摘要：供水管道穿越有较强腐蚀性的荒漠地区，且具有地形起伏高差大，用水户多，用水时间不均匀的特点，结合多年设计经验，对供水工程中的水锤防护、阴极保护和管道检测作了技术分析和探讨，提出利用调压塔和牺牲阳极的阴极保护系统进行管道保护，确保供水工程安全运行和最大限度延长管道使用寿命。
关键词：供水管道 水锤防护 阴极保护 管道监测
0 引言
新疆准东经济技术开发区是西部大开发战略的重要能源基地，核心是煤电煤化工产业园，具有重要的战略地位，该区域供水工程必须确保安全、稳定和可靠。
1 供水系统总体方案
新疆准东长距离供水工程近期建设规模为8700万m3/年，远期建设规模为4300万m3/年。取水水源为准东五彩湾园区5000万m3水库，沿途共设二级提升泵站，二级泵站设置于k6+240，末端至湖北宜化企业接水点，起终点间地形高差约为160m。
本工程设计管道为双管供水，近期沿规划吉彩路敷设一条dn1400的pccp管道，总长17.8km。远期增加一条管道，与近期管道并联敷设，中间设连通管。一、二级泵站近期均设三台水泵机组，一级泵站水泵扬程96m，二级泵站水泵扬程118m。
2 供水管道阴极保护设计与测试
2.1 阴极保护方案
为了最大限度地减小供水工程所用pccp管道中钢筒和预应力钢筋的腐蚀破坏，延长pccp管道的使用寿命，设计采用牺牲阳极的极阴极保护系统对pccp管道进行保护，具体方案如下：采用棒状锌阳极对pccp管道的钢制构件进行保护，采用带状锌阳极对pccp管保护。WWW.11665.cOM
2.2 阴极保护要求
平行pccp管道埋设一条带状锌阳极对pccp管道内的钢筒和预应力钢筋进行保护，锌带以30m为一个标准单元，相邻两锌带交互布置在管道两侧，两端通过电缆与对应的管子进行电连接；对于有钢制构件的位置，如排气阀井、放空阀井、连通设施、分水口和弯头处，pccp管与钢构件可以不用采取电缆连接。
2.3 电连续性要求
根据nace rp 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管在制作中采用了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；同时为保证pccp管之间的电连续性，应对每节pccp管进行电连续性跨接，本工程所用pccp管的制作中已将两端的连接钢片安装完毕。
在pccp管道保护段，应将所有的pccp管进行电连续性跨接；但与pccp管相邻的钢构件管不进行电连续性跨接。
电连接的要求：每节pccp管钢带与钢筋两端电阻小于0.03欧姆，两节pccp管连接电阻小于0.001欧姆。
2.4 电绝缘
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。
本工程采用在管道两端涂敷环氧树脂绝缘材料实现。
2.5 阴极保护准则
根据nace rp 0100-2004标准，在pccp管道阴极保护系统正式投入运行后，管道的极化电位差不应小于100mv；最低负电位不应负于-1000mv（cse，去ir降）。
钢构件最小保护电位取-750mv（cse），极化电位差不应小于100mv。
本工程阴极保护系统的设计寿命为25年。
2.6 阴极保护测试及分析
2012年8月1日-2日，业主委托测试公司用数字万用表和cu-cuso4参比电极等对通用保护电位、自然电位等进行测试，测试项目说明如下：
2.6.1 自然电位
管道埋地后，由于土壤腐蚀的原因，会在金属表面形成一个腐蚀电位，此电位反映了自然状态下管道的腐蚀情况，叫自然电位，为后续极化电位的测试提供参考基准。简单的说，自然电位就是管道无阴极保护时的电位，用来衡量此处管道的腐蚀状况。
2.6.2 管道通电保护电位
管道自然电位测试完成后，立即对管道施加阳极电流进行极化，直到管道的电位稳定在合理的范围后，方可认为极化完成，此时得到的电位值就叫管道通电保护电位。简单的说，通电电位是管道在和阳极连接状态下的电位，此电位含有l降的测量误差，仅作参考。
2.6.3 探头通电电位和探头断电电位
断电电位作为管道保护极化水平的判别标准，在测试中是极为重要。此处采用探头断电法得到探头通电电位和探头断电电位，首先探头与管道连接，读值为探头通电电位，然后探头与管道断开，读值为探头断电电
位，要求测试人员在断电后的0.5s内测得准确的断电电位数值。
2.6.4 阳极开路电位和管道开路电位
在得到管道极化后真实的断电电位后，可根据相对应点的自然电位，得到极化电位数值，即阳极开路电位和管道开路电位。管道和阳极通过电缆形成电路连接，这两个电位仅在说明检测时检测地阳极和管道的自然电位，可为今后检测数据作参考。高纯锌的标准电位为-1100mv。
2.6.5 极化电位差
极化电位差值=探头断电电位-自然电位
2.6.6 交流电压
交流电压的测试关系到管道的安全问题，确定接地极的位置等，不能小于5m，确保接地装置不得对管道阴极保护造成不利影响。
结果如表1所示：
测试结果说明：①从自然电位数值大部分大于350mv看出，管道确实存在腐蚀的情况，选择使用阴极保护的决定是正确和必要的。②把探头断电电位和其他各项数值对比阴极保护准则，可以看出，阴极保护起到了比较好的保护效果。③从输出电流可以算出，阳极平均寿命可以达到25年。
3 水锤防护
本工程为高扬程、长距离、两级串联的水泵加压供水系统，管线中存在明显的局部凸起点。在事故停泵过渡过程中，极易在这些点处出现水柱分离及其再弥合现象，产生巨大的弥合水锤压力。设计的水锤防护措施如下：
3.1 调压塔
本工程为高扬程、长距离、两级串联的水泵加压供水系统，管线中存在明显的局部凸起点。在事故停泵过渡过程中，极易在这些点处出现水柱分离及其再弥合现象，产生巨大的弥合水锤压力。经计算，线上桩号3+372、14+700和16+875处安装单向调压塔，其中，补水管设置两条，互为备用。
3.2 排气阀
对于高扬程多起伏长距离供水管道，工况较复杂，对水锤防护要求较高，应采用具有恒速缓冲功能的排气阀。恒速缓冲排气阀是恒速排气，既能保证管道中气体及时排出，又使气体在管道内起到一定气垫的作用，在排气结束时又具有缓闭功能，对消减断流弥合水锤效果明显。
理论研究和工程实践表明，在停泵过渡过程中，当空气通过空气阀进入管道后，在管道内水倒流升压的过程中，若排气速度过快，也可能因空气阀前后水柱的碰撞而产生大的压力升高。因此，排气阀宜选用“快进慢排”式复合排气阀，将排气阀作为单向调压塔的后备水锤防护措施。
3.3 水泵出口防护
水泵出口阀是抽水系统在正常、非正常情况下进行停泵断流的重要设备，其过流特性对工程的正常运用与事故控制都有很大的影响。
由于净扬程较高，为防止事故停泵过渡过程中，水泵倒转转速超过额定转速的1.2倍，同时又不致因关阀过快产生巨大的水锤压力升高，泵出口阀宜采用两阶段关闭。本工程在水泵出口设半球式液控管力阀，当水锤发生时，可解决水泵的反转转速和水泵出口压力升高在允许范围，主泵出口设检修阀门可对全站泵组进行检修，安装调试方便，管道的水锤计算满足要求。
4 管道监测
供水管网远程测控系统主要由调度中心、通信平台、监测终端、压力变送器和流量仪表组成。
调度中心放置在一级泵站的中控室，监测整个供水管网测点的压力、流量、流向；生成每个测点的压力、流量数据曲线；生成每条管线压力分布曲线；生成各种工作报表；辅助预测、发现爆管事故；提供辅助决策建议；存储、查询、对比历史数据；远程维护监测设备；辅助管理管网管道、阀门、变送器、流量计等设备。调度中心的主要配置见表3。
供水管线监测系统间隔3km左右设置一套管网监测系统中继通信平台，安装有光端收发器和交换机，负责收集测控终端采集的监测数控，将数据整理后通过沿线光纤将数据实时上传。
管网远程测控终端将根据现场实际情况选择管道重要地段安装。远程测控终端使用太阳能电池板配合蓄电池供电。它的功能特点：采集管网压力、流量、流向、电池电压等数据；将采集数据主动上报到调度中心；支持定时上报和监测数据超限上报；现场可存储、显示、查询压力、流量等数据及工作参数。每套远程测控终端的主要配置见表4。
5 结论
本工程通过设置复合式进排气阀、单向调压塔及缓闭止回阀，有效防止了水锤的发生，工程于2011年10月正式通水，运行情况良好，未发生过爆管等情况，有力保障准东开发区经济社会可持续发展，可为类似地区工程项目实施提供借鉴。
参考文献：
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[2]杨玉思，徐艳艳等.长距离高扬程多起伏输水管道水锤防护的研究.给水排水，2009，vol.35 no.4.
[3]杨玉思，徐艳艳等.长距离高扬程多起伏输水管道水锤防护的研究.给水排水，2009，vol.35 no.4.
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[5]gb/t 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范.
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