埋地鋼管外防腐系統(tǒng)腐蝕因素的檢測評價(jià)與控制

上海燃?xì)馐斜变N售有限公司 婁桂云

0 概述

上海城市燃?xì)獾陌l(fā)展已經(jīng)有140多年的歷史，截至2011年3月我公司現(xiàn)有次高壓、中高壓地下管線共6 800 km，其中，埋地鋼管占16.5%。2006年我公司建立了基于GIS信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)，最終使輸配管網(wǎng)的管理從固定思維加經(jīng)驗(yàn)判斷的操作模式轉(zhuǎn)向先進(jìn)科學(xué)的管理模式，使管網(wǎng)管理更為有序、合理、高效。埋地管網(wǎng)腐蝕指數(shù)的檢測評價(jià)做為整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)和組成部分，可以為管網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評估提供可靠的腐蝕數(shù)據(jù)支持，為判定管網(wǎng)的安全運(yùn)行狀況提供可靠依據(jù)。

1 外防腐系統(tǒng)腐蝕評價(jià)因素的選取

雖然近年來管道的防腐技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的防腐蝕材料和技術(shù)，但由于防腐層施工質(zhì)量控制不好以及第三方施工造成的損害等原因使管道的腐蝕問題仍未從根本上得到解決。公司在管道日常的運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)，管道的腐蝕主要與外防腐層的保護(hù)效果、陰極保護(hù)效果以及管道所處的環(huán)境(如雜散電流影響)密切相關(guān)。

外防腐層能抵御現(xiàn)場環(huán)境腐蝕，保證與鋼管牢固粘結(jié)，盡可能不出現(xiàn)陰極剝離和造成陰極保護(hù)死區(qū)。外防腐破損，會(huì)引起金屬損失缺陷，造成管道穿孔、斷裂等，將會(huì)對燃?xì)獾陌踩斔驮斐蓸O大危害。

陰極保護(hù)是使用被保護(hù)金屬處于穩(wěn)定的鈍性狀態(tài)的一種防護(hù)方法，可通過外加電源進(jìn)行極化或添加氧化劑的方法達(dá)到保護(hù)目的。陰極保護(hù)失效將使管道失去防腐保護(hù)的第二道屏障，會(huì)引起金屬管道管體的腐蝕，不利于管道的安全運(yùn)行。

雜散電流是在地下流動(dòng)的防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之外對金屬管道產(chǎn)生腐蝕破壞作用的電流。雜散電流腐蝕包括直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。對于我公司而言，比較典型的是受軌道交通運(yùn)行產(chǎn)生的雜散電流對管道腐蝕產(chǎn)生的影響。

本文主要從外防腐層保護(hù)效果、陰極保護(hù)效果以及雜散電流三方面進(jìn)行檢測、評價(jià)及分析，研究埋地鋼管的腐蝕防護(hù)。

2 評價(jià)因素的檢測與分析

2.1 外防腐層保護(hù)效果的檢測與分析

外防腐層保護(hù)效果的檢測采取非開挖檢測與開挖檢測的方式進(jìn)行。

2.1.1 外防腐層的非開挖檢測

非開挖檢測主要采用交流電流衰減法(PCM)及交流電位梯度法(ACVG)對防腐等級(jí)、破損點(diǎn)位置進(jìn)行檢驗(yàn)檢測。

目前我公司對管轄范圍內(nèi)約100 010 m的埋地鋼管進(jìn)行了外防腐層防護(hù)效果的檢測。利用 PCM埋地管道防腐層檢測儀測定外防腐層的絕緣電阻，并參照《埋地鋼質(zhì)管道外防腐層修復(fù)技術(shù)規(guī)范》(SY/T 5918—2004)中的防腐層分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對防腐層進(jìn)行腐蝕等級(jí)的劃分。

結(jié)果表明防腐層質(zhì)量為一級(jí)的管段88 703 m，占所檢測管道長度的88.69%；二級(jí)的6 181 m，占所檢測管道長度的6.18%；三級(jí)的3 424 m，占所檢測管道長度的3.42%；四級(jí)的1 051 m，占所檢測管道長度的1.05%；五級(jí)的651 m，占所檢測管道長度的0.65%。

通過PCM埋地管道防腐層檢測儀測定管道外防腐層存在交流電流梯度值(db值)，判定管道外防腐層存在破損點(diǎn)，在整個(gè)檢測過程中共發(fā)現(xiàn)擬似破損點(diǎn)38處。

2.1.2 外防腐層的開挖檢測

根據(jù)非開挖檢測的結(jié)果共發(fā)現(xiàn)擬似破損點(diǎn) 38處，經(jīng)過研討，作為首次開挖選擇了其中保護(hù)電位偏低，漏電電流偏大等5處具有代表性的擬似破損點(diǎn)優(yōu)先開挖，通過開挖來驗(yàn)證管道腐蝕的實(shí)際狀況，具體開挖點(diǎn)的選取見表1。

表1 直接檢測開挖點(diǎn)選取情況

通過對開挖各點(diǎn)進(jìn)行外觀檢查、漏點(diǎn)檢測、厚度檢測、粘結(jié)力檢測，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：5處開挖的破損點(diǎn)均存在缺陷，其中1處外防腐層涂層損傷，3處外防腐層剝落，1處犧牲陽極塊接頭未包好，1處陰極保護(hù)電位低于標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)電位-850 mv。其中老蕰川路破損點(diǎn) SDK-1開挖后檢測發(fā)現(xiàn)管體輕微腐蝕，表明外防腐層的破損對管道腐蝕有著直接影響。

造成防腐層破損的原因主要是：施工質(zhì)量控制不好，造成的防腐層損傷、補(bǔ)口未防腐、瀝青防腐層涂抹不均遺漏等；管道下溝回填時(shí)第三方破壞造成的損傷；防腐層老化造成的破損。

2.2 陰極保護(hù)效果的檢測與分析

本次陰極保護(hù)檢測使用密間隔電位(CIPS)法進(jìn)行檢測與評價(jià)，檢測管線長度共計(jì)54 861 m，分為114段，檢測結(jié)果見表2。

表2 埋地鋼管陰極保護(hù)效果檢測結(jié)果

并對檢測的114段分別繪制管道保護(hù)電位沿距離分布圖。以石洞口廠門口2#閥井至煤電路橋東樁為例分析，見圖1。

圖1 2#閥井至煤電路橋東樁陰極保護(hù)電位分布

該段管線全長181 m，信號(hào)接入點(diǎn)為石洞口門口2#閥井，檢測方向由石洞口廠門口2#閥井至煤電路橋東樁東往西方向，大部分管道位于煤電路。陰保電位范圍為(-1 060 mV，-710 mV)，該段7處總計(jì)約34 m未達(dá)到保護(hù)。電位分布CIPS測試曲線如圖1所示。

對114段管段的CIPS測試及評價(jià)結(jié)果如下：

(1)有效保護(hù)長度為48 371 m，未達(dá)到有效保護(hù)長度為6 490 m，有效保護(hù)率為88.17%；

(2)未有效保護(hù)段主要位于煤電路橋西側(cè)、五岳河橋南側(cè)、盛橋南側(cè)及北側(cè)、北張涇橋南側(cè)及北側(cè)等附近169處；

(3)石洞口出廠管未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的管段(管地電位高于-850 mV)較多。

結(jié)果表明陰極保護(hù)失效會(huì)加速管道腐蝕，影響輸氣管道的正常運(yùn)行。

2.3 雜散電流的檢測與分析

雜散電流檢測采用雜散電流檢測儀(SCM)，該儀器可以沿著管道檢測任何雜散電流的大小和方向，且能夠快速地評價(jià)從地表至管線間的雜散電流，分辨雜散電流的頻率和方向。

通過對管道沿線敷設(shè)環(huán)境調(diào)查，選取共和新路汶水路地鐵1號(hào)線汶水路站西南角1處位置進(jìn)行雜散電流測試。該位置靠近地鐵1號(hào)線汶水路站，位于共和新路高架橋下入口及中環(huán)線交接位置，路面汽車行使對管道有一定的影響。

具體測試結(jié)果及分析如下：

(1)在地鐵開、停車期間管道中存在脈沖式的雜散電流，電流的最大差值73.389 A，具有較強(qiáng)的干擾性。

(2)雜散電流干擾源主要為地鐵軌道交通及道路交通產(chǎn)生脈沖式干擾。

對該處進(jìn)行外防腐層的PCM檢測結(jié)果表明：該區(qū)域由于受雜散電流的影響，鋼管管體的腐蝕損壞速度遠(yuǎn)比其它區(qū)域高，且檢測發(fā)現(xiàn)存在防腐層破損點(diǎn)，證明雜散電流對管道防腐系統(tǒng)存在較大影響。

3 埋地鋼管的腐蝕控制

3.1 外防腐層的腐蝕防護(hù)控制

外防腐層是控制管道腐蝕破壞的關(guān)鍵因素，防護(hù)層的破壞將加速陰極保護(hù)的失效，進(jìn)而引起管道管體腐蝕，對管道的安全運(yùn)行埋下安全隱患。因此必須采取以下措施減少腐蝕防護(hù)層的破壞：

(1)控制外防腐層的施工質(zhì)量，選擇有資質(zhì)的施工單位，并按照標(biāo)準(zhǔn)要求認(rèn)真施工；

(2)按照全面檢驗(yàn)的要求對管道外防腐層進(jìn)行周期性的外防腐層效果檢測，控制措施見下表：

表3 外防腐層腐蝕分級(jí)及控制措施

(3)對防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行有計(jì)劃的開挖檢測、修復(fù)，避免金屬管道管體的腐蝕。

3.2 陰極保護(hù)的腐蝕控制措施

陰極保護(hù)包括犧牲陽極和外加電流保護(hù)法，作為管道腐蝕防護(hù)的第二到屏障，陰極保護(hù)可以在外防腐層破損的情況下，提高管道金屬管體的抗腐蝕能力。針對公司對54 861 m管道進(jìn)行CIPS檢測的結(jié)果來看，有效保護(hù)長度為48 371 m，未達(dá)到有效保護(hù)長度為6 490 m，有效保護(hù)率為88.17%。對未達(dá)到有效保護(hù)的管道必須采取以下措施進(jìn)行防護(hù)：

(1)對檢測發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行修復(fù)和改造，對不完好的陰保測試井進(jìn)行修復(fù)或更換；

(2)對管段周圍高危地段加強(qiáng)監(jiān)控和巡查。

3.3 雜散電流的腐蝕防護(hù)控制

雜散電流干擾的影響廣，分布情況復(fù)雜多變，且對管道引起的電流干擾腐蝕比一般的土壤腐蝕強(qiáng)烈得多。因此，對我公司受雜散電流影響的埋地鋼管，如臨近軌道交通的管道、與高壓電線并行敷設(shè)的管道等，必須采取以下措施，減少雜散電流對管道的腐蝕影響，確保管道的安全運(yùn)行。

(1)采取加強(qiáng)級(jí)的PE防腐技術(shù)，如加強(qiáng)級(jí)的3PE防腐技術(shù)；

(2)對雜散電流影響管段進(jìn)行排流措施，如直接排流法、極性排流法、強(qiáng)制排流法等等，同時(shí)輔以防腐層維修、更換、絕緣連接，串入調(diào)節(jié)電流的電阻，采用有源電場的屏蔽等措施，提高排流保護(hù)的效果；

(3)采取措施減少干擾源泄漏到大地的電流量；

(4)對雜散電流影響管道的周圍高危地段加強(qiáng)監(jiān)控和巡查，對檢測發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和改造。

4 結(jié)論

根據(jù)檢測結(jié)果，為確保管道安全運(yùn)行，必須加強(qiáng)對埋地鋼管外防腐層的監(jiān)控與維護(hù)，同時(shí)對檢測發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行修復(fù)和改造，需進(jìn)一步采取以下措施：

(1)對防腐層防防護(hù)等級(jí)為四五級(jí)，腐蝕防護(hù)系統(tǒng)缺陷嚴(yán)重，不能滿足設(shè)計(jì)要求，必須采取有計(jì)劃的開挖檢驗(yàn)、修復(fù)，避免金屬管道的腐蝕；

(2)對不完好的陰保測試井進(jìn)行修復(fù)或更換并做好日常運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)的記錄；

(3)對管線周圍高危地段加強(qiáng)監(jiān)控和巡查；

(4)定期對雜散電流影響管道進(jìn)行監(jiān)測，掌握雜散電流影響大小及趨勢，制定科學(xué)的安全管理措施；

(5)針對雜散電流干擾嚴(yán)重的管段進(jìn)行有效排流；

(6)開展完整性管理工作：建立某條管線的地理信息系統(tǒng)，以便對檢驗(yàn)檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，同時(shí)滿足國家對管道安全監(jiān)察所提出的管道完整性管理和基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)檢測的需求。