灘海地段管道補(bǔ)口及陰極保護(hù)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦 海 燕

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司， 河北 任丘 062552）

灘海地段管道補(bǔ)口及陰極保護(hù)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦 海 燕

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司， 河北 任丘 062552）

由于灘海地段土壤中含鹽量高，電阻率低，腐蝕性很高，鋼質(zhì)管道補(bǔ)口及陰極保護(hù)測試系統(tǒng)尤為重要。結(jié)合唐山液化天然氣外輸管道（以下簡稱唐山LNG）工程論述了灘海地段管道應(yīng)采取的不同于一般地段的補(bǔ)口方式及智能電位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，提出了在現(xiàn)場補(bǔ)口施工中出現(xiàn)的問題，分析原因，提出了解決方案。并根據(jù)工程實(shí)踐，提出了灘海地段管道在陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的其他問題。

灘海；補(bǔ)口；智能電位系統(tǒng)

在管道防腐蝕系統(tǒng)中管道補(bǔ)口是對管道外防腐層的完善，補(bǔ)口質(zhì)量的好壞直接影響整條管道的使用壽命，是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。在防腐層破損的情況下，陰極保護(hù)能有效的阻斷管道發(fā)生腐蝕，陰極保護(hù)是否有效則通過陰極保護(hù)測試系統(tǒng)來顯現(xiàn)。因此管道補(bǔ)口及陰極保護(hù)測試系統(tǒng)是管道防腐蝕的關(guān)鍵因素。在灘海地段敷設(shè)的管道，由于土壤中含鹽量高，電阻率低，土壤腐蝕性很高，管道補(bǔ)口及陰極保護(hù)測試系統(tǒng)尤為重要。

唐山液化天然氣外輸管道工程（以下簡稱唐山LNG）約有31 km管道位于灘海地段，由于灘海地段的腐蝕強(qiáng)于一般地段，對防腐和陰極保護(hù)的要求更為嚴(yán)格。本文結(jié)合唐山LNG工程論述了灘海地段管道應(yīng)采取的不同于一般地段的補(bǔ)口方式及智能電位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，提出了在現(xiàn)場補(bǔ)口施工中出現(xiàn)的問題，分析原因，提出了解決方案。并根據(jù)工程實(shí)踐，提出了灘海地段管道在陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的其他問題。

1 唐山LNG工程管道補(bǔ)口設(shè)計(jì)

1.1 補(bǔ)口設(shè)計(jì)方案

管道現(xiàn)場補(bǔ)口是對管道外防腐層的完善，補(bǔ)口質(zhì)量的好壞直接影響整條管道的使用壽命，是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。對于灘海地段管道補(bǔ)口應(yīng)采用性能可靠、現(xiàn)場環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)、施工操作方便和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好的材料。

1.1.1 常用補(bǔ)口方式

目前埋地鋼質(zhì)管道常用的補(bǔ)口方式有熱收縮帶、無溶劑聚氨酯涂料、熱烤壓敏膠帶、粘彈體膠帶。

（1）熱收縮帶

目前熱收縮帶補(bǔ)口是埋地管道最為常用的補(bǔ)口方式，在已有工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)補(bǔ)口處出現(xiàn)了一些質(zhì)量問題：熱熔膠中的增粘樹脂添加量較大，長期使用會造成熱熔膠自身內(nèi)聚降低的問題；同時(shí)由于熱收縮帶是手工施工，對施工人員的技術(shù)要求較高，受人為因素影響較大，施工過程中的鋼表面預(yù)處理、預(yù)熱、底漆涂刷等都會影響熱收縮帶的補(bǔ)口效果。施工完成后只能通過剝離強(qiáng)度進(jìn)行抽檢，抽檢是對熱收縮帶進(jìn)行的破壞性檢查，無法反映整個(gè)工程熱收縮帶的補(bǔ)口效果[1]。

（2）無溶劑聚氨酯涂料

無溶劑聚氨酯涂料可低溫施工，固化時(shí)間短，一次涂敷厚度可達(dá)1.2 mm，具有耐磨、抗沖擊、化學(xué)穩(wěn)定性好，與PE搭接部位粘結(jié)性能好的優(yōu)點(diǎn)，不會屏蔽陰極保護(hù)電流。但是施工時(shí)需要大型施工機(jī)具，在施工場地受限的灘海地區(qū)、山區(qū)及丘陵段施工車無法作業(yè)[2]。

（3）熱烤壓敏膠帶

熱烤壓敏膠帶與熱收縮帶密封性能相當(dāng)，對管體、PE搭接部位不需預(yù)熱，烘烤溫度低，只需烘烤到基材收縮，具有抱緊力即可，不像熱收縮帶需將熱熔膠烤至充分融化，因此適用于低溫施工。但是價(jià)格高于熱收縮帶，在某管道補(bǔ)口修復(fù)工程中使用，也出現(xiàn)了類似熱收縮帶的粘結(jié)失效問題。

（4）粘彈體膠帶

粘彈體膠帶是一種烴類流體單分子聚合物材料，與常規(guī)的液態(tài)或固態(tài)防腐涂層完全不同，粘彈體膠帶既具有類似PE的固體特性，同時(shí)也具有液態(tài)特性和壓敏性，在無外力情況下呈固態(tài)，在一定纏繞外力作用下，呈現(xiàn)流動性，浸潤到物體表面的孔洞和細(xì)縫，產(chǎn)生粘接[3]。

粘彈體膠帶具有以下特性：具有耐老化性能，可達(dá)40年服役壽命；粘結(jié)力強(qiáng)，可常溫固化，抗一定土壤應(yīng)力；耐酸、堿、鹽，可用于海水、淡水和各種環(huán)境土壤；抗水滲透能力強(qiáng)，抗陰極剝離，不會發(fā)生鼓泡現(xiàn)象；若膠帶產(chǎn)生針孔可自身修復(fù)；施工時(shí)鋼表面除銹等級達(dá)St3級即可，不需涂敷底漆、預(yù)熱。自1996年至今，粘彈體膠帶已成功應(yīng)用于世界各地多條石油天然氣管道、站場埋地管道防腐補(bǔ)口，迄今為止未發(fā)現(xiàn)失效。

1.1.2 補(bǔ)口方案確定

唐山LNG工程在唐?？h界管道沿線為灘海、鹽池、連片養(yǎng)魚池，水域面積較大。在這段區(qū)域，管道基本是埋在淤泥中，腐蝕性極強(qiáng)，一般埋地管道補(bǔ)口用的熱收縮帶稍出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題或施工中烘烤不均勻造成熱收縮帶與PE搭接處密封不嚴(yán)，就會在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致補(bǔ)口部位鋼管的腐蝕穿孔。無溶劑聚氨酯涂料補(bǔ)口在灘海地段受施工場地限制無法施工。熱烤壓敏膠帶也出現(xiàn)了粘結(jié)失效問題，不適應(yīng)于本工程。

粘彈體膠帶除具有以上論述的優(yōu)勢外，2009年西氣東輸項(xiàng)目部組織在新疆庫爾勒段進(jìn)行了粘彈體膠帶材料的現(xiàn)場補(bǔ)口試驗(yàn)，該地段干濕交替，土壤應(yīng)力大，含鹽高，腐蝕性強(qiáng)。通過每年2次開挖驗(yàn)證，設(shè)計(jì)人員親臨開挖現(xiàn)場，目睹了粘彈體膠帶材料的應(yīng)用效果及各項(xiàng)指標(biāo)檢查的全過程，粘彈體膠帶補(bǔ)口得到了專家們的一致認(rèn)可，確定該材料完全可應(yīng)用于灘海地段管道補(bǔ)口。因此，將粘彈體膠帶首次大規(guī)模的應(yīng)用于唐山LNG工程灘海地段的管道補(bǔ)口。

1.2 補(bǔ)口施工中存在問題

唐山LNG工程采用國產(chǎn)粘彈體膠帶作為補(bǔ)口材料，是國內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用。由于是新型材料，在現(xiàn)場施工過程中粘彈體膠帶出現(xiàn)了剝離覆蓋率不能達(dá)到95%檢測標(biāo)準(zhǔn)的問題。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致粘彈體膠帶現(xiàn)場剝離覆蓋率不達(dá)標(biāo)的首要原因是剝離過程中膠層底部有大量氣泡，氣泡產(chǎn)生的原因有以下幾點(diǎn)：膠帶本身具有深淺不一的皺折、膠層內(nèi)部有氣泡、施工過程中出現(xiàn)氣泡、膠帶太寬、焊縫凹凸不平。

1.3 解決方案

針對以上問題的原因分析，唐山LNG工程采取了以下解決方案：

（1）解決膠帶自身皺折問題

在膠帶生產(chǎn)過程中，做到膠帶平整光滑，無皺折；選用厚紙芯將膠帶固定住，避免其打折；另外配備厚紙箱，避免運(yùn)輸途中包裝變形，擠壓膠帶而產(chǎn)生折皺；選擇服務(wù)質(zhì)量高的專業(yè)物流公司進(jìn)行托運(yùn)，避免因野蠻搬運(yùn)導(dǎo)致膠帶送往現(xiàn)場的途中出現(xiàn)包裝破壞、膠帶變形等問題；施工過程中，嚴(yán)格禁止反復(fù)彎折膠帶，導(dǎo)致膠帶皺折的出現(xiàn)。

（2）解決膠層內(nèi)部氣泡問題

在膠帶生產(chǎn)過程中，采取抽真空涂膠的方式，在膠帶涂布過程中，采用強(qiáng)負(fù)壓將膠層內(nèi)部氣泡排除，在原有涂膠工藝上附加滾輪擠壓工序，邊涂膠邊用滾筒將氣泡擠出，將膠帶內(nèi)部氣泡徹底排除。

（3）解決施工過程中人為將氣泡帶入的問題在補(bǔ)口施工前對補(bǔ)口施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后方可上崗。

（4）解決因膠帶太寬而導(dǎo)致的氣泡問題

由于膠帶越窄，在膠帶安裝過程中，越容易用手和滾輪將氣泡排凈，改用100 mm寬的膠帶進(jìn)行補(bǔ)口施工，避免氣泡殘留。

（5）解決焊縫處覆蓋率不夠的問題

由于焊縫處凹凸不平，先采用一段35 mm寬的粘彈體防腐膏對焊縫部位進(jìn)行整體包覆，壓緊壓實(shí)后安裝粘彈體膠帶，這樣焊縫凹槽處被粘彈體膏填平，可以有效的提高膠帶對鋼管焊縫部位的覆蓋率。具體施工步驟見圖1、圖2、圖3。

圖1 焊縫部位安裝粘彈體防腐膏Fig.1 Installing viscoelastic anti-corrosion plaster in welds

圖2 安裝粘彈體防腐膠帶Fig.2 Installing viscoelastic anti-corrosion adhesive tape

圖3 用滾輪趕壓粘彈體防腐層Fig.3 Using roller pressure viscoelastic anti-corrosion coating

按以上步驟進(jìn)行粘彈體膠帶補(bǔ)口施工后，進(jìn)行現(xiàn)場剝離試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：粘彈體膠帶對管體原防腐層、焊縫處以及鋼管的剝離強(qiáng)度均大于5 N/cm，覆蓋率大于95%，滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)要求。

2 唐山LNG工程測試系統(tǒng)設(shè)置

在埋地管道外防腐層破損的情況下，陰極保護(hù)能有效的阻斷管道發(fā)生腐蝕，陰極保護(hù)是否有效則通過陰極保護(hù)測試系統(tǒng)來顯現(xiàn)。

2.1 常用測試裝置設(shè)置方式

《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB/ T21448-2008）中規(guī)定：測試裝置應(yīng)沿管道線路走向進(jìn)行設(shè)置，相鄰測試裝置間隔宜1～3 km。工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中一般按照1 km間隔設(shè)置[4]。

2.2 唐山LNG灘海地段測試裝置設(shè)置優(yōu)化

唐山LNG灘海段原設(shè)計(jì)電位測試樁每隔1 km設(shè)置一處，設(shè)置于露出水面的土埂或魚塘交界處，但對后期陰保電位測試運(yùn)行管理存在不便性。后將每隔1 km設(shè)置一支電位測試樁，優(yōu)化為沿線每隔3 km設(shè)置一支智能電位測試樁，智能測試樁由智能電位采集儀和專用測試樁組成。專用測試樁使用的是鋼樁，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，考慮了安裝智能電位采集儀的方便性，在樁體下部分設(shè)有開口小門，用來把智能電位采集儀從此處安裝在樁體中。智能電位采集儀具有定時(shí)自動采集、保存、傳輸管道保護(hù)電位的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)管道保護(hù)狀況的自動化檢測。

2.3 智能電位測試系統(tǒng)組成及上傳方式

智能測試樁利用智能電位采集儀配套的管理軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配套服務(wù)器軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)能有效的杜絕人為的測量誤差，長期的連續(xù)監(jiān)測過程能夠?qū)崿F(xiàn)陰極保護(hù)的數(shù)據(jù)積累，便于掌握管道的陰極保護(hù)狀況。

該系統(tǒng)的智能電位采集儀采用主動傳輸?shù)男问剑瑐鬏敺绞桨ㄓ芯€傳輸和無線傳輸。以太網(wǎng)電位采集儀器通過以太網(wǎng)采用有線傳輸方式，無線傳輸方式的采集儀包括GPRS方式和短信方式（以下稱GSM方式）傳輸?shù)牟杉瘍x[5]。

（1）以太網(wǎng)電位采集器工作流程

以太網(wǎng)電位采集器一般使用間隔采樣模式，采樣頻率可設(shè)置，一般1次/小時(shí)。由于其是外部供電方式，當(dāng)與服務(wù)程序連通時(shí)，處于實(shí)時(shí)在線狀態(tài)。到達(dá)采樣時(shí)刻時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過以太網(wǎng)傳輸給服務(wù)程序。

（2）GPRS方式的采集儀工作流程

采集儀通過GPRS方式，通過移動基站和INTERNET網(wǎng)絡(luò)，與監(jiān)控服務(wù)程序建立鏈接。當(dāng)?shù)竭_(dá)采樣時(shí)刻時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集把數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器。

（3）GSM方式的采集儀工作流程

GSM方式是一種無鏈路的數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到采集時(shí)刻時(shí)，把采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給指定的手機(jī)號（以下稱短信中心），當(dāng)短信中心收到短信后，服務(wù)程序?qū)Χ绦胚M(jìn)行解析，并完成數(shù)據(jù)的存儲。

3 灘海地段陰保設(shè)計(jì)應(yīng)注意的其他問題

3.1 交流排流設(shè)置

由于灘海段土壤電阻率很低，伴行鐵路及高壓線產(chǎn)生的干擾電流泄放很快，對沿線管道產(chǎn)生干擾很弱，可減少交流排流設(shè)置數(shù)量。唐山LNG工程灘海段未設(shè)置交流干擾防護(hù)裝置，在灘海段前后的2#閥室和3#閥室處各設(shè)置一處交流干擾防護(hù)裝置，交流干擾防護(hù)采用固態(tài)去耦合裝置排流，固態(tài)去耦合器一端接管道，另一端接閥室的集中接地。陰保系統(tǒng)投運(yùn)后，陰保系統(tǒng)未受雜散電流干擾，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。因此，伴行鐵路及高壓線的灘海段管道相對于一般地段管道可適當(dāng)減少交流干擾防護(hù)裝置的設(shè)置。

3.2 輔助地床安裝形式

唐山LNG工程1#閥室為線路陰極保護(hù)站，陽極地床按常規(guī)設(shè)計(jì)為距長輸管道不小于100 m位置，陽極采用臥式連續(xù)埋設(shè)方式，地床長度約90 m。施工前期，由于1#閥室為填海造地地區(qū)，多個(gè)長輸管道、鐵路規(guī)劃于此，為寸土寸金的工業(yè)用地，陽極地床原設(shè)置位置影響了其他管道及鐵路規(guī)劃。因此，根據(jù)現(xiàn)場情況，將陽極臥式埋設(shè)改為立式埋設(shè)，長度90 m縮短為15 m，減少占地面積；并將陽極地床設(shè)置于1#閥室征地范圍內(nèi)。因此，在以后灘海地段管道陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮灘海地段的規(guī)劃用地限制，位于填海造地位置的陽極地床的埋設(shè)方式及設(shè)置位置需結(jié)合現(xiàn)場用地情況合理規(guī)劃。

［1］ 趙吉詩，侯宇，趙國星, 等．熱收縮帶補(bǔ)口失效分析及建議[J].腐蝕與防護(hù)，2010，31(10)：812-814.

［2］ 許玉東，溫和民，朱麗娜, 等．長輸管道防腐補(bǔ)口新技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 新疆石油科技，2013，23(3)：59-60．

［3］ 袁春，李建忠，王穎, 等．粘彈體防腐材料研制及其應(yīng)用[J]. 油氣儲運(yùn)，2012，31(11)：837-840．

［4］ GB/T21448-2008埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]．

［5］ 薛光．管道工程智能測試樁和陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 油氣地面工程，2011，30（6）：63-65.

Design of Joint Coating and Cathodic Protection Test System for the Offshore Area Pipeline

QIN Hai-yan
（China Petroleum Engineering Huabei Company, Hebei Renqiu 062552，China）

Because of high salt content, low resistivity and high corrosive of soil in the offshore area,steel pipeline joint coating and cathodic protection test system are particularly important. Taking Tangshan liquefied natural gas pipeline project as an example, the joint coating method and intelligent potential system design scheme for the offshore area pipeline were discussed, the problems existing in the construction of the joint coating were put forward, the reasons were analyzed, and the solutions were put forward. According to the engineering practice, points for attention in cathodic protection design of the offshore pipeline were put forward.

Offshore area; Joint coating; Intelligent potential system

TE 832

A

1671-0460（2015）01-0192-04

2014-07-30

秦海燕（1985-），女，河北任丘人，工程師，2007年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)電子信息工程專業(yè)，研究方向：防腐及陰極保護(hù)。E-mail：261231050@qq.com。