成都市土壤腐蝕性評(píng)價(jià)與公用埋地管道防腐措施分析

魏 巍 苗丕渝 吳文勇 楊開宇

成都市土壤腐蝕性評(píng)價(jià)與公用埋地管道防腐措施分析

魏 巍 苗丕渝 吳文勇 楊開宇

（成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院 成都 610036）

本文以成都市為例，基于土壤腐蝕性指標(biāo)（電阻率、pH值、含水量、含鹽量和Cl-含量）的調(diào)查，采用評(píng)分法對(duì)土壤腐蝕性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：成都市土壤采樣點(diǎn)的電阻率、pH值、含水量、含鹽量、Cl-含量分別介于52～270Ω·m、4.50～7.73、9.70%～22.49%、0.05%～0.61%、0.0036%～0.0089%之間。根據(jù)單因素方差分析，各指標(biāo)在城市不同方位和不同圈層無顯著性差異；此外，成都市土壤采樣點(diǎn)腐蝕性評(píng)分為9.5，屬于中等腐蝕水平；其腐蝕性評(píng)分在不同圈層上無顯著性差異，但是在方位上，具有顯著性差異，尤其是在成都西面，土壤腐蝕性相對(duì)更高。綜上所述，在成都市公用埋地管道建設(shè)和運(yùn)行過程中，需從質(zhì)量控制、防腐技術(shù)、防腐檢驗(yàn)與檢測(cè)等方面做好相應(yīng)的防腐措施。

土壤腐蝕性評(píng)價(jià) 公用埋地管道 防腐措施 成都市

當(dāng)前，我國(guó)正在大力推進(jìn)城市化進(jìn)程，使大量農(nóng)業(yè)人口向工業(yè)和服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)移并向城市集中，城市空間在數(shù)量上增多，人口規(guī)模急劇擴(kuò)大[1]，與此同時(shí)，也“編織”了密集的城市地下管線，諸如供水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信、廣播電視、工業(yè)等，這些管線已成為保障城市正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”。近年來，我國(guó)各城市由地下管網(wǎng)問題引發(fā)的城市內(nèi)澇、道路塌陷、管道爆裂等事故呈高發(fā)態(tài)勢(shì)；在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，因管道腐蝕而造成的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的3%，其中美國(guó)約為20億美元，英國(guó)約17億美元，德國(guó)和日本各為33億美元[2]。對(duì)城市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿栏g原因的分析表明，主要有雜散電流腐蝕、細(xì)菌腐蝕以及土壤腐蝕[3]，如來自土壤含水量干擾，土壤中的活性陰離子特別是Cl-和SO42?對(duì)腐蝕也具有促進(jìn)作用[4]。

盡管如此，當(dāng)前城市土壤特性對(duì)城市的管道腐蝕尚未得到足夠的關(guān)注，對(duì)城市土壤腐蝕性的調(diào)查、評(píng)價(jià)與研究鮮有報(bào)道，特別是由特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)承擔(dān)的鋼制埋地敷設(shè)壓力管道的檢驗(yàn)工作，由于各種原因未能常規(guī)開展，無法準(zhǔn)確掌握埋地管道的腐蝕情況，其安全隱患令人堪憂。以成都周邊的加氣站、燃?xì)庹{(diào)配站為例，多數(shù)埋地敷設(shè)壓力管道服役時(shí)間超過10年，部分管道甚至長(zhǎng)達(dá)近20年，在大氣、土壤環(huán)境綜合影響下，防腐層破損及管道金屬腐蝕情況令人堪憂。

綜上所述，城市土壤腐蝕性的強(qiáng)弱，會(huì)對(duì)城市地下管道的安全性造成影響，尤其是公用燃?xì)夤艿?，為避免這些管道成為所在地區(qū)看不見的“炸彈”，有必要對(duì)其開展深入研究工作，以消除或降低安全隱患。為此，本文以成都市為例，基于城市土壤腐蝕性指標(biāo)（電阻率、pH值、含水量、含鹽量和Cl-含量）的調(diào)查，對(duì)城市土壤腐蝕性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并提出了相應(yīng)的公用埋地管道防腐措施，以期為城市公用埋地管道的防腐和特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)與檢測(cè)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查與采樣方法

●1.1.1 采樣布點(diǎn)

采樣布點(diǎn)參考《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004），于2015年12月在成都市不同圈層區(qū)縣（主城區(qū)（一圈層）、近郊區(qū)縣（二圈層）和遠(yuǎn)郊區(qū)縣（三圈層））的工業(yè)用地、管道穿越帶、道路綠化帶、荒草地等地，隨機(jī)采樣，其中每個(gè)區(qū)縣至少各采集1個(gè)樣品，采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

●1.1.2 樣品的采集、保存與制備

樣品的采集、保存與制備按照《土壤檢測(cè) 第1部分：土壤樣品的采集、處理和貯存》（NY/T 1121.1—2006）中的方法進(jìn)行。

圖1 成都市土壤采樣點(diǎn)分布圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

土壤各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)方法和參考的標(biāo)準(zhǔn)見表1。

電阻率根據(jù)公式ρ=1/K進(jìn)行計(jì)算，其中ρ為電阻率，K為電導(dǎo)率。

電導(dǎo)率是采用風(fēng)干土壤樣品，用水按1∶5（m/v）的比例進(jìn)行溶解，經(jīng)過恒溫20±1℃水浴震蕩萃取，然后將提取液進(jìn)行離心分離，在溫度校正到25±1℃條件下，用電導(dǎo)率儀測(cè)定提取液的電導(dǎo)率。

表1 土壤特性監(jiān)測(cè)方法

1.3 評(píng)價(jià)方法

土壤腐蝕性評(píng)價(jià)參考《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》（GB/T 19285—2014）標(biāo)準(zhǔn)[5]，采用土壤的電阻率、pH值、含水量、含鹽量、Cl-含量等五項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)表2中土壤腐蝕性評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)得到每項(xiàng)指標(biāo)的Ni值，進(jìn)行加和求得土壤腐蝕性評(píng)價(jià)的N值后，對(duì)應(yīng)表3得到土壤相應(yīng)的腐蝕性等級(jí)。

表2 土壤腐蝕性單項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)

檢測(cè)指標(biāo) 數(shù)值范圍 評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)Ni土壤pH值≥4.5～5.5 4＞5.5～7.0 2≥7.0～8.5 1＞8.5 0＞12～25 5.5≥2 5～3 0或≥1 0～1 2 3.5＞3 0～4 0或＞7～1 0 1.5≥4 0或≤7 0土壤含水量/%＞0.75 3≥0.15～0.75 2＞0.05～0.15 1≤0.05 0土壤含鹽量/%＞0.05 1.5≥0.01～0.05 1＞0.005～0.01 0.5≤0.005 0土壤Cl-含量/%

表3 土壤腐蝕性評(píng)價(jià)等級(jí)

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤腐蝕性檢測(cè)結(jié)果

表4為成都市土壤腐蝕性相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

成都市土壤采樣點(diǎn)的電阻率介于52～270Ω·m，成都西電阻率最高，并表現(xiàn)出三圈層（129.50Ω·m）＞二圈層（95.83Ω·m）＞一圈層（83.33Ω·m）的趨勢(shì)。

采樣點(diǎn)pH值介于4.50～7.73之間，其中高新區(qū)、雙流區(qū)、金堂縣和邛崍市采樣點(diǎn)土壤pH值均偏堿性，其余偏酸性，成都市土壤pH值在各方位和各圈層無明顯區(qū)別。

采樣點(diǎn)含水量介于9.70%～22.49%之間，由于金堂縣樣品采自正在實(shí)施管道開挖的施工場(chǎng)地，因此，其土壤含水率明顯偏低。含水量成都南最高（19.90%），成都東最低（14.99%），成都西和成都北差異不大，各圈層也無明顯區(qū)別。

采樣點(diǎn)含鹽量介于0.05%～0.61%之間，其中成都東（0.33%）和成都西（0.34%）大于成都南（0.18%）和成都北（0.17%），并表現(xiàn)出二圈層（0.33%）＞三圈層（0.28%）＞一圈層（0.19%）的趨勢(shì)。

采樣點(diǎn)Cl-含量介于0.0036%～0.0089%之間，其中成都東（0.0058%）和成都北（0.0061%）大于城都西（0.0043%）和成都南（0.0040%），各圈層也無明顯區(qū)別。

根據(jù)單因素方差分析，上述反映土壤腐蝕性的指標(biāo)在不同方位和不同圈層均無顯著性差異，表明成都市土壤腐蝕性較為均質(zhì)，部分方位和圈層的微小差異，主要是由于成都市的工業(yè)發(fā)展與布局、土壤異質(zhì)性等誤差造成的。

表4 成都市土壤腐蝕性指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 土壤腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

表5為成都市土壤腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果。由表5可知，成都市土壤采樣點(diǎn)腐蝕性評(píng)分介于4.5～10.5之間，平均為9.5，腐蝕性為中等水平。在成都市20個(gè)不同區(qū)縣中，高新區(qū)、金堂縣和都江堰市采樣點(diǎn)的土壤腐蝕性為較弱，其余均為中等水平。

表5 成都市土壤腐蝕性指標(biāo)檢測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果

在腐蝕性評(píng)價(jià)指標(biāo)中，含水率對(duì)腐蝕性的影響最大，由于成都市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨充沛，氣候溫濕，導(dǎo)致土壤含水率不利于埋地鋼制管道的防腐。其次為pH值和含鹽量，Cl-含量對(duì)土壤腐蝕性貢獻(xiàn)較小。同時(shí)，所有采樣點(diǎn)土壤的電阻率均大于50Ω·m，評(píng)分為0，這表明導(dǎo)電率不強(qiáng)，對(duì)埋地鋼制管道的腐蝕性基本上沒有影響。

根據(jù)單因素方差分析，成都市土壤采樣點(diǎn)腐蝕性評(píng)分在不同圈層（Sig.=0.652＞0.05）無顯著性差異；由于在不同方位上腐蝕性評(píng)分不呈正態(tài)分布，因此，根據(jù)非參數(shù)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)，其漸近顯著性Sig.=0.065＜0.1，因此，在0.1的水平上，成都市土壤采樣點(diǎn)腐蝕性評(píng)分在方位上具有顯著性差異，其中成都西均值明顯高于其他方位；此外，根據(jù)中值檢驗(yàn)，其漸近顯著性Sig.=0.034＜0.05，因此，在0.05的水平上，成都市土壤采樣點(diǎn)腐蝕性評(píng)分在方位上具有顯著性差異，同樣是成都西與其他方位差異明顯。

3 埋地公用管道防腐措施分析

考慮到成都市土壤腐蝕性為中等水平，因此在管網(wǎng)建設(shè)過程中，尤其是針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)性較高的公用燃?xì)饴竦毓艿溃枰獜馁|(zhì)量控制、防腐技術(shù)、防腐檢驗(yàn)與檢測(cè)等方面做好相應(yīng)的防腐措施。

3.1 質(zhì)量控制

為有效防止管道腐蝕，需要對(duì)施工過程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。首先，根據(jù)不同管道需求，要嚴(yán)格設(shè)計(jì)防腐規(guī)范；其次，在材料采購(gòu)過程中，需要根據(jù)規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)格的招投標(biāo)，對(duì)符合資質(zhì)的企業(yè)報(bào)送材料嚴(yán)格審核，并隨機(jī)取樣送實(shí)驗(yàn)室審檢。過程質(zhì)量控制主要從管體表面防腐工序、防腐管道中間過程、管道防腐補(bǔ)口和補(bǔ)傷工序、質(zhì)量檢查控制、防腐管在下溝和回填工序等方面開展[6]。

3.2 防腐技術(shù)

目前埋地管道防腐主要采用防腐涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合的方法。防腐涂層主要包括環(huán)氧粉末涂層、復(fù)合涂層兩種，具體防腐材料包括石油瀝青、煤焦油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青、聚氨酯石油瀝青、煤焦油磁漆(CTE)、環(huán)氧粉末(FBE)、底膠加聚烯烴(POA)、環(huán)氧底漆加底膠加聚烯烴(POE)、環(huán)氧粉末加改性聚烯烴(POF)、雙層PE和三層聚乙烯(3PE)等，由于石油瀝青涂層以及煤焦油瓷漆涂層容易對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，因而目前已很少使用，其余防腐材料和技術(shù)，可根據(jù)公用埋地管道施工的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。對(duì)舊有受損管道進(jìn)行修復(fù)時(shí)，可采用液體涂料和纏繞保護(hù)帶的方法[3，7，8，10]。

3.3 檢驗(yàn)、檢測(cè)方法與措施

埋地管道防腐涂層檢測(cè)的方法很多，可分為內(nèi)部檢測(cè)和外部檢測(cè)[9]。目前已應(yīng)用的技術(shù)有：標(biāo)準(zhǔn)管地電位(P/S)測(cè)試、Pearson測(cè)試、CIPS密間隔電位測(cè)試、CPS陰極保護(hù)電流測(cè)試、DCVG直流電位梯度測(cè)試、RD-PCM多頻電流測(cè)繪系統(tǒng)、利用CP的管線電流法測(cè)試、變頻-選頻法等；另外，管道內(nèi)部檢測(cè)主要采用智能清管器（漏磁）間接地檢測(cè)涂層破損[9，10]。

此外，由于我國(guó)公用埋地管道的檢驗(yàn)與檢測(cè)工作起步較晚，建議相關(guān)職能部門加強(qiáng)對(duì)其監(jiān)督管理，落實(shí)并完善相關(guān)法律、法規(guī)的制定及實(shí)施工作；同時(shí)，應(yīng)委托相關(guān)檢驗(yàn)與檢測(cè)單位，按照《壓力管道定期檢測(cè)規(guī)則—公用管道》（TSG D7004—2010）的要求，對(duì)公用埋地管道定期開展檢驗(yàn)、檢測(cè)工作，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，采取有效措施，減少重大事故的發(fā)生。

綜上所述，通過施工過程的質(zhì)量控制和防腐處理，以及運(yùn)行過程中的常規(guī)檢驗(yàn)與檢測(cè)，可有效預(yù)防和減少土壤對(duì)城市鋼制公用埋地管道的腐蝕影響。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)對(duì)成都市土壤腐蝕性指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論與建議：

1）成都市土壤采樣點(diǎn)的電阻率、pH值、含水量、含鹽量、Cl-含量分別介于52～270 Ω·m、4.50～7.73、9.70%～22.49%、0.05%～0.61%、0.0036%～0.0089%之間，根據(jù)單因素方差分析，這些反映土壤腐蝕性的指標(biāo)在不同方位和不同圈層均無顯著性差異；

2）成都市土壤采樣點(diǎn)腐蝕性評(píng)分介于4.5～10.5之間，為中等水平；其腐蝕性評(píng)分在不同圈層上無顯著性差異，但是在方位上，具有顯著性差異；

3）在公用埋地管道建設(shè)和運(yùn)行過程中，可從質(zhì)量控制、防腐技術(shù)、防腐檢驗(yàn)與檢測(cè)等方面做好相應(yīng)的防腐措施。

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Soil Corrosivity Assessment and Anti-corrosion Measures of Public Buried Pipelines in Chengdu City

Wei Wei M iao Piyu Wu Wenyong Yang Kaiyu
(Chengdu Special Equipment Inspection Institute Chengdu 610036)

Taking Chengdu city as an example, the soil corrosivity was assessed by the grading method based on the monitoring of resistivity, pH, water content, salt content and chloride iron content. The results indicated that the resistivity, pH, water content, salt content and chloride iron content ranged 52～270 Ω·m, 4.50～7.73, 9.70%～22.49%, 0.05%～0.61% and 0.0036%～0.0089% respectively. According to the ANOVA, there were no signif cant differences of those soil corrosivity indicators both in different directions and in different ring counties around the center city of Chengdu. The core of soil corrosivity was 9.5 which pointed out that the level of soil corrosivity was median. The soil corrosivity was no significant difference in different ring counties but had a significant difference in different directions. The soil corrosivity was relatively higher in the western counties than other direction counties. Therefore, many quality control measures, anti-corrosion techniques, corrosion inspection and testing were suggested to preserve buried steel pipelines in Chengdu city.

Soil corrosivity assessment Public buried pipelines Anti-corrosion measures Chengdu city

X 933.4

B

1673-257X(2017)06-0055-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.014

魏巍（1982～)，男，碩士，副主任，工程師，從事承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)、檢測(cè)工作。

魏巍，E-mail: 18708185844@163.com。

成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：CTK20140003）

2017-02-06）