管道犧牲陽極法陰極保護(hù)專用方案_第1頁
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文檔簡介

1、管道犧牲陽極法陰極保護(hù)專用 方案長輸管道犧牲陽極法陰極保護(hù)方案項(xiàng)目名稱:建設(shè)單位:施工單位:編制日期:2010 年 10 月 4 日、概述 2(一)原理 2(二)犧牲陽極法陰極保護(hù)的優(yōu)點(diǎn) 2(三)犧牲陽極材料 2(四)陽極安裝方式 6(五)測試系統(tǒng) 7(六)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 7(七)主要測試設(shè)備和工具 8、該項(xiàng)目管道犧牲陽極保護(hù)法的設(shè)計(jì) 8、施工方法 81犧牲陽極法陰極保護(hù)施工安裝程序簡述如下 : 92、犧牲陽極法的施工: 916一、概述(一)原理將被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)連接一種比其電位更負(fù)的金屬或合金,該金 屬或合金為陽極, 依靠它的優(yōu)先溶解所釋放出的電流使金屬結(jié)構(gòu)陰極 極化到所需的電位而實(shí)現(xiàn)保護(hù),

2、這種方法稱為犧牲陽極法陰極保護(hù)。(二)犧牲陽極法陰極保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)1、不需要外部電源;2、對鄰近金屬構(gòu)筑物無干擾或很??;3、電流輸出雖不能控制, 但有自動(dòng)調(diào)節(jié)傾向, 且覆蓋層不易損壞。4、調(diào)試后,可不需日常管理;5、保護(hù)電流分布均勻,利用率高。(三)犧牲陽極材料1、作為犧牲陽極材料,必須滿足以下條件 :1.1 有足夠負(fù)且穩(wěn)定的電位,不僅要有足夠負(fù)的開路電位,而且 要有足夠的閉路電位 (或稱工作電位, 即在電解質(zhì)介質(zhì)中與金屬結(jié)構(gòu) 連接時(shí)犧牲陽極的電位) 。1.2 腐蝕率小,且腐蝕均勻,要具有高而穩(wěn)定的電流效率。 犧牲陽極的電流效率是指實(shí)際電容量與理論電容量的百分比,以 %表示。1.3 電化學(xué)當(dāng)量高,

3、即單位重量產(chǎn)生的電流量大。1.4 工作中陽極的極化率要小,溶解均勻,產(chǎn)物易脫落。1.5 腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境、無公害。1.6 材料來源廣泛,加工容易并價(jià)格低廉。2、鎂2.1 鎂陽極的特點(diǎn)是比重小、電位很負(fù)、對鐵的驅(qū)動(dòng)加壓很大, 且單位發(fā)生的電量大。2.2 鎂作為犧牲陽極,有較快的溶解速度,鎂在電解質(zhì)中溶液中的腐蝕行為是由本身很負(fù)的電位和表面上保護(hù)膜的 性質(zhì)所決定。2.3 鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為 -2.37V(SHE); 非平衡電極電位則隨腐蝕 性介質(zhì)的性質(zhì)而變, 例如:鎂在海水中的電位為 -1.5V(SCE) ,鎂在土 壤之中的電位為 1.5V 至 -1.6(SCE) ,鎂在堿溶液中的電位約為 -0

4、.84V(SCE)。鎂的電極電位與介質(zhì)的PH值有密切關(guān)系,PH值在酸性 范圍內(nèi),電位較負(fù),因?yàn)樯傻母g產(chǎn)物氫氧化鎂在堿性介質(zhì)中是難 溶的。正因?yàn)殒V在酸性及中性介質(zhì)中的電位較負(fù)和保護(hù)膜的不穩(wěn)定性, 所以鎂在酸性和中性介質(zhì)中的腐蝕速度較大。 而在堿性介質(zhì)中, 鎂的 表面保護(hù)膜穩(wěn)定,電位較正,腐蝕速度則因此而降低。鎂作為犧牲陽極使用時(shí),與電位較正的金屬相接觸,這時(shí),鎂產(chǎn) 生陽極化, 會引起負(fù)的差異效應(yīng), 即在陽極極化的影響下, 金屬的自 溶大為增強(qiáng)。 與其他犧牲陽極相比, 鎂的自溶傾向最大, 這是鎂陽極 的電流效北較低的原因之一。雜質(zhì)及合金元素對鎂的腐蝕速度有很大的影響,鎂合金通常比鎂 的腐蝕速度

5、大。鎂陽極中的雜質(zhì)主要成分是鐵、鎳、銅、鈷,其中特 別是鐵的含量, 由于這些金屬有較正的電位, 引起額外的腐蝕 (寄生 腐蝕)而使鎂的陽極效率降低。 添加錳可以抑制鐵的影響, 因?yàn)殄i可 以使鐵在熔鑄過程中沉淀出來,留在合金中的鐵元素會被錳包圍起 來,使鐵不能產(chǎn)生陰極性雜質(zhì)的有害作用。 對鎂陽極影響較小的元素 有:鎘、錳、鈉、硅、鋅、鋁、鉛、鈣和銀等。用純鎂作為犧牲陽極材料,對雜質(zhì)的含量應(yīng)有一定的限制,通常 應(yīng)是高純鎂(含鎂大于 99.95%),雜質(zhì)鐵的含量應(yīng)控制在 <0.002%以 下。它的電位很負(fù), 機(jī)械加工性能好。 鎂適用于電阻率較高的土壤和 淡水中。鎂在海水中應(yīng)用時(shí)易造成過保護(hù),或

6、發(fā)生氫脆,故而很少用于海 水中。 鎂在碰撞時(shí)易產(chǎn)生火花, 因而,一般不能用于有防爆要求的場2陽極種類的選擇通常根據(jù)土壤電阻率選擇犧牲陽極的種類,根據(jù)保護(hù)電流的大小和使用壽 命,選取陽極的規(guī)格和數(shù)量。在土壤中犧牲陽極選擇的原則見表5-14。表5-14 土壤中犧牲陽極種類的應(yīng)用選擇土壤電阻率Q .m可選陽極種類> 100帶狀鎂陽極60 100鎂(-1.7V )40 60鎂V 40鎂(-1.5V )V 15鎂(-1.5V,鋅)V5 (含 Cl-)鋅或 Al-Zn-ln-Si注:(1)在土壤潮濕情況下,鋅陽極范圍可擴(kuò)大到 30Q .m;(2)表中電位均相對于 Cu/飽和CuSO4參比電極。在土壤

7、中使用犧牲陽極的形狀多為棒形,其橫截面有梯形和D形。在高電阻率的土壤中或某些特定場合,如套管內(nèi)管道的保護(hù)等則用帶狀犧牲陽極。3、工藝計(jì)算3.1單支陽極接地電阻按下列公式計(jì)算:斑二氓(血石+皿色十百皿了)A才z "八心 D 12 宀 4t-L p d(5-2)式中:RHk水平式有填料陽極接地電阻(Q);Rv立式有填料陽極接地電阻(Q);P土壤電阻率(Q .m);Pa填料電阻率(Q .m);l陽極長度(m;La陽極填料柱長度(m);d 陽極等效直徑,il ,C為邊長(m);D填料柱直徑(m);t 陽極中心至地面的距離(m。3.2組合陽極接地電阻的計(jì)算(5 3)式中:R總一陽極組總接地電阻

8、(Q);N陽極數(shù)量(支);K修正系數(shù),查圖5 2。f 01.3.3陽極輸出電流的計(jì)算(5-4)_a+ea) _3氏"+耘 +RwA式中:la 陽極輸出電流(A);Ec陰極開路電位(V);Ea陽極開路電位(V); ec 陰極極化電位(V);ea 陽極極化電位(V);Ra陽極接地電阻(Q);Rc陰極過渡電阻(Q);RN-回路導(dǎo)線電阻(Q); E陽極有效電位差(V);R回路總電阻(R)。3.4所需陽極數(shù)量按下式計(jì)算(5 5)uN=f 77式中:N陽極數(shù)量(支);IA 所需保護(hù)電流(A);la 單支陽極輸出電流(A);f 備用系數(shù),取23倍。3.5陽極工作壽命按下式計(jì)算.WT-山;?。? 6

9、)式中:T陽極工作壽命(a);W陽極凈重量(kg);3陽極消耗率kg/(A.a)I 陽極平均輸出電流(A)。也可按該公式計(jì)算 W邙日極總重量),以滿足陽極的設(shè)計(jì)壽命。(四)陽極安裝方式1陽極地床為保證犧牲極在土壤中性能穩(wěn)定,在陽極四周要填充適用的填充 料。犧牲陽極填充料有用袋裝和現(xiàn)場鉆孔、挖坑填裝兩種方法,現(xiàn)場 鉆孔填裝效果雖然好,但填料用量大,稍不注意,容易將土粒等雜物 帶入填料中,影響填充料質(zhì)量,所以這種方法使用較少。犧牲陽極安 裝中大多使用袋裝陽極,即將配置好的填充料放在滲透性材料制的袋 中,包圍在陽極周圍(填料的厚度應(yīng)在各個(gè)方向均保持5-10mm,然后放置在土坑中,再用細(xì)土回填、澆水、

10、最后填平。2、陽極分布2.1犧牲陽極在管道上的分布可采用單支或集中成組兩種方法, 同組陽極宜選用同一批號或開路電位相近的陽極。2.2犧牲陽極埋設(shè)分為立式和水平式兩種,埋設(shè)方向有軸向和徑向。陽極埋設(shè)位置一般距管道外壁 3-5mm,最小不宜小于0.3mm,埋設(shè)深度以陽極頂部距地面不小于 1m為宜,對于北方地區(qū),必須在凍土層以下。成組埋設(shè)時(shí),陽極間距以 2-3m 為宜2.3在地下水位低于3m的干燥地帶,陽極應(yīng)當(dāng)加深埋設(shè),對于河 流、湖泊地帶,犧牲陽極應(yīng)盡可能埋設(shè)在河床 (或湖底) 的安全部位, 以防洪水沖刷或挖泥清淤時(shí)損壞。2.4 在城市和管網(wǎng)區(qū)使用犧牲陽極時(shí),要注意陽極和被保護(hù)的管 道之間不應(yīng)有其

11、他金屬構(gòu)筑物,如電纜等。(五)測試系統(tǒng)為了檢查地下鋼質(zhì)管道的保護(hù)狀態(tài)及效果, 還應(yīng)安裝測試系統(tǒng)。 犧牲陽極法陰極保護(hù)的測試系統(tǒng)應(yīng)能提供保護(hù)體的自然電位、 陽極性 能、保護(hù)電位的功能。通常在相鄰兩組犧牲陽極管段的中間部位設(shè)置一個(gè)可測量管道保護(hù)電位的測試樁,樁的間距以 500m左右為宜。犧牲陽極測試樁處應(yīng)設(shè)有輔助片長效參比電極,輔助試片的材質(zhì) 應(yīng)與管道材質(zhì)相同。在這里可以測出管道的保護(hù)電位和陽極工作狀 況,如陽極的輸出電流、 陽極的接地電阻、 陽極的開路電位和閉路電 位,還可測量輔助試片的自然電位,用來比較鋼質(zhì)管道的保護(hù)情況。這里需要說明的是,犧牲陽極法陽極保護(hù)的各項(xiàng)參數(shù)的測試,應(yīng) 當(dāng)在犧牲陽極埋

12、入地下及填包料澆水 10d 后進(jìn)行。另外,犧牲陽極投入運(yùn)行后,應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù),至少每半 年一次。 待犧牲陽極到達(dá)使用壽命時(shí), 測量的保護(hù)參數(shù)異常, 或保護(hù) 電位不能達(dá)到陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),則說明陽極已“犧牲”完畢,應(yīng)更換安 裝新的犧牲陽極,使管道繼續(xù)得到陰極保護(hù)。(六)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范1、埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)電參數(shù)測試方法 SY/T0023-972、埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范 SY/T0019-973、鋼質(zhì)管道及儲罐防腐工程設(shè)計(jì)規(guī)范 SY0007-994、陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn) SY/T0086-955、埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0017-96(七)主要測試設(shè)備和工具本

13、工程檢測和測試工作所使用的主要測試設(shè)備和工具表序號項(xiàng)目單位數(shù)量1土壤電阻測試儀臺12數(shù)字萬用表臺23CSE參比電極個(gè)44數(shù)據(jù)采集器臺25IBM筆記本電腦臺16施工車輛臺27照明設(shè)備套4二、該項(xiàng)目管道犧牲陽極保護(hù)法的設(shè)計(jì)該管道為長輸管道,管徑1200 mm,為配合其它防腐措施,擬采用 如下犧牲陽極保護(hù)法。犧牲陽極選用鎂陽極,1km設(shè)4組,每組由4支14kg的鎂陽極組 成,其中3組直接焊在管道上,1組通過測試樁連接,以便進(jìn)行電參 數(shù)測量,了解陽極使用壽命。共埋設(shè)鎂陽極188支,距管道垂直距離1.5m,陽極周邊用填料 包圍以減少接地電阻及促進(jìn)腐蝕產(chǎn)物的溶解。 匯流點(diǎn)及中間點(diǎn)設(shè)測試 樁47支,測試樁基

14、本按照1支/km的原則埋設(shè),并附有1支長壽命 參比電極。在管道穿越公路、鐵路等處設(shè)有套管的部位實(shí)施了鎂帶陽 極保護(hù),以使套管內(nèi)受屏蔽的管道得到保護(hù),鎂帶規(guī)格為 19mM 9.5mm施工時(shí)沿螺旋焊縫方向纏繞,使保護(hù)電流盡可能地均 勻。三、施工方法1、犧牲陽極法陰極保護(hù)施工安裝程序簡述如下 :袋裝陽極制作T陽極床定位T陽極床開挖T陽極埋設(shè)T陽極澆水浸透飽和及各參數(shù)測試T陽極通電點(diǎn)處理及焊接T通電點(diǎn)導(dǎo)通測試T通電點(diǎn)補(bǔ)口防腐(補(bǔ)口處防腐材料與管體防腐材料是匹配的)T陽 極回填T標(biāo)記記錄。2、犧牲陽極法的施工 :2.1 鋅陽極安裝2.1.1 犧牲陽極的施工:犧牲陽極土壤中的施工,包括埋設(shè)前的 組裝、陽極

15、的填充和埋高。2.1.2 鋅陽極與陽極電纜的組裝陽極與電纜之間的聯(lián)接采用錫焊。在焊接點(diǎn)上涂覆環(huán)氧涂料,加 纏電工膠布和絕緣膠帶, 再包覆熱收縮套, 并再纏膠帶保護(hù)。 必須保 證焊接牢固并且絕緣性能良好。2.1.3 陽極安裝前準(zhǔn)備 在組裝犧牲陽極之前,應(yīng)檢驗(yàn)陽極表面是否有油污和氧化物。犧牲陽極表面的油污和氧化物能降低陽極的活性,影響陽極電流的發(fā) 生,所以陽極表面如存在油污和氧化物, 應(yīng)采用砂紙將陽極表面打磨 干凈。填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進(jìn)行, 應(yīng)保證陽極四周的填料厚度 一致、密實(shí),各邊厚度不小于 50mm填料應(yīng)調(diào)拌均勻,不得混入石 塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約 50Kg。2.1.4陽

16、極電纜與PCCF管的連接電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊,無論哪種焊 接手段都要求:焊接牢固,焊縫均勻,焊接點(diǎn)電阻要求小于4X 10一4Q, 焊接點(diǎn)強(qiáng)度大于焊接后銅芯電纜的承載力。 焊接完成且溫度降低后進(jìn) 行焊縫檢查,合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)口,補(bǔ)口 材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。在電位測試裝置處,陽極電纜與管道測試電纜在測試樁內(nèi)連接。 陽極電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)留有足夠余量,在焊點(diǎn)及其他連接處預(yù)留蛇形 彎,防止電纜或焊點(diǎn)受力拽脫。2.1.5陽極埋設(shè)當(dāng)管道的安裝與鋅陽極埋設(shè)同步進(jìn)行時(shí),犧牲陽極的埋設(shè)位置, 與管道外壁距離為1.5米左右,最低不應(yīng)小于 0.3m。陽極可埋設(shè)在 管道

17、的側(cè)方或側(cè)下方,視現(xiàn)場具體工況條件,可選擇立式或臥式埋設(shè)。 埋設(shè)深度必須在凍土層以下,一般要求與管道深度一致。見下圖。圖1陽極位置示意圖對于已安裝完的管道,陽極埋設(shè)可在管道中心位置,使得陽極包 的中心位置與管道中心位置在同一高程上,施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為400,陽極包采用豎向布置。2.1.6陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后,對坑內(nèi)澆水,坑內(nèi)水位必須完全浸沒 填料包,且坑內(nèi)積水必須保持一段時(shí)間,以便徹底浸填料包。2.1.7陽極床回填陽極床回填時(shí),應(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)土,禁止向坑內(nèi)回填沙石、 水泥塊、塑料等雜物。過河管道部分鎂陽極安裝要求對于已安裝完的管道,陽極埋設(shè)可在管道中心位置,

18、使得陽極包 的中心位置與管道中心位置在同一高程上,施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為400,陽極包采用豎向布置。2.1.8陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后,對坑內(nèi)澆水,坑內(nèi)水位必須完全浸沒 填料包,且坑內(nèi)積水必須保持一段時(shí)間,以便徹底浸填料包。2.1.9 陽極床回填陽極床回填時(shí),應(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)土,禁止向坑內(nèi)回填沙石、 水泥塊、塑料等雜物。2.2 過河管道部分鎂陽極安裝要求2.2.1 鎂陽極與陽極電纜的組裝陽極與電纜之間的聯(lián)接采用錫焊。在焊接點(diǎn)上涂覆環(huán)氧涂料,加 纏電工膠布和絕緣膠帶, 再包覆熱收縮套, 并再纏膠帶保護(hù)。 必須保 證焊接牢固并且絕緣性能良好。2.2.2 陽極安裝前準(zhǔn)備在組

19、裝犧牲陽極之前,應(yīng)檢驗(yàn)陽極表面是否有油污和氧化物。犧 牲陽極表面的油污和氧化物能降低陽極的活性,影響陽極電流的發(fā) 生,所以陽極表面如存在油污和氧化物, 應(yīng)采用砂紙將陽極表面打磨 干凈。填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進(jìn)行,應(yīng)保證陽極四周的填料厚度 一致、密實(shí),各邊厚度不小于 50mm填料應(yīng)調(diào)拌均勻,不得混入石 塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約 50Kg。2.2.3 陽極埋設(shè)犧牲陽極的埋設(shè)位置,與管道外壁距離為 1.5 米左右,最低不應(yīng) 小于0.3m。陽極可埋設(shè)在管道的側(cè)方或側(cè)下方 ,視現(xiàn)場具體工況條 件,可選擇立式或臥式埋設(shè)。 埋設(shè)深度必須在凍土層以下, 一般要求 與管道深度一致。2.2.4 陽

20、極床澆水陽極填料包放入陽極坑后,對坑內(nèi)澆水,坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包,且坑內(nèi)積水必須保持一段時(shí)間,以便徹底浸填料包。2.2.5 陽極床回填 陽極床回填時(shí),應(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)土,禁止向坑內(nèi)回填沙石、 水泥塊、塑料等雜物。2.2.6 陽極電纜與鋼管的連接鎂陽極埋設(shè)就位后,在管道的環(huán)氧煤瀝青涂層上開60X60mm大小開口,將開口處理干凈,去除油漆、水、泥、油污等雜物,將陽極電 纜上預(yù)制的方鋼片與鋼管電焊連接, 焊接后清除焊渣, 經(jīng)質(zhì)檢后, 涂 刷防腐涂料,達(dá)到與管道同級的防腐等級。陽極電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)留有足夠余量,在焊點(diǎn)及其他連接處預(yù)留蛇形 彎,防止電纜或焊點(diǎn)受力拽脫。2.3 過路管道部分鎂陽極安裝要

21、求2.3.1 鎂陽極安裝技術(shù)要求由于套管內(nèi)外的腐蝕環(huán)境不同, 將過路部分鋼質(zhì)管道分成兩部分。 套管外部鎂陽極的安裝同過河管道部分相同。 套管內(nèi)部采用串狀鎂陽 極保護(hù),串狀鎂陽極的安裝隨鋼管的安裝同時(shí)進(jìn)行, 將鎂陽極鋼絲鐵 芯直接焊接在鋼管上。焊接及補(bǔ)口要求同過河管道部分。2.4 電位測試樁的安裝測試樁安裝要求測試樁樁體由水泥制成,地上部分高約 80 公分,地下部分高 60 公分以上。 內(nèi)設(shè)陰極測試端子和參比電極測試端子。 在管底位置埋設(shè) 一支二氧化錳參比電極或長效硫酸銅參比電極。 電位測試樁只提供保 護(hù)電位數(shù)據(jù), 可按設(shè)定的頻率進(jìn)行人工測量, 以了解和掌握陰極保護(hù) 效果。2.5 智能監(jiān)測裝置的

22、安裝智能監(jiān)測樁安裝要求智能監(jiān)測樁安裝應(yīng)按圖紙要求和設(shè)備安裝說明進(jìn)行。2.6 預(yù)留電纜的安裝261預(yù)留電纜與PCCP管的連接電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊,無論哪種焊 接手段都要求: 焊接牢固,焊縫均勻。 焊接完成且溫度降低后進(jìn)行焊 縫檢查,合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)口,補(bǔ)口材料 采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。2.6.2 預(yù)留電纜的引到地表預(yù)留電纜在完成和PCCPf連接后,垂直向上引至地表附近,電纜 敷設(shè)時(shí)應(yīng)留有足夠余量, 在焊點(diǎn)及其他各處打蛇形彎, 防止電纜或焊 點(diǎn)受力。2.7 標(biāo)識 在管溝回填過程中和完成后,承包商應(yīng)詳細(xì)記錄陽極預(yù)留電纜的 位置,并選擇合理有效的標(biāo)識方式,確保日后能順利找到預(yù)留電纜。2.8 陰極保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)運(yùn)2.8.1 犧牲陽極保護(hù)參數(shù)投產(chǎn)測試,必須是在陽極埋入地下及填 包料澆水 10 天后進(jìn)行。2.8.2 犧牲陽極投入運(yùn)行后應(yīng)進(jìn)行一下項(xiàng)目的測試點(diǎn)位:陽極開路點(diǎn)位,陽極閉路點(diǎn)位,管道開路點(diǎn)位,管道保 護(hù)點(diǎn)位,測試片自然點(diǎn)位。陽極輸出電流。陽極接地電阻。埋設(shè)點(diǎn)的土壤電阻率。2.8.3 犧牲陽極投入運(yùn)行后,應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù),至少每半 年一次。2.9 質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)2.9.1陽極連接電纜其埋設(shè)深度不得小于0.8m,四周應(yīng)填墊素土或細(xì)砂,其上部覆蓋有水泥蓋板或紅磚。2

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