L'aplicació de la tecnologia de protecció catòdica a les canonades de subministrament d'aigua

L'aplicació de la tecnologia de protecció catòdica a les canonades d'aigua terrestres (tubes d'acer i PCCP) és el mètode bàsic per prevenir la corrosió del metall i allargar la vida útil de les canonades. A causa de les diferències en les propietats del material i els entorns de servei entre les canonades d'acer i les canonades de cilindres de formigó pretensat (PCCP), hi ha variacions significatives en el disseny i la implementació de la protecció catòdica.

1. Entorn i reptes de la corrosió

Principals tipus de corrosió:

• Corrosió electroquímica: Cèl·lules de corrosió formades per diferències en la humitat del sòl, la salinitat i l'oxigen.
• Corrosió per corrent dispers: interferència actual de les instal·lacions elèctriques properes i el trànsit ferroviari.
• Corrosió microbiana (MIC): els bacteris-reductors de sulfat (SRB) acceleren la corrosió en sòls anaeròbics.

Àrees d'alt-risc:

• Costures de soldadura i defectes de recobriment: les canonades d'acer exposades localment actuen com a ànodes.
• Sòls d'alta-salinitat/baixa resistivitat (p. ex., zones costaneres): les taxes de corrosió poden arribar als 0,1-0,3 mm/any.

2. Selecció de tecnologia de protecció catòdica

Sistema d'ànodes de sacrifici (ànode de sacrifici CP, SACP)

1) Escenaris aplicables:

• Distància curta{0} (<5 km), small-diameter (
• Ambients sòl o d'aigua dolça.

2) Materials de l'ànode:

• Ànodes d'aliatge de magnesi: alt voltatge de conducció, adequat per a sòls d'alta -resistència o aigua dolça.
• Ànodes d'aliatge de zinc: tensió de conducció baixa, adequat per a sòls de baixa-resistència (<1000 Ω·cm).

3) Paràmetres de disseny:

• Densitat de corrent de protecció: 0,02~10 mA/m² (segons la qualitat del recobriment i els escenaris de la canonada, per exemple, 5-10 mA/m² per a canonades enterrades recobertes de 3PE-en sistemes regionals, 0,01-0,05 mA/m² per a canonades de llarga distància recobertes de 3PE).
• Profunditat d'enterrament de l'ànode: 1,5 ~ 2 metres (situat en capes de sòl humit sota les canonades).

Sistema de corrent impressionat (CP actual impressionat, ICCP)

1) Escenaris aplicables:

• Long-distance (>10 km), large-diameter (>canonades DN1000).
• Ambients de sòl o aigua.

2) Components del sistema:

• Llits d'ànodes: ànodes de ferro colat d'alt-silici, ànodes MMO (Mixed Metal Oxide), ànodes de grafit, ànodes flexibles, etc.
• Font d'alimentació: rectificador de potencial constant (controla el potencial a -0,85~-1,20 V vs. Cu/CuSO₄).
• Elèctrodes de referència: Elèctrodes permanents de Cu/CuSO₄ (enterrats prop de canonades).

3) Dissenyar punts clau:

• Llits d'ànode remots A una distància superior o igual a 50 metres de les canonades per evitar una distribució desigual del corrent.
• Llits ànodics distribuïts (punts dispersos múltiples) per a terrenys complexos o zones urbanes denses.

Tecnologies clau i protecció combinada

1) Sinèrgia de recobriment + CP:

• Tipus de recobriment: 3PE (polietilè de tres-capes), FBE (epoxi fusionat-), etc.
• Gestió de defectes de recobriment: cobertura de CP per a punts danyats (densitat de corrent inferior o igual a 10 mA/m² quan la taxa de dany<1%).

2) Unió i aïllament:

• Utilitzeu brides o juntes aïllants per aïllar les canonades protegides d'altres estructures metàl·liques que puguin interferir amb els corrents CP.
• Instal·leu cables de connexió per equilibrar les diferències de potencial.

1. Mecanisme de corrosió PCCP

Característiques estructurals:

• Filferros d'acer pretensat embolicats al voltant de cilindres d'acer, coberts amb capes exteriors de formigó.
• Riscos de corrosió del cable: la carbonització del formigó o la penetració de clorurs destrueixen les pel·lícules de passivació.

Conseqüències de la corrosió:

• Fractures de filferro que van provocar esclats de canonades (p. ex., incident d'explosió PCCP del 2000 a Tampa Bay, EUA).

2. Reptes tècnics del CP

Blindatge actual:

• Les capes de formigó impedeixen que el corrent arribi als cables, i requereixen dissenys especials.

Risc de fragilitat per hidrogen:

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

Dificultats de seguiment:

• Els cables encastats al formigó requereixen mesures potencials mitjançant capes protectores.

3. Solucions d'implementació de CP

Ànodes distribuïts:

• Instal·leu ànodes de sacrifici d'aliatge de zinc a les parets exteriors del sòl o ànodes de cinta MMO/ànodes de polímer conductor.

Llits d'ànode remots:

• Per a les canonades existents, utilitzeu llits d'ànode-profunds per penetrar capes de formigó.

Paràmetres de disseny:

• Potencial de protecció: -0,85~-1,00 V (vs. Cu/CuSO₄) per evitar la fragilitat de l'hidrogen.
• Densitat de corrent: 0,1 ~ 1,0 mA/m² (baixa demanda de corrent a causa de l'alta resistivitat del formigó).

4. Seguiment i Manteniment

Supervisió potencial:

• Sondes: elèctrodes saturats de Cu/CuSO₄ enterrats al sòl o elèctrodes de Mn/MnO₂ pre-incrustats al formigó per a la monitorització del potencial del cable-en temps real.
• Aïllament de la secció: divideix les canonades PCCP en segments per a un control potencial independent.

Avís de trencament del cable:

• Emissió acústica (AE): Detectar senyals d'ones d'estrès de fractures de filferro.
• Mètode electromagnètic (EMAT): escanejar superfícies de canonades per avaluar la integritat del cable.

• China Harbour Karachi No.4 Water Pipeline EPC Project, Pakistan
• Projecte de dessalació i subministrament d'aigua de JAFURAH (JFD)
• Projecte CP de la canonada PCCP de 180 km de Xinjiang que utilitza ànodes de zinc-preempaquetats i ànodes de cinta de zinc d'alta-puresa.
• Projecte de seguretat de l'aigua potable rural de Xinjiang Kashi.
• Projecte CP de la planta d'aigua de Ningbo Taoyuan i la canalització de sortida
• Projecte de desviació del centre d'aigua de Putian Jinzhong - Conduit PCCP costaner de la branca de Mazu

1. Reptes actuals

• Distribució desigual del corrent PCCP: la variació del gruix del formigó provoca una baixa-protecció/sobre{1}}protecció.
• Cost-efectivitat: PCCP CP costa entre 3 i 5 vegades més que els sistemes de canonades d'acer (a causa dels requisits de penetració del formigó).
• Control de la fragilitat de l'hidrogen: requereix una regulació de potencial precisa (p. ex., utilitzant limitadors de potencial).

2. Orientacions d'innovació

Materials d'ànode intel·ligents:

• Ànodes autorreguladors ({0}ajusteu automàticament la sortida de corrent en funció de la humitat/salinitat).
• Nano-ànodes compostos (p. ex., CNT-MMO millorat per millorar l'eficiència del corrent).

Monitorització digital:

• Plataformes IoT (Internet de les coses) per a l'anàlisi-en temps real de dades d'emissions potencials, actuals i acústiques.
• Aprenentatge automàtic per predir els punts calents de corrosió i optimitzar els paràmetres de protecció.

Tecnologies verdes:

• Sistemes ICCP d'energia solar/eòlica- (p. ex., el sistema hidroelèctric de les muntanyes nevades d'Austràlia).

3. Normes i especificacions

Estàndards internacionals:

• NACE SP0169 (Control de la corrosió externa en sistemes de canonades metàl·liques subterrànies o submergides).
• NACE SP0100 (Protecció catòdica per al control de la corrosió externa de canonades a pressió de formigó i canonades d'acer revestides de morter-per al servei d'aigua o aigües residuals).

Estàndards xinesos:

• GB/T 21448-2017 "Especificació tècnica per a la protecció catòdica de canonades d'acer enterrades" descriu els estàndards per protegir les canonades d'acer enterrades de la corrosió mitjançant tècniques de protecció catòdica.
• GB/T 19685-2017 "Conduccions de cilindres de formigó pretensat" proporciona les especificacions per a canonades de cilindres de formigó pretensat, que s'utilitzen habitualment en sistemes d'aigua i clavegueram.
• GB/T 28725-2012 "Protecció catòdica de canonades de cilindres de formigó pretensat enterrades" se centra en els estàndards de protecció catòdica específicament per a canonades de cilindres de formigó pretensat enterrats, assegurant la seva longevitat i integritat.

Les aplicacions de CP en canonades d'aigua terrestre (acer i PCCP) requereixen dissenys específics:

• Tubs d'acer: centreu-vos en la sinergia de recobriment + CP per abordar els corrents vagabunds i la corrosió del sòl.
• PCCP: protecció directa del cable a través de capes de formigó alhora que equilibra els riscos de fragilització de l'hidrogen.

Les tendències futures posen l'accent en la supervisió intel·ligent, els materials de fragilitat de baix-hidrogen- i les solucions d'energia verda per satisfer les demandes de fiabilitat per a la transferència d'aigua de llarga-distància i les xarxes urbanes, fent avançar la infraestructura de l'aigua cap a una vida útil d'un segle-.