中。
内掺型钢筋阻锈剂使用效果明显,使用方便(粉剂直接掺入搅拌用水内、水剂可直接倒入拌合物中),无需专门工序,且掺量低(粉剂掺量约单位水泥用量的1%~3%),费用比较低廉。但据笔者了解,国外的PCCP生产企业都己将钢筋阻锈剂列为PCCP的常规原材料。而在我国,由于各种原因,除个别PCCP生产企业使用外,还几乎沒有应用。
2.1.2 改善结构设计,增加净保护层厚度和密实度
PCCP管道水泥砂浆保护层的高碱度可使预应力钢丝表面形成钝化膜,对钢丝有保护作用。而一定厚度的保护层还起着阻止外界腐蚀介质、氧气和水份渗入的作用,其保护效果则与净保护层水泥砂浆的厚度密切相关。因此,在结构设计中适当加大净保护层的厚度也是提高PCCP管道的防腐能力,提高其耐久性的重要措施之一。
有研究表明,保护层厚度每增加10mm,被保护钢筋的失重率可降低20%左右,混凝土的透氧量減少10%~15%左右[5],钢丝失钝开始锈蚀所需时间与保护层厚度的平方成正比。因此,在面临较严酷的环境条件时,采用增加保护层厚度的方法,不失为一个有力的应对措施。
根据笔者的经验,采用现有的PCCP生产设备,在保证保护层质量满足国标GB/T 19685规定的前提下,卧式成型时的净保护层厚度最大可增至30mm;立式成型时的净保护层厚度可增至35mm。若采用一些附加措施,如增设钢丝网片或树脂砂浆并及时养护等,则保护层厚度还可增加5~10mm,分别达到35~45mm,从而也可大大地提高其防腐能力和耐久性。
此外,国外PCCP厂家采用的另一项改善PCCP结构的措施是改善保护层制作工艺,提高保护层水泥砂浆的密实度。考虑到工艺和设备的限制,目前的趋势并不是一味提高密实度,而是提高保护层水泥砂浆密实度的均匀性,为此,美国标准ANSI AWWA C301(2007版)在对保护层水泥砂浆密实度指标-吸水率的质量控制上,要求从管上选取的3个保护层水泥砂浆试样的平均值应不大于9%,且3个试样中的最大值不允许大于10%。
2.2 PCCP保护层的表面涂层保护
该法的特点是采用一些防护材料涂覆在PCCP外保护层上,阻止管道周边的空气、水分或土壤中的氧、水、盐类介质向保护层水泥砂浆中渗透和扩散。由于它具有适应性强、经济、有效、施工便捷等特点,是目前使用较为广泛的PCCP管道防腐措施。
按作用机理分,保护层表面涂层主要有封闭型和隔离型两大类[6]。
封闭型表面涂层的持征是将粘度很低的硅烷或水性涂料涂装在已达到设计强度的PCCP水泥砂浆保护层的外表面,靠毛细孔的表面张力作用吸入水泥砂浆的表层內,其渗入厚度一般为几毫米,从而明显降低水泥砂浆保护层的吸水性和周围环境氯化物的渗入量,达到保护的目的。但该方法无法在施工后直接判断施工的效果,因此,还没有在PCCP上使用的实例。
隔离型表面涂层的特征是在保护层表面涂装一定厚度的有机涂料,以隔离管道周围环境中的腐蚀性介质、水、氧气对水泥砂浆保护层表面的侵蚀和渗透[7]。作为水泥砂浆表面涂层的涂料的主要有:环氧涂料、氯化橡胶涂料、丙烯酸涂料、聚氨酯涂料等。其中环氧树脂煤焦油沥青涂料(漆),由于其具有优良的附着力、耐碱性、耐酸性、价格低、操作方便等优点,是各种涂料中的首选。值得注意的是,实践中隔离型表面涂层的有效厚度一般为400~800μm,如果涂层过厚会引起起皮、流淌等缺陷反而削弱了防腐效果。
水泥砂浆保护层的保护涂料体系一般分底漆、中间层和面漆三部份,实际操作时,一般均采用同一类涂料,但也可分别采用不同类别的涂料。
2.3 阴极保护
阴极保护是一种通过使金属表面作为电化学电池的阴极,从而使其腐蚀減轻的技术。其基本原理是通过外部直流电源设备(强制电流法),或比铁更活泼的金属(如锌、铝合金等)的消耗(牺牲阳极法)给钢筋持续施加一定密度的阴极电流,将其阴极极化到一定程度,从而使得钢筋本身的氧化极反应被阻止或降低到非常小的程度[8]。
阴极保护中的外加电流法是用直流电源给被保护金属通以阴极电流,该保护系统主要由直流电源、辅助阳极、参比电极和电缆等组成。而阴极保护中的牺牲阳极法则是在被保护金属上连接一种电极电位更负的金属或合金作为牺牲阳极,通过牺牲阳极的自我溶解和消耗,使被保护金属得到阴极电流,达到不被腐蚀的目的。实际在为埋地PCCP管道选择阴极保护的方法时,为避免PCCP预应力钢丝的氢脆破坏,大多数情况下选用的是牺牲阳极法。
2.4 运用措施改变管道的外部土壤环境
由于造成埋地PCCP管道腐蚀的腐蚀因子都是来自管道周围土壤或地下水环境,可选择换土等措施,彻底改变埋地管道的外部土壤条件,从而达到保护管道不被侵蚀和腐蚀的目的[9]。
此法适用于已被强酸污染的或化工厂附近的地区及高硫酸盐侵蚀土壤,是一种十分有效的防腐处理措施。常用的方法是用普通土或砂∶石灰约3~4∶1(重量比)比例混合的石灰土回填位于该地区的管道。由于改变了环境,消除或大大減少了腐蚀因子侵蚀管道水泥砂浆保护层的机率,进而达到了防腐的目的。但由于此法施工工序较繁复、且成本较高,不适合用于整个管线工程,只适合于局部处理,或特别适合存在较严酷腐蚀环境中,整个管线极小,其他大部分管线都无须作附加防腐措施的工程。
3 埋地PCCP管道防腐方案的选择
当需要对埋地PCCP管道进行防腐设计时,一般应遵循的原则是先在管材制作时提高成品管管材自身的防腐能力;其次是采取措施破坏产生腐蚀的条件,防止隔离腐蚀因子、水分、氧的侵入;然后再根据工程的实际情况,考虑是否需要在管线上各管段间安装电连续连接系统,对管线进行定期监测;最后确定采用何种阴极保护方法。
对新铺设的埋地PCCP管线的防腐设计,目前,国内外较常采用以下4种防腐措施。
(1)在保护层水泥砂浆中掺入钢筋阻锈剂,此法适用于具有中等氯离子侵入的环境。
(2)在保护层外涂复厚度为400~800μm(人工涂刷时约为2~4道)的环氧煤焦油沥青涂层,由于此法可适用于各种中等和部份严酷腐蚀环境,因此,是目前国内用得最多的防腐措施。
(3)前两种方法的复合,即方法(1)+(2),此法适用于大部分严酷腐蚀环境,是目前国外对铺设在严酷腐蚀坏境中的新铺埋地PCCP管线普遍采用的防腐措施。
(4)对己知具有很严酷腐蚀可能的环境中铺设的埋地PCCP管道,国外的作法是在将方法(1)与(2)复合的基础上,还在管线上安装电连续连接系统,但管线运行后并不马上作阴极保护,只是对管线进行定期检测,一旦发现预应力钢丝已有轻微腐蚀后,再根据防腐设计中设定的阴极保护方法进行阴极保护。据了解,国外也有仅在法(2)的基础上,安装电连续连接系统的作法。
对已在运行的埋地PCCP管线上发现预应力钢丝锈蚀后的防腐,通常国外的作法是,利用管线上原有的或新安装的管线管段间的电连续连接系统,在破损的保护层修补完好后,立即采用选定的阴极保护方法进行阴极保护。
4 对埋地PCCP管线阴极保护的几点看法
阴极保护法是发明最早且目前应用技术最成熟的一种金属腐蚀防护方法,从上世纪30年代开始应用,至今己被广泛用于化工、建筑、机械、交通等工业设施及民用设施中的金属结构中。国外在上世纪90年代后开始应用于在严酷腐蚀环境中的预应力钢丝己出现锈蚀的埋地PCCP管道中,国内在2007年开始用于埋地PCCP管道。目前,国内全部用于新铺设的埋地PCCP管道上。
4.1 国外埋地PCCP管道使用阴极保护法的导则
阴极保护法作为一项成熟的金属防腐蚀方法,国内、外有关它在埋地钢管上应用的标准、规范很多,但关于其在埋地PCCP管道上应用的标准、规范却很少。目前,唯一一本与其有关的标准是由美国腐蚀工程师学会发布的学会标准NACE PR0100—2004《预应力钢筒混凝土管的阴极保护》。该标准对PCCP的阴极保护提出以下的导则。
(1)对新铺设的埋地PCCP管道,由于混凝土(水泥砂浆)中的钢件(钢筒、预应力钢丝、钢筋等)已形成钝化膜,因此,通常不需要进行阴极保护,应对管道进行定期监测,以确定其是否已产生腐蚀。
(2)如果在PCCP管道上发现了腐蚀,则可以采用阴极保护来控制其进一步发展,但是,阴极保护不能代替已经腐蚀损失的钢筋或使腐蚀的钢筋恢复至原貌。
(3)实施PCCP管道阴极保护法的前提是PCCP管线上的标准管、配件、异型管之间的钢件应有良好的电连续性。
(4)已运行的现有PCCP管道应定期监测,确定其腐蚀活跃的程度,如在监测中显示出正在影响管道的安全或经济运行时,应采取包括阴极保护在内的适当的腐蚀控制措施。
由以上导则可以看出,美国工程界对将阴极保护法用于埋地PCCP管道上的态度是该法适用于已发现了金属腐蚀的PCCP管道,而不是新铺设的埋地PCCP管道。该点应引起国内设计人员密切注意。
4.2 新铺设埋地PCCP管道实施阴极保护法的风险
根据阴极保护法的基本原理与笔者的经验,对新铺设的埋地PCCP管道在铺设后就实施阴极保护至少会出现以下的几个风险。
(1)到目前为止还沒有统一的PCCP阴极保护准则,且大部分研究均是针对将已腐蚀钢筋的腐蚀速度降低到可接受程度的电位准则,适用于已发生腐蚀的PCCP管道。而对混凝土尚未受污染、钢筋尚未腐蚀的新建结构的阴极保护准则的研究很少。此时,若在阴极保护过程中的保护电位一旦负于析氢电位,引起钢丝的过保护,钢丝表面发生析氢的阴极反应,就会诱发钢丝的氢脆破坏。美国就曾发生PCCP管线因阴极保护过盛而导致高强钢丝氢脆破坏的事故。
(2)保护电流密度是指被保护结构达到保护准则要求时所需要的电流密度,是进行阴极保护设计所必须的基本参数。目前的现实是缺乏关于新建PCCP阴极保护所需的电流密度的资料,因此,阴极保护设计人员在实际操作时往往难于准确选取。电流密度过小,保护不足、达不到保护效果;电流密度过大,造成浪费甚至产生过保护现象,危害管道。
(3)对表面己涂覆防腐保护涂层的新建埋地PCCP管道,电流通过时会有较大的压降,而处于无污染高碱性环境中的预应力钢丝表面的钝化层的电阻值更高,且保护电位的检测又很难,只能在管道周围取点检测。这样,从外部测得的PCCP阴极保护电位与真实的保护电位相差会很大,从而使得被保护管道得不到有效保护。
4.3 已运行的埋地PCCP管道实施阴极保护时需解决的问题
在对已运行的埋地PCCP管道实施阴极保护时,目前需解决以下几个问题。
(1)PCCP管道的病害诊断准则与方法,即如何确定钢丝锈蚀的位置与程度,从而确定阴极保护系统起动的时间。这方面国外的研究虽多,但开发出的成熟方法与设备、仪器并不多。虽然国内已有个别科研机构从国外引进了部份技术与设备,但实际的应用还非常少,与国外的差距还较大。
(2)如何保持阴极保护系统的工作寿命与PCCP管道的工作寿命同步。
5 结语
(1)埋地PCCP管道的腐蚀是一个多因素综合作用的过程,因此,应把各种单一措施采取复合、叠加等方法综合使用,才能达到真正防腐目的。
(2)由于PCCP自身具有很强的防腐能力,因此,在大多数的环境情况下,都无须再增加其他的附加防腐措施。
(3)当埋地PCCP管道在较严酷的环境下需作附加的防腐措施时,推荐的作法是:采用保护层水泥砂浆外掺阻锈剂与外表面涂复环氧煤焦油沥青漆涂层相结合的措施,且应在施工时作好以20~25节管(大约100~150m)为一保护单位的电连续连接,并在管线运行时定期监测管线是否发生腐蚀。
(4)不推荐在新铺设的埋地PCCP管道上立即采用阴极保护。
(5)建议有关单位加速对已运行埋地PCCP管道病害诊断准则与方法的研究,以利于对已发生锈蚀的管道及时进行保护。
参考文献
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[8]李金柱,赵国彦.腐蚀和腐蚀控制手册[M].北京:国防工业出版社,1988.
pccp管道 篇4
关键词：PCCP管道,安装,施工
1 工程概况
本文以辽西北供水工程某标段为例, 就大口径PCCP管道安装施工工艺进行总结。
本工程安装的PCCP管道口径大, 单节管道重量大, 吊装施工难度较大。主管道为4根DN3200 (DN3400) PCCP管。PCCP管段线路长约18km, 标准管有效长度5000mm, 最大单节管重58t。沟槽开挖深度2.5-8m。PCCP管道总线路长度较长, 工程量大, 工序衔接性与依赖性较强。
2 PCCP管道安装工艺流程
施工准备→PCCP管道验收→管道吊运入槽→管道初装就位→承插口清理、润滑→橡胶圈检查安装→管道对接校正安装→接头一次打压→后续管道安装→接头二次打压→阴极保护施工→外部接头灌浆→防腐→管沟回填→接头三次打压→内部接缝灌浆接头封堵→管道回填→静水压试验→工程验收。
3 PCCP管道安装施工工艺
3.1 施工准备
当会审完管道安装设计图后再进行管道安装。为了掌握管道沿线的情况和资料, 应当根据施工的需要进行调查研究。修筑临时施工道路, 现场布置应满足土建施工和管道安装施工的要求。
3.2 PCCP管道验收
到达现场的管道件必须附有出厂证明书。按清单检查数量型号是否正确。
安装前, 对每根都要进行外观检查:承插口有无碰损、外保护层有无脱落、椭圆度误差是否在允许范围内等, 同时, 按照质量验收标准抽查管子的外观几何尺寸。
3.3 管道吊运入槽
选择的吊装设备应当满足管道重量和实际工况并留有富裕的吊装能力;采用两根尼龙带或其他吊索, 严禁穿心起吊。吊装设备下管时, 架设的位置不得影响管沟边坡的稳定;调运过程中不得碰撞管沟壁和沟槽内管道, 沟内运管时不得扰动天然地基。
3.4 管道初装就位
根据实际工况考量, 采用了350T履带吊进行安装作业, 特殊地段用60T龙门吊进行管道安装, 本标段全部为单槽双管安装作业面, 履带吊示意图见图1。
在管带初装就位前, 为了保障对接效果, 应当根据管道承插口的椭圆度调整管道的位置。用履带将管道运送到安装位置, 缓慢平稳的移动, 当距离已安装好管线的承口或插口约20cm时, 应用木衬块将两管隔开。
3.5 承插口清理、润滑
将管道承插口的异物清除后再进行管道安装;在承插口凹槽后均匀的安装橡胶密封圈, 在接触面上均匀的涂刷润滑剂。
3.6 橡胶圈检查安装
安装前进行橡胶圈外观质量现场检查, 胶圈上不得有气孔、裂缝、重皮等缺陷, 每根胶圈最多允许有1个接缝;在0℃以下安装管道时, 可采取在热水中浸泡的方式防止橡胶圈变硬。
3.7 管道对接校正安装
进行管道安装时应将承口端面向来水端, 对接时, 应使四周间隙均匀分布;管材安装前, 根据已知的控制点用经纬仪测定管的安装中心线, 并在基槽适当的位置上设置相应的控制桩。
在测控管的安装中心线时, 应使用水平尺配合经纬仪。铺设管材时由低向高, 承口朝向来水方向。在铺设管材或安装中断时, 应当用塞子临时封住管口以防止杂物进入管内;在管线每个接口位置开挖足够的工作坑, 按照规定连接完接口后, 要对管道的中线和坡度进行检查。每安装完一节管子, 立即用专用量具从管壁内侧的对口间隙处检查密封胶圈是否进入工作面。确认检查合格并稳定管子垫后再缓慢松开吊具;管道转角处可根据规范和设计规定利用管子接口进行借转。在充分完成下管前准备工作的基础上, 对第一节管的高程、中心线等技术条件进行严格控制, 此管稳好后, 再进行全管安装。安装每班前要对已安装好的第一节管进行复查。对于发生位移的应当重新校正复位, 检查合格后继续安装;按照设置的施工测量控制点进行安装, 管道的轴线以及标高必须符合设计要求, 同时要做好施工记录。
采用履带式起重机起吊PCCP管, 安装时采用内拉杆就位的方法, 如图2。
3.8 接头打压
连接完管道接口后随即打压接头。分三次进行接口打压试验, 第一次在管道安装后进行, 第二次在后续管道安装两根后打压此接口, 管道回填后对此接口进行第三次打压试验。水压试验时应先排净水压腔内的空气;试压采用手提式打压泵, 管道连接后将试压嘴固定在管道插口的试压孔上, 连接试压泵, 将压力升至试验压力, 恒压2min, 无压降为合格;试压合格后, 取下试压嘴, 在试压孔上拧上M8螺栓并拧紧。
3.9 管道接头处理
(1) 外部接头灌浆。接头处外侧裹覆的帆布宽度不小于20cm, 并采用张紧装置拉紧;将其固定在PCCP表面, 在最顶部留灌浆口, 并确保灌浆通道净宽;拌制的水灰比为0.65、1:3, 且要求水泥砂浆具有良好的流动性。在缝隙内慢慢注入砂浆, 保持其均匀、密实且无空隙。当接口灌满砂浆后, 在灌江口上部用干硬砂浆填满抹光。 (2) 内部接头灌浆。清扫管道内接缝, 确保接缝内无异物和灰尘;管道接头需在内侧进行人工抹浆, 采用1:2水泥砂浆塞填缝隙, 捣实抹平;管道内表面要抹平, 接头应填充密实;天气寒冷时, 水泥砂浆采用温水拌制, 并加入防冻剂, 保证砂浆质量。 (3) 工地接口防腐。当灌浆护带内的砂浆达到设计强度后拆除灌浆护带, 现场喷涂环氧煤沥青等防腐层涂料, 总干膜厚度不少于600μm;接口防腐层搭接到罐体防腐层上不少于100mm以确保接口处防腐层与管体防腐层接茬紧密, 并且要求搭接处成圆锥形圆滑过渡。
3.1 0 沟槽回填
管道安装一定数量并完成以上工序后, 验收合格即可回填。回填厚度和压实指标应符合设计要求。管道两侧对称下料, 分层夯实且均匀上升。
4 结语
辽西北供水工程PCCP管道安装施工工艺要求严格, 通过合理采用施工技术, 加快安装速度, 质量得到保证, 为今后大型PCCP管道安装提供了借鉴经验。
参考文献
[1]GB50286-2008, 给水排水管道工程施工及验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]高建斌.PCCP管道安装施工工艺探究[J].河南水利与南水北调, 2012 (22) :48-51.
pccp管道 篇5
PCCP管道具有抗拉、抗渗透和抗压等特点, 可以承受较大的载荷。传统PCCP管道安装内拉设备时, 通常难以满足施工质量和进度要求, 同时具有较大的成本, 并且技术性较低, 因而市场竞争能力偏低。为此, 对PCCP管道安装内拉设备进行优化改造具有重要的价值。公司主要从事生产PCCP管道设备, 其主要包括小口径、大口径的卷焊机以及绕丝机喷浆机等, 探究其安装内拉设备的优化改造, 可以更好地提升企业的综合竞争能力。
2 传统管道安装内拉装置的缺陷
传统PCCP管道安装内拉装置主要是通过手拉葫芦以及千斤顶来作为拉力器, 在管道外侧承插口安装钢架横梁, 运用内拉钢丝来承担负荷, 并且采用人力来形成内拉力, 从而在管道高度以及轴线达到相应的要求后完成管道的安装。传统PCCP管道安装内拉装置虽然操作简便, 但是依然存在较多的问题, 其主要体现在以下几个方面。
2.1 内拉力较小, 设备笨重
在运用传统PCCP管道时, 其采用手拉葫芦的方式来形成内拉力, 一旦选择的吨位较小, 将会难以达到内拉力的需求, 并且在椭圆度较高的PCCP管道中, 设备的内拉力更加难以达到工程的使用需求[1]。另外, 在内拉力无法满足工程需求时, 选择较为笨重的机器虽然可以达到相应的内拉力水平, 但是由于设备的笨重, 导致移动和拆卸存在较大的不便。
2.2 内拉力不均匀
在传统PCCP管道安装内拉装置时, 虽然可以在一定程度上满足工程的使用需求, 但是容易出现两侧拉力不均匀的现象, 由于内拉力不均匀, 容易挤压胶圈, 影响管道的密封性, 继而会导致工程的返工[2]。另外, 在传统PCCP管道安装内拉装置时, 运用钢筋等构件形成连接件, 会导致拉力器下垂, 造成安装的间隙较大, 在安装过程中, 每一节管道均需要反复拆装, 严重影响工程的进展。
2.3 成本较高
在传统PCCP管道安装内拉装置中, 使用的成本相对较高, 在手拉葫芦的运用中, 至少需要3个人来进行操作, 对人力的需求相对较高, 同时手拉葫芦以及钢丝绳等物品容易损坏, 会增加工程的成本[3]。另外, 在传统PCCP管道安装内拉装置中, 钢丝绳具有较大的延伸率, 一旦钢丝绳出现断裂, 将会受到弹力的影响, 给员工的生命安全埋下较大的隐患。
3 PCCP管道安装内拉装置的改造
传统PCCP管道安装内拉装置存在较大的缺陷, 容易对工程的进展带来影响, 同时会为员工的安全带来隐患。因此, 需要结合内拉装置的特点以及工程的需求来针对性地改造内拉装置, 使其可以提升使用效率、降低生产成本, 并且可以提升内拉装置的安全性。
3.1 改造后装置的构件及功能
在对PCCP管道内拉装置进行改造后, 会提升装置的便利性, 并且可以具有自动操作的特性。其主要构件及功能主要体现在以下4个方面。 (1) 液压缸以及电控系统。该系统需要为PCCP管道提供内拉力, 运用自动电控系统, 可以降低人力资源的使用效率, 并且通过液压缸的运用, 可以改进内拉装置拉力不均匀的问题[4]。 (2) 连接钢片。该部分主要负责将内拉力传递到横梁, 可以代替钢丝绳进行使用, 避免钢丝绳的弹力而带来的安全隐患。 (3) 横梁。该部分主要负责将内拉力从横梁传递到管道, 使PCCP管道在对接过程中, 可以形成相应的内拉力。 (4) 行走系统。该系统是PCCP管道的支撑系统, 可以避免管道迁移过程中的拆卸, 可以提升管道的重复使用率。
3.2 构件以及参数的改造
在PCCP管道安装内拉装置时, 需要对其构件的结构以及参数进行选择, 使其可以更好地满足工程的建设需求。其主要体现在以下几个方面。
1) 液压缸以及电控系统的选择[5]。在PCCP管道的运用过程中, 在管道的两侧可以设置双杆液压缸, 液压缸通常为双向液压驱动, 可以保证PCCP管道的往复运动。在设计的过程中, 为了保证系统的拉力均匀, 将液压缸的形成设定为1.1m, 将缸体的直径设计为18cm, 缸体的推力设计为30t, 速度保证在1m/min。通过该数据的设计, 可以保证管道拉力的均匀。
2) 在电控系统的设计中, 选择合适的液压系统以及电控箱。液压系统的功率需要采用5.5k W的电动机并且在双杆液压缸处设计控制开关, 通过对系统的自动控制, 可以保证拉力、方向以及力度均可以达到系统的使用需求。通过对电控系统的设计, 可以避免PCCP管道内衬混凝土的掉落, 从而可以避免施工裂缝的出现。
3) 选择连接钢片以及横梁。在PCCP管道的设计中, 需要选择合理的连接钢片以及横梁。在连接钢片的选择方面, 可以选择厚度20mm, 宽度75mm以及长度4m的钢片。同时横梁选择150mm的直径以及15mm厚度的空心管, 通过螺杆的设计, 可以保证PCCP管道安装和拆卸的便利性、另外, 在连接钢片以及横梁的连接过程中, 需要采用铰接的方式进行连接, 这样可以最大程度的提升系统的密封性。
4) 在PCCP管道内安装横梁小车。通过液压缸以及小车的作用, 可以保证液压缸的工作平面水平性, 继而可以减小连接件下垂而产生的缝隙。另外, 通过该系统的设计, 可以保证系统拆卸的便利性, 可以提升管道安装施工的整体质量。
4 PCCP管道安装内拉装置改造特性
在PCCP管道安装内拉装置时, 通过对系统的优化改造, 可以较好地提升系统的性能, 并且可以提升系统的整体安全性, 其主要特性体现在以下几个方面。 (1) 运用液压缸和电控系统可以提升整体的安装功效, 降低对人力资源的使用, 同时可以避免胶圈的挤压, 继而可以提升管道的密封性能。另外, 采用电控系统, 可以节约工程项目的发展成本。 (2) 选择刚性钢片进行连接, 可以提升设备的整体安全性, 在传统PCCP管道设计中, 运用钢丝绳来进行连接, 具有较大的安全隐患, 而采用钢片进行连接, 可以提供更大的操作空间, 从而降低了安全风险。 (3) 在PCCP管道的设计中, 安装小车, 可以提升系统的整体便利性, 同时可以保证液压缸的水平运行, 继而可以提升工程安装的整体质量。另外, 采用小车可以运用管道作为相应的轨道, 提升了系统转移的便利性。
5 结语
大直径PCCP管道重量较大, 并且需要承担较大的负荷。在传统管道的设计中, 装置的整体设计属于散装结构, 拉力不均匀并且不易拆卸, 十分不利于工程项目的建设, 因此对PCCP管道安装内拉装置进行改造具有重要的意义。在管道安装内拉装置的改造中, 通过设计连接构件、液压缸以及横梁小车, 可以最大程度地优化系统, 为企业的发展提供更强的竞争能力。
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pccp管道 篇6
莆田金钟水利枢纽引水配套工程(以下简称本工程)是2011年省重点项目之一,水源为金钟水库及双溪口水库,设计引水规模36.37万t/d(4.21m3/s),用途为生活用水、工业用水,涉及总人口109.55万人,该工程是莆田水资源合理化配置,解决农村饮水安全的骨干水源工程,主要为湄洲湾北岸临港工业发展和工程沿线11个乡镇109.55万群众生活提供用水保障。
设计输水线路总长度89.10km,包括输水干线、莆田支线、妈祖支线,全程重力流输水,设计最大工压1.6 MPa,妈祖支线管径1.40m,长度51.41km,其中17.73km沿滨海大道、城港大道及东吴中大道布置,涉及管道沿线水土呈碱性,硫酸盐、氯离子含量较高,而PCCP管在生产、贮存、运输及安装过程中,管道外壁难免会因各种原因产生表面裂纹或缺陷,使管材钢丝受到腐蚀破坏,最终甚至产生爆管,由于PCCP爆管具有突发性、灾难性,事先没有征兆,其爆管发生带来的不仅仅限于管道供水的中断,还可能引起公共安全事故,因此,有必要进一步采取PCCP管防腐措施,保证PCCP管道使用寿命及运行安全。
2 阴极保护工程建设必要性
2.1 PCCP管道结构特点要求
PCCP管道即预应力钢筒混凝土管,不仅综合了普通预应力混凝土输水管和钢管的优点,而且还适用于高工压和高覆土的工程环境,常作为超长距离引水项目的首选管材。PCCP是在带钢筒的混凝土管芯上,缠绕预应力钢丝,并施喷水泥砂浆保护层而制成的,从其结构形式上分为内衬型和嵌埋型两种。内衬型是在钢筒内部衬砌混凝土,然后在钢筒上缠预应力钢丝,最后在钢丝外部喷砂浆保护层;嵌埋型是将钢筒埋在混凝土中间,然后在混凝土外表面缠预应力钢丝,最后喷设保护层。在PCCP结构中,承插口钢圈是管材连接、止水的关键部件,钢筒主要用于抗渗和承受纵向力;混凝土管芯因嵌埋有钢筒而提高刚性,并保护钢筒不受外界侵蚀;钢丝承受内、外荷载产生的复合应力;保护层使钢丝不受外界侵蚀和冲击。
PCCP管表面砂浆保护层本身是一种多孔材料,存在从凝胶孔到毛细孔的一系列不同孔径的孔隙,在生产过程和使用过程中均可能产生裂缝,在生产过程中由于砂浆自身收缩开裂、干燥收缩开裂;在使用过程中由于环境腐蚀产生裂缝、PCCP受力膨胀引起砂浆开裂,或由于基础不均匀沉陷形成PCCP管承插口中灌注砂浆开裂。在例如高氯离子含量或干湿环境中,土壤和地下水中的氯离子会通过砂浆层中这些孔隙渗入到钢筋表面,大量研究和工程实践表明,土壤中的酸性物质和活性离子会渗入砂浆保护层,导致PCCP内部预应力钢丝发生电化学腐蚀,其腐蚀产物和腐蚀作用过程中产生的氢原子渗入高强钢线格构,引起高强钢丝的氢脆断裂,一旦一根钢丝腐蚀断裂,临近钢线会受更大的应力,导致多根钢丝断裂,就会有爆裂危险。因此有必要进一步强化PCCP管道的外防腐设置。
2.2 国内外工程实践证明
我国PCCP管的使用年限还不长,无法得到系列的使用经验,但从应用历史较长的美国等运行情况来看,PCCP管腐蚀失效时有发生,据有关资料[1],美国Texas在1972年安装的两根PCCP管,在1981-1991年,由于外砂浆保护层在安装过程中局部破损或在水锤压作用下开裂,土壤中氯离子侵入导致预应力钢丝腐蚀而发生了7次破裂。
美国一条输往Madrid的输水预应力钢筒混凝土管道(被称为西部管道),长17.23km,直径为1 600mm最大输送量为3.8m3/s,1987年多处管道出现了局部开裂,后采用镁阳极进行了阴极保护。
美国Poekwoek输水管线管道直径为1 070 mm,主要为Halfax市供水,管线运行了10年后出现了开裂事故,紧接着至少又发生了5次爆管事故,后采用锌阳极对腐蚀开裂处的管道进行阴极保护。
利比亚大人工河一期工程部分管道没有采用环氧煤沥青防腐保护层和阴极保护,管线腐蚀且破坏严重,有超过10 000根管道发生腐蚀破坏,后对已铺设的一期管线追加阴极保护设施。二期工程全部使用环氧煤沥青及阴极保护相结合的防腐措施,取得了成功的经验和良好的效果。
国内南水北调中线工程北京段PCCP管道及天津市内配套工程,沿线土壤腐蚀性测试,土壤电阻率为0.5~10Ω·m,设计采用对埋地PCCP施加600μm环氧煤沥青外防腐和牺牲锌阳极的阴极保护;PCCP管材外保护层从国标20mm增厚至25mm,保护层砂浆密实度提高,要求胶砂比不小于1∶3,单方水泥用量不少于565kg/m3。
辽宁大伙房水库输水二期工程对PCCP管外防腐及阴极保护。
从以上国内外PCCP管道使用可以得到启示:当PCCP管子用于含有腐蚀性介质的土壤环境中时,有必要采取阴极保护等进一步的防腐措施来提高PCCP管道的耐久性和安全性。
2.3 本工程埋管所处环境要求
本工程管道所处环境腐蚀来源为滨海段的淤泥,根据工程地质评价,滨海段地下水对混凝土结构具结晶类中腐蚀性(普通水泥),对钢结构具中腐蚀性。淤泥对混凝土无腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋具中腐蚀性;其他土层对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。土壤电阻率测试平均值31.8Ω·m,小值平均值仅为18.6Ω·m,小于50Ω·m,对PCCP管中预应力钢丝的腐蚀等级为中~强腐蚀。考虑本工程设计工压高,管道表面涂刷沥青环氧漆漆膜难以避免地存在针孔、破损、漏涂和自然老化等缺陷,影响其防腐效果;有必要采用阴极保护和防腐涂层相结合,一方面可以防止防腐涂层破损处产生电化学腐蚀,另一方面涂层可大大降低阴极保护所需的极化电流,使得结构物表面的保护电位分布更均匀,可以达到更好的保护效果。
因此,为保证工程质量及运行安全,增设阴极保护是十分必要的。
3 PCCP阴极保护技术
3.1 PCCP阴极保护要求
3.1.1 电连续性要求
包括PCCP管单节自身的电连续性及PCCP管节之间的电连接性要求。
(1)单节自身的电连续性:根据NACE SP 0100标准要求,应对PCCP管中预应力钢筋和钢筒进行电连续性连接,本工程所用PCCP管在制作中要求采用钢丝下压接两条钢带,并将钢带在PCCP管端与钢筒焊接,保证预应力钢筋和钢筒之间阴极保护电流的电连续性;沿管直径方向对称180°布置两条导电钢带,导电钢带规格为55mm宽,1.5mm厚,钢带在除锈时应对两边角进行处理,形成一定的倒角或弧度,避免钢丝与导电钢带边角之间产生过大的应力。
(2)PCCP管节之间的电连接性:为保证PCCP管之间的电连续性,应在每节PCCP管两端增加跨接连接片,规格为宽60mm、厚3mm,钢板材质为Q235。跨接片安装见图1示意。跨接片与钢制承插口连接前都应对连接点处进行除锈,喷砂除锈等级应达到S2.5级,跨接片与钢带、钢丝或电缆应采用焊接方式连接。
(3)电连续连接要求:电连接的要求:每节PCCP管钢带与钢筋两端电阻小于0.03Ω,两节PCCP管连接电阻小于0.01Ω。
3.2.2电绝缘要求
为防止杂散电流的干扰和PCCP管道保护电流的流失,在保护管道的首末端、分支处以及与外部管道的连接处安装绝缘设施进行电绝缘。
3.2阴极保护准则
根据阴极保护相关规范、NACE SP 0100-2008标准并参照已建工程经验,拟定本工程PCCP管阴极保护准则为满足下列任意一条即可确认保护有效:
(1)阴极保护极化电位应为-750mV(CSE)或更负。
(2)阴极保护的阴极极化或去极化电位差要求大于100mV。
另外,防止出现过保护,要求PCCP管阴极极化电位最负电位限值为-1 000mV(CSE)。
阴极保护系统的设计寿命不少于30年。
3.3 PCCP阴极保护方案
3.3.1 方案选择
阴极保护在金属防腐工艺中,是电化学保护方法的一种。它通过对被保护金属体施加电流,从而使其电极电位负移,使金属减弱由原子态自发变为离子态的趋势,因而从根本上抑制了腐蚀的发生。施加阴极电流的方法有强制电流和牺牲阳极两种。强制电流指用直流电源给被保护金属通以阴极电流,保护系主要由极化电源、辅助阳极、参比电极和电缆等组成部分;牺牲阳极则是在被保护的金属上连接一种电极电负的金属或合金(称为牺牲阳极),通过牺牲阳极的自我溶解和消耗,给被保护金属提供阴极电流。两种方案比较如表1。
选择阴极保护方式,应根据防腐层质量、土壤环境、现场条件和运行管理等因素,进行技术经济分析,综合考虑确定。一般原则是:(1)工程规模大宜采用强制电流,规模小则宜采用牺牲阳极。(2)市区内考虑到对外界干扰电流的影响,一般应采用牺牲阳极。(3)当土壤电阻率大于100Ω·m时,或管道覆盖质量差,一般宜采用强制电流。
综合以上两种方式优缺点及选择原则,参照类似工程经验,本工程选用牺牲阳极的阴极保护方案,PCCP管道阴极保护的牺牲阳极选用带状高纯锌阳极保护。
3.3.2 方案布置
(1)基本参数。
(1)设计电流密度:设计电流密度取值应以达到阴极保护准则要求为准,本工程依据经验,取保护电流密度1.0mA/m2。
(2)PCCP管道:直径D=1 400mm,壁厚δ=120mm,计算保护单元根据NACE标准及天津经验采用8节即L=6×8节=48m作为一个单元,保护面积S=247.31m2。
(3)保护电流计算,I=i×S=1.0×247.31=0.247A。
(4)土壤电阻率:根据土壤电阻率测试成果,淤泥的电阻率9.0~58.4Ω·m,平均电阻率为31.8Ω·m,小值平均值为18.6Ω·m。计算取平均值并用最大、最小值进行复核计算。
(2)工艺计算结果。
依据规范《埋地钢质管道阴极保护技术规范》(GB/T 21448-2008),计算可采用以下工艺方案:
ZR-1方案,需要布置2支ZR-1锌阳极带,计算保护年限为32.84a,满足不小于30a的设计要求。
ZR-2方案,需要布置4支ZR-2锌阳极带,计算保护年限为32.76a,满足不小于30年的设计要求。
(3)工艺方案比较选择。
按照以上两种方案比较,从工程造价、施工及质量管理角度比较,见表2。
从表2中看出,两种布置方案均可以提供足够的保护电流,需用的质量相同,采用4支ZR-2与2支ZR-1相比,理论上均可以提供足够的保护电流,亦可达到同样的使用寿命;在管道已铺设的条件下,采用方案一即2支ZR-1布置与方案二用4支ZR-2相比,可以减少施工反开挖的土方工程量,以及减少电缆连接数量,施工管理难度更小,且工程造价低,故推荐采用2支ZR-1布置。
3.4 PCCP阴极保护实施
根据设计方案选择及布置,拟在管道两侧各埋设一根ZR-1高纯锌带,平行于PCCP管道,对PCCP管道内的钢筒和预应力钢丝筋进行保护,阳极成分选择GB/T 21448标准中高纯锌型,带状阳极的安装应与PCCP管道安装同步进行,当PCCP管沟挖好后,根据带状阳极设计图(如图2所示)所示位置安装带状锌阳极。带状锌阳极应置于阳极沟中,阳极沟宽200mm,深100mm,阳极周围应填充特定组分的化学填料,应采取一定措施防止填料和泥土混合,阳极周围填充的化学填料应加入足量的水进行浸泡。阳极电缆与带状锌阳极采用压接方式进行连接,并采用专用电缆连接套进行连接和防腐。
4 阴极保护测试系统
牺牲阳极的阴极保护设计计算依据GB/T21448-2008并参照国内有关试验数据和经验,由于目前国内新建PCCP管的阴极防护所需保护电流尚处在研究阶段,阴极保护设计很难准确选择管道所需保护电流,电流密度选择过小,保护不足,达不到预期保护效果,相反,电流密度选取过大,造成不必要的浪费,甚至产生“过保护”现象,对结构反而造成损害;另外,由于自然电位的不确定性等一些因素的存在,必然使得设计计算成果产生偏差。
基于以上认识,本工程设计要求测试系统同步实施,采用实测数据对设计进行校核,最终以实测的数据满足阴极保护准则为准,确保管道阴极保护的有效性。
摘要：介绍牺牲阳极的阴极保护技术在金钟水利枢纽引水配套工程的PCCP管道中应用,从PCCPDE管道自身结构特点、国内外工程实践以及本工程地质环境分析等论证实施阴极保护的必要性,从技术经济条件方面论证阴极保护的方案选择,对类似工程及地质条件下采用阴极保护技术提供了借鉴。
关键词：牺牲阳极的阴极保护,必要性,方案比选
参考文献