专利名称：非开挖施工大口径管道阴极保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属管道防腐蚀保护技术，特别提供了一种非开挖施工大口径管道阴
极保护系统。
背景技术：
传统的大口径管道腐蚀控制方法有以下两大类 隔离金属管道与腐蚀环境，例如在金属管道外部涂镀具有防腐蚀作用的涂层；采 用电化学防腐的方法进行防腐蚀处理，例如安装牺牲阳极装置。 因此，人们迫切希望获得一种技术效果更好的非开挖施工大口径管道阴极保护系 统。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果更好的非开挖施工大口径管道阴极保护系统。
非开挖施工大口径管道阴极保护系统，针对大口径管线非开挖施工1进行保护； 其特征在于 所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统具体构成如下布置在大口径管线非开 挖施工1的管道外壁的防护涂层、电连接在大口径管线非开挖施工1上的牺牲阳极保护装 置3 ; 所述牺牲阳极保护装置3具体通过在管道上预先施工安装的阴极保护馈电装置 113与大口径管线非开挖施工1构成电连接的。 非开挖施工大口径管道阴极保护系统中，要求将各段管道l端部一段清理掉保 护涂层，然后将各段管子之间进行焊接固定和密封，再之后还要求进行焊接之后的补口操 作； 对所述管道外壁焊接部位进行补口操作的要求具体是首先清理焊接后未覆盖涂 层部位及其附近的残留物，之后在管道外部的焊接部位及其附近重新涂覆保护涂层，使得 各段管子共同形成一个外部设置有连续防护涂层的整体。 所述的借助于阴极保护馈电装置113电连接在大口径管线非开挖施工1上的牺牲 阳极保护装置3布置在地表或者地下，其具体结构如下 其整体形状为棒状，其芯部最内层是能够进行电连接的金属材质的支撑连接部 301，所述支撑连接部301的一端以电连接形式通过阴极保护馈电装置113连接在大口径管 线非开挖施工1上，其另一端和支撑连接部301的表面被牺牲阳极部302覆盖；牺牲阳极保 护装置3的牺牲阳极部302包裹在填料包303内。 所述的借助于阴极保护馈电装置113电连接在大口径管线非开挖施工1上的牺牲 阳极保护装置3布置在地表或者地下，其具体结构如下 其整体形状为棒状，其芯部最内层是能够进行电连接的金属材质的支撑连接部 301，所述支撑连接部301的一端以电连接形式通过阴极保护馈电装置113连接在大口径管线非开挖施工1上，其另一端和支撑连接部301的表面被牺牲阳极部302覆盖；牺牲阳极保 护装置3的牺牲阳极部302包裹在填料包303内，所述填料包303使用糊状牺牲阳极添包 料制作用以包裹牺牲阳极保护装置3中牺牲阳极部302，所述糊状牺牲阳极添包料的质量
百分比组成为石膏粉工业硫酸钠膨润土= 75 : 5 : 20。 使用牺牲阳极保护装置3时按照下述原则进行设计和选用
具体计算过程为 1)保护面积计算对于圆形管道，管线面积Ae = JI XDXL，式中D为管道直径， L为管长度； 2)需要的保护电流I。i = icXAcXfci，Icm = "XAcXfcm，Irf = "XA。Xf。f;其中 i。为保护电流密度，与土壤的成分、温度、管道的材质有关；I。i， I , 1。f分别为初始、平均和 末期的保护电流密度需要；f。i， f。m， f。f分别为初始、平均和末期的保护涂层破损率；
3)阳极总质量按照下式计算 ^。 = ~~~~式中，tf为阴极保护设计寿命，a;i！为牺牲电极效率，％;
￡为阳极电容量，Ah/Kg;
4)阳极数量的计算
单支阳极的接地电阻使用下述两式计算
式中RH为水平式阳极接地电阻，单位Q ;Rv为立式阳极接地电阻，单位Q ;p为土 壤电阻率，单位Q.m;Pa为填包料电阻率，单位Q.m;L为阳极长度，单位m;La为阳极填料 层长度，单位m ;d为阳极等效直径，单位m ;D为填料层直径，单位m ;t为阳极中心至地面的 距离，单位m ;组合阳极接地电阻按照下式计算2^=&|;式中R^为阳极组总接地电阻，单
位Q ;Rv为立式阳极接地电阻，单位Q ;k为修正系数；N为阳极数量； 单支阳极输出电流/。=^";式中Ia为单支阳极输出电流；AE为阳极有效电 位差；R为回路总电阻； 所需要阳极数量^ = /^";式中N为阳极的数量；L为所需保护电流；Ia为单 支阳极输出电流；f为备用系数； 5).验算在计算得到结果后，需进行验算，按照挪威标准，需同时满足以下三个
条件，才能保证牺牲阳极在服役初期、中期和末期满足阴极保护的要求 ①Ca(t。t) = N Ca > ICm tf 8760 ;②Iai(t。t) = N Iai > Ici ;③Iaf(t。t) = N Iaf
> Irf ;式中Ca(t。t)为阳极总容量，I。i为初始需要的总电流；Irf为末期需要的总电流。
所述牺牲阳极保护装置3具体安装布置在距离大口径管线非开挖施工1相对较远
5处，其具体为牺牲镁阳极或/和牺牲锌阳极；其沿大口径管线非开挖施工l单独或者成组布 置，布置间距为50 5000米。 本发明提出了一种新形式的阴极保护管道施工系统，其技术效果明显，具有可预 期的巨大的经济和社会价值。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 图1为大口径管线非开挖施工阴极保护馈电装置使安装示意简图； 图2为大口径管线非开挖施工阴极保护馈电装置安装孔钻孔原理图； 图3为大口径管线非开挖施工阴极保护馈电装置安装原理图； 图4为大口径管线非开挖施工阴极保护馈电装置结构示意图； 图5为牺牲阳极保护装置3基本结构图。
具体实施例方式
本发明所述附图中的各个数字标号的含义如下 非开挖施工大口径顶管管线1、牺牲阳极保护装置3、支撑连接部301 :处于内层的 阴极保护馈电装置钢芯、牺牲阳极部302、绝缘套4 ; 阴极保护馈电装置113、阴极保护馈电装置113具体包含有下述两大部分处于内 层的阴极保护馈电装置钢芯111、处于外层的阴极保护馈电装置防腐蚀保护外涂层iio，用 于将阴极保护馈电装置113安装在非开挖施工大口径顶管管线1上的安装座112 ;
带法兰的套管114(固定在非开挖施工大口径顶管管线1的内壁上)、导向密封装 置115、支杆116、夹板阀117、防爆电机119、合金钻头120、钻杆121、液压千斤顶118 ;
实施例1 非开挖施工大口径管道阴极保护系统，针对大口径管线非开挖施工1进行保护； 所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统具体构成如下布置在大口径管线非开挖施工1 的管道外壁的防护涂层、电连接在大口径管线非开挖施工1上的牺牲阳极保护装置3 ;
所述牺牲阳极保护装置3具体通过在管道上预先施工安装的阴极保护馈电装置 113与大口径管线非开挖施工1构成电连接的。 非开挖施工大口径管道阴极保护系统中，要求将各段管道l端部一段清理掉保 护涂层，然后将各段管子之间进行焊接固定和密封，再之后还要求进行焊接之后的补口操 作； 对所述管道外壁焊接部位进行补口操作的要求具体是首先清理焊接后未覆盖涂 层部位及其附近的残留物，之后在管道外部的焊接部位及其附近重新涂覆保护涂层，使得 各段管子共同形成一个外部设置有连续防护涂层的整体。 所述的借助于阴极保护馈电装置113电连接在大口径管线非开挖施工1上的牺牲 阳极保护装置3布置在地表或者地下，其具体结构如下 其整体形状为棒状，其芯部最内层是能够进行电连接的金属材质的支撑连接部 301，所述支撑连接部301的一端以电连接形式通过阴极保护馈电装置113连接在大口径管线非开挖施工1上，其另一端和支撑连接部301的表面被牺牲阳极部302覆盖；牺牲阳极保 护装置3的牺牲阳极部302包裹在填料包303内。 所述的借助于阴极保护馈电装置113电连接在大口径管线非开挖施工1上的牺牲 阳极保护装置3布置在地表或者地下，其具体结构如下 其整体形状为棒状，其芯部最内层是能够进行电连接的金属材质的支撑连接部 301，所述支撑连接部301的一端以电连接形式通过阴极保护馈电装置113连接在大口径管 线非开挖施工1上，其另一端和支撑连接部301的表面被牺牲阳极部302覆盖；牺牲阳极保 护装置3的牺牲阳极部302包裹在填料包303内，所述填料包303使用糊状牺牲阳极添包 料制作用以包裹牺牲阳极保护装置3中牺牲阳极部302，所述糊状牺牲阳极添包料的质量
百分比组成为石膏粉工业硫酸钠膨润土= 75 : 5 : 20。 使用牺牲阳极保护装置3时按照下述原则进行设计和选用
具体计算过程为 1)保护面积计算对于圆形管道，管线面积Ae = Ji XDXL，式中D为管道直径， L为管长度； 2)需要的保护电流:Ici = icXAcXfci， Icm = icXAcXfcm， Icf = icXAcXfcf ;
其中i。为保护电流密度，与土壤的成分、温度、管道的材质有关；l。i， I。m， I。f分别 为初始、平均和末期的保护电流密度需要；f。i， f。m， f。f分别为初始、平均和末期的保护涂层 破损率； 3)阳极总质量按照下式计算 M。 -加/ 式中，tf为阴极保护设计寿命，a ; ii为牺牲电极效率，％ ;
￡为阳极电容量，Ah/Kg;
4)阳极数量的计算
单支阳极的接地电阻使用下述两式计算
* 2必L D p rfj
"2 4*—￡ /> rfj 式中RH为水平式阳极接地电阻，单位Q ;Rv为立式阳极接地电阻，单位Q ;p为土 壤电阻率，单位Q.m;Pa为填包料电阻率，单位Q.m;L为阳极长度，单位m;La为阳极填料 层长度，单位m ;d为阳极等效直径，单位m ;D为填料层直径，单位m ;t为阳极中心至地面的 距离，单位m ; 组合阳极接地电阻按照下式计算;式中Rtal为阳极组总接地电阻，单 位Q ;Rv为立式阳极接地电阻，单位Q ;k为修正系数；N为阳极数量； 单支阳极输出电流/。-"^";式中Ia为单支阳极输出电流；AE为阳极有效电 位差；R为回路总电阻；
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所需要阳极数量<formula>formula see original document page 8</formula>式中N为阳极的数量山为所需保护电流；Ia为单 支阳极输出电流；f为备用系数； 5).验算在计算得到结果后，需进行验算，按照挪威标准，需同时满足以下三个
条件，才能保证牺牲阳极在服役初期、中期和末期满足阴极保护的要求
<formula>formula see original document page 8</formula>
> Irf ;式中Ca(t。t)为阳极总容量，I。i为初始需要的总电流；Irf为末期需要的总电流。
所述牺牲阳极保护装置3具体安装布置在距离大口径管线非开挖施工1相对较远 处，其具体为牺牲镁阳极或/和牺牲锌阳极；其沿大口径管线非开挖施工l单独或者成组布 置，布置间距为50 5000米。
权利要求
非开挖施工大口径管道阴极保护系统，针对大口径管线非开挖施工(1)进行保护；其特征在于所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统具体构成如下布置在大口径管线非开挖施工(1)的管道外壁的防护涂层、电连接在大口径管线非开挖施工(1)上的牺牲阳极保护装置(3)；所述牺牲阳极保护装置(3)具体通过在管道上预先施工安装的阴极保护馈电装置(113)与大口径管线非开挖施工(1)构成电连接的。
2. 按照权利要求1所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统，其特征在于非开挖施 工大口径管道阴极保护系统中，要求将各段管道(1)端部一段清理掉保护涂层，然后将各 段管子之间进行焊接固定和密封，再之后还要求进行焊接之后的补口操作；对所述管道外壁焊接部位进行补口操作的要求具体是首先清理焊接后未覆盖涂层部 位及其附近的残留物，之后在管道外部的焊接部位及其附近重新涂覆保护涂层，使得各段 管子共同形成一个外部设置有连续防护涂层的整体。
3. 按照权利要求2所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统，其特征在于所述的借 助于阴极保护馈电装置(113)电连接在大口径管线非开挖施工(1)上的牺牲阳极保护装置 (3)布置在地表或者地下，其具体结构如下其整体形状为棒状，其芯部最内层是能够进行电连接的金属材质的支撑连接部(301)，所述支撑连接部(301)的一端以电连接形式通过阴极保护馈电装置(113)连接在大口径管 线非开挖施工(1)上，其另一端和支撑连接部(301)的表面被牺牲阳极部(302)覆盖；牺牲 阳极保护装置(3)的牺牲阳极部(302)包裹在填料包(303)内。
4. 按照权利要求3所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统，其特征在于所述的借 助于阴极保护馈电装置(113)电连接在大口径管线非开挖施工(1)上的牺牲阳极保护装置 (3)布置在地表或者地下，其具体结构如下其整体形状为棒状，其芯部最内层是能够进行电连接的金属材质的支撑连接部(301)， 所述支撑连接部(301)的一端以电连接形式通过阴极保护馈电装置(113)连接在大口径管 线非开挖施工(1)上，其另一端和支撑连接部(301)的表面被牺牲阳极部(302)覆盖；牺牲 阳极保护装置(3)的牺牲阳极部(302)包裹在填料包(303)内，所述填料包(303)使用糊 状牺牲阳极添包料制作用以包裹牺牲阳极保护装置(3)中牺牲阳极部(302)，所述糊状牺牲阳极添包料的质量百分比组成为石膏粉工业硫酸钠膨润土= 75 : 5 : 20。
5. 按照权利要求3所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统，其特征在于使用牺牲阳极保护装置(3)时按照下述原则进行设计和选用 具体计算过程为1) 保护面积计算对于圆形管道，管线面积A。 = JI XDXL，式中D为管道直径，L为管长度；2) 需要的保护电流I。i = icXAcXfci，Icm= icXAcXfcm，Irf= i。XA。Xf。f;其中i。为 保护电流密度，与土壤的成分、温度、管道的材质有关；I。i， 1。m， 1。f分别为初始、平均和末期 的保护电流密度需要；f。i， O f。f分别为初始、平均和末期的保护涂层破损率；3) 阳极总质量按照下式计算<formula>formula see original document page 3</formula>式中，tf为阴极保护设计寿命，a;i！为牺牲电极效率，为阳极电容量，Ah/Kg;4)阳极数量的计算单支阳极的接地电阻使用下述两式计算<formula>formula see original document page 3</formula>式中^为水平式阳极接地电阻，单位Q ;Rv为立式阳极接地电阻，单位Q ;P为土壤 电阻率，单位Q.m;Pa为填包料电阻率，单位Q.m;L为阳极长度，单位m;La为阳极填料层 长度，单位m ;d为阳极等效直径，单位m ;D为填料层直径，单位m ;t为阳极中心至地面的距 离，单位m ;组合阳极接地电阻按照下式计算《。,-^^;式中R^为阳极组总接地电阻，单位 Q ;RV为立式阳极接地电阻，单位Q ;k为修正系数；N为阳极数量；<formula>formula see original document page 3</formula>单支阳极输出电流/。 =^ ;式中Ia为单支阳极输出电流；AE为阳极有效电位差；R为回路总电阻；所需要阳极数量^ = /*試中N为阳极的数量；IA为所需保护电流；Ia为单支阳极输出电流；f为备用系数；5).验算在计算得到结果后，需进行验算，按照挪威标准，需同时满足以下三个条件， 才能保证牺牲阳极在服役初期、中期和末期满足阴极保护的要求①Ca(t。t) = N Ca > Itf 8760 ;②Iai(t。t) = N Iai > Ici ;③Iaf(t。t) = N Iaf > Icf ; 式中Ca(t。t)为阳极总容量，I。i为初始需要的总电流；l。f为末期需要的总电流。
6.按照权利要求5所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统，其特征在于所述牺牲 阳极保护装置(3)具体安装布置在距离大口径管线非开挖施工(1)相对较远处，其具体为 牺牲镁阳极或/和牺牲锌阳极；其沿大口径管线非开挖施工(1)单独或者成组布置，布置间 距为50 5000米。
全文摘要
非开挖施工大口径管道阴极保护系统，针对大口径管线非开挖施工(1)进行保护；所述非开挖施工大口径管道阴极保护系统具体构成如下布置在大口径管线非开挖施工(1)的管道外壁的防护涂层、电连接在大口径管线非开挖施工(1)上的牺牲阳极保护装置(3)；所述牺牲阳极保护装置(3)具体通过在管道上安装的阴极保护馈电装置(113)与大口径管线非开挖施工(1)构成电连接的。本发明提出了一种新形式的阴极保护管道施工系统，其技术效果明显，具有可预期的巨大的经济和社会价值。
文档编号C23F13/00GK101696503SQ20091018808
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者卫珍, 张立新, 李京, 李晓东, 汪洪涛, 胡宏良, 陈林, 魏英华 申请人:中国科学院金属研究所;上海青草沙投资建设发展有限公司;