燃?xì)夤艿赖姆栏F(xiàn)狀及對(duì)策

上海燃?xì)馐斜变N(xiāo)售有限公司 汪 奔

?

燃?xì)夤艿赖姆栏F(xiàn)狀及對(duì)策

上海燃?xì)馐斜变N(xiāo)售有限公司 汪 奔

根據(jù)現(xiàn)階段燃?xì)夤艿婪栏嬖诘闹T多問(wèn)題，分析了這些問(wèn)題的原因，并針對(duì)這些問(wèn)題，提出了相應(yīng)技術(shù)和管理改善方法。

燃?xì)夤艿?管道防腐 犧牲陽(yáng)極

0 前言

目前上海的地下燃?xì)夤艿乐饕凿摴転橹鳎艿辣旧聿馁|(zhì)、敷設(shè)環(huán)境含氧濃度、地表溫度和土壤電阻率等不同因素，都可能導(dǎo)致鋼管與周邊土壤發(fā)生原電池反應(yīng)，產(chǎn)生電位差，從而引起管道的腐蝕。除了這些傳統(tǒng)的腐蝕因素外，隨著城市高度發(fā)展，軌道交通、磁懸浮等新型交通的興起，所產(chǎn)生的雜散電流加劇了周邊鋼管的腐蝕，而軌道交通沿線多是人口稠密地帶，一旦發(fā)生泄漏，輕則停氣，造成附近居民生活不便，重則可能發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。因此，對(duì)地下燃?xì)夤艿赖挠行Х栏@得尤為重要。

1 燃?xì)夤艿婪栏F(xiàn)狀及問(wèn)題

目前，天然氣鋼管的防腐主要依靠鋼管的外防腐層和加裝的陰極保護(hù)設(shè)施?，F(xiàn)在常用的外防腐層主要是3層聚乙烯防腐層(3PE)，對(duì)于運(yùn)行年限較長(zhǎng)的舊管道，其外防腐較多使用環(huán)氧煤瀝青(3油2布或4油3布)。中心城區(qū)燃?xì)夤艿赖年帢O保護(hù)設(shè)施通常以加裝犧牲陽(yáng)極保護(hù)為主，外加電流保護(hù)為輔。

1.1 外防腐層

管道安裝施工過(guò)程中或第三方施工過(guò)程中，由于各種工程機(jī)械的刮擦傷或覆土過(guò)程中未按照要求做，造成石塊等硬物的碰撞，引起外防腐層損傷，見(jiàn)圖1。管道焊縫處、異型接口處修補(bǔ)工藝不到位，PE保護(hù)套和管道外壁的附著力不夠，造成外防腐層起殼、脫落等。使用環(huán)氧煤瀝青防腐層的舊管道，其防腐效果也隨著服役年限的增加而降低，逐漸變薄、起殼、脫落。上述這些防腐層的破損或脫落，都將導(dǎo)致鋼管的快速“腐蝕”。

圖1 破損的防腐層

1.2 陰極保護(hù)

從近幾年的管道檢測(cè)報(bào)告中可以發(fā)現(xiàn)，加裝的犧牲陽(yáng)極主要存在以下方面的問(wèn)題：

(1)犧牲陽(yáng)極安裝時(shí)其接線未與管道焊緊，運(yùn)行時(shí)間一長(zhǎng)自然脫落，焊點(diǎn)處就人為造成了一個(gè)漏點(diǎn)。

(2)犧牲陽(yáng)極的安裝不到位，大多數(shù)僅能檢測(cè)管道的閉路電位，不能記錄管道的開(kāi)路電路，這樣只能確保管道當(dāng)時(shí)的保護(hù)效果，卻無(wú)法對(duì)管道受損的速度以及未來(lái)的發(fā)展做出及時(shí)的預(yù)判，來(lái)達(dá)到防范于未然的效果。

(3)犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁的日常維護(hù)不當(dāng)，造成接線錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致陽(yáng)極不能起到保護(hù)作用。

(4)犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁的數(shù)量不足，達(dá)不到每5組陽(yáng)極1組可測(cè)的要求，無(wú)法判斷管道全線的陰極保護(hù)效果。

除了犧牲陽(yáng)極，外加電流伐的陰極保護(hù)情況也不容樂(lè)觀，各大門(mén)站的恒電位儀設(shè)施也都到了使用年限，出現(xiàn)陽(yáng)極地床失效或者PS-1恒電位儀自動(dòng)控制損壞等問(wèn)題。

2 相應(yīng)對(duì)策與措施

2.1 定期做好管道檢測(cè)

壓力管道檢測(cè)工作的主要工作內(nèi)容有：資料審查、宏觀檢查(穿、跨越檢查和敷設(shè)環(huán)境調(diào)查等)、防腐層狀況不開(kāi)挖檢測(cè)、陰極保護(hù)有效性檢測(cè)等。

(1)資料審查：主要是對(duì)于路段的固有屬性進(jìn)行資料的復(fù)核，如路段名稱(chēng)、管道級(jí)別、長(zhǎng)度、壓力和溫度等。

(2)宏觀檢查：包含泄漏檢查、位置與走向檢查、地面標(biāo)志檢查、管道沿線地表環(huán)境檢查、穿、跨越管段檢查等。

(3)防腐層狀況不開(kāi)挖檢測(cè)(PCM)：PCM檢測(cè)的基本原理是由發(fā)射機(jī)向管道發(fā)射某一頻率的信號(hào)電流，電流流經(jīng)管道時(shí)，在管道周?chē)a(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)；當(dāng)管道外防腐層完好時(shí)，隨著管道的延伸，電流較平衡，無(wú)電流流失現(xiàn)象或流失較少，其在管道周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)比較穩(wěn)定；當(dāng)管道外防腐涂層破損或老化時(shí)，在破損處就會(huì)有電流流失現(xiàn)象，隨著管道的延伸，其在管道周?chē)艌?chǎng)的強(qiáng)度就會(huì)減弱。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，在犧牲陽(yáng)極(或閥門(mén))處通過(guò)發(fā)射機(jī)對(duì)管道加載信號(hào)，檢測(cè)人員手持接收機(jī)和防腐破損定位A字架沿管線行走(如圖2所示)，每隔50 m，測(cè)出該管段處的電流，以此繪制出整個(gè)檢測(cè)管道的電流衰減曲線。

圖2 PCM檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

如管道外防腐層完好，則發(fā)射的電流衰減比較平穩(wěn)；如果外防腐層有破損或老化等情況，則會(huì)出現(xiàn)快速衰減的情況。如圖3中A點(diǎn)到B點(diǎn)，可以判斷該段管道外防腐基本完好，從B點(diǎn)到C點(diǎn)，則可以判斷外防腐層已破損或老化。

圖3 某管道檢測(cè)的電流衰減曲線

(4)陰極保護(hù)有效性檢測(cè)(CIPS)：CIPS是近間距測(cè)量管道的對(duì)地電位的檢測(cè)方法，其設(shè)備包括毫伏表、Cu/CuSO4半電池探杖和尾線輪(如圖4所示)。用CIPS近間距電位檢測(cè)技術(shù)可繪出整個(gè)管線的保護(hù)電位圖，從而判斷陰極保護(hù)效果的有效性。

圖4 CIPS檢測(cè)示意

圖5為測(cè)得的某路段地下燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)電位圖，可以看到該段管道的保護(hù)電位在-600~-800mV之間，達(dá)不到規(guī)定的管道保護(hù)電位-850 mV，因此判斷該段管道陰極保護(hù)效果不理想，需要采取相應(yīng)措施。

通過(guò)對(duì)管道進(jìn)行定期檢測(cè)以及安全性能評(píng)定，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線存在的安全隱患，如標(biāo)識(shí)、設(shè)備泄漏、占?jí)骸⒐艿婪栏瘜悠茡p等，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或改造。

圖5 實(shí)測(cè)的管道保護(hù)電位

2.2 加強(qiáng)施工質(zhì)量管理

歸根結(jié)蒂，外防腐層的質(zhì)量與完好與否是管道正常使用的保證。首先，對(duì)于還在服役的環(huán)氧煤瀝青舊管道盡快進(jìn)行三層聚乙烯的涂層改造。對(duì)于3PE仍不能滿足保護(hù)要求的，比如在軌交沿線管線等雜散電流干擾比較大的區(qū)域，應(yīng)考慮采用3PE加強(qiáng)級(jí)涂層或其他新型涂層。然后，規(guī)范新排管道施工操作，防止外防腐層在管道安裝時(shí)發(fā)生損傷。安裝完成后全線進(jìn)行電火花檢測(cè)確認(rèn)外防腐層完好，方可進(jìn)行覆土。覆土?xí)r管道懸空段應(yīng)用細(xì)土或砂填塞，管道兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行回填，并進(jìn)行夯實(shí)，管頂以上300 mm內(nèi)應(yīng)采用人工回填，其余部分采用機(jī)械回填，防止硬物碰傷。

對(duì)于新排管道，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)并安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)。每公里管道犧牲陽(yáng)極設(shè)置的數(shù)量可按公式1計(jì)算：

=2(K+) (1)

式中：——陽(yáng)極組數(shù)，組/km；

——管道直徑，m；

K——系數(shù)(管道直徑1 000 mm以下取1，管道直徑1 000 mm以上(含)取1.5)。

在市區(qū)、工業(yè)區(qū)和軌交沿線，犧牲陽(yáng)極可適當(dāng)加密設(shè)置。

犧牲陽(yáng)極埋設(shè)分立式、水平式兩種。要求埋設(shè)的陽(yáng)極距離管道外壁一般情況下不宜小于1.5 m，埋設(shè)深度以陽(yáng)極頂部距地面不得小于1 m。組隊(duì)布置時(shí)，陽(yáng)極間距以1~3 m為宜。由于犧牲陽(yáng)極埋入地下后，運(yùn)行狀況只能通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)了解，所以陰極保護(hù)測(cè)試裝置應(yīng)與陰極保護(hù)系統(tǒng)同步安裝。對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定且干擾源多的區(qū)域，管道施工時(shí)可同步安裝長(zhǎng)效參比電極來(lái)穩(wěn)定數(shù)據(jù)。長(zhǎng)效參比電極一般緊鄰管道埋設(shè)，可在很大程度上減小土壤電阻產(chǎn)生的壓降影響，提高數(shù)據(jù)測(cè)量的正確性。

2.3 高中壓門(mén)站使用強(qiáng)制外加電流保護(hù)措施

可以考慮在各高中壓門(mén)站內(nèi)的地下燃?xì)怃摴芡ǔＪ褂脧?qiáng)制外加電流的陰極保護(hù)系統(tǒng)，一般由整流器、陽(yáng)極地床、參比電極和恒電位儀組成。整流器需要配備一套獨(dú)立的電源配電箱以提供三相50Hz、380 V/12 kVA交流電，深井式陽(yáng)極地床內(nèi)埋設(shè)12支預(yù)組裝式金屬氧化物陽(yáng)極及導(dǎo)氣管(如圖6)，所有陽(yáng)極電纜在陽(yáng)極井內(nèi)的接線箱里并聯(lián)后由陽(yáng)極匯流電纜引到恒電位儀。該深井在地面需砌筑井座和井蓋用以保護(hù)導(dǎo)氣管，同時(shí)在燃?xì)夤艿栏浇裨O(shè)一支長(zhǎng)效硫酸銅參比電極(埋設(shè)深度為地面1.0m以下)。在實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)觀察長(zhǎng)效參比電極的電位及時(shí)調(diào)整恒電位儀的輸出電壓和電流，以使整個(gè)保護(hù)電位為-850 mV。

圖6 金屬氧化物陽(yáng)極及導(dǎo)氣管

2.4 重點(diǎn)干擾區(qū)域采用新型技術(shù)監(jiān)測(cè)

2.4.1 新型極化探頭

采用普通參比電極或手持銅/硫酸銅參比電極測(cè)定地埋管道的極化電位時(shí)會(huì)因不可避免的IR降而引起誤差，為此需采用斷電測(cè)量法才能消除，但在工程上斷電測(cè)量常會(huì)因很多不便而難以實(shí)施，并且斷電測(cè)量的重要前提是無(wú)雜散電流干擾，當(dāng)有雜散電流干擾或由防腐層缺陷差異導(dǎo)致產(chǎn)生局部宏電池時(shí)，即使采用斷電法也難以測(cè)出真實(shí)的管道極化電位。而且現(xiàn)有的測(cè)試方法不管是地表參比法、近參比法或是斷電法，都是基于管道防腐層有“露鐵”才能測(cè)出管道極化電位，但隨著近些年3PE或新型外防腐層的出現(xiàn)，管道“露鐵”的機(jī)會(huì)越來(lái)越少。

新型極化探頭與普通探頭相比，多了附著在塑料筒底部的帶有同心孔的圓盤(pán)(材質(zhì)與管道相同)。當(dāng)該極化探頭被置于與地埋管道相同的土壤介質(zhì)后，探頭底部的圓盤(pán)就可以通過(guò)導(dǎo)線經(jīng)測(cè)試樁與埋地管道相連接并引入極化，從而使圓盤(pán)與地埋管道具有相同的極化電位。如圖7極化電位測(cè)量回路示意圖中的圓盤(pán)相當(dāng)于試片，模擬了管道“露鐵”現(xiàn)象，從而解決了管道無(wú)“露鐵”沒(méi)法測(cè)量的問(wèn)題。

圖7 極化電位測(cè)量回路示意

2.4.2 無(wú)線遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)系統(tǒng)

本著“智能管網(wǎng)、智慧燃?xì)?、智慧城市”的理念，還可以對(duì)重點(diǎn)干擾區(qū)域采用無(wú)線遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括終端設(shè)備和系統(tǒng)軟件兩方面。其終端設(shè)備(圖7所示)具有自動(dòng)同步進(jìn)行多路電流檢測(cè)和電位檢測(cè)的功能。采集的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸方式上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)Internet接受數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理分析、處理，異常情況及時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)軟件界面方面，包含地圖管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、報(bào)警管理、鎂包管理、報(bào)表管理和日志管理等內(nèi)容，如圖8為實(shí)時(shí)的電流檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)管道電位狀態(tài)、陽(yáng)極系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、雜散電流干擾狀態(tài)、評(píng)估陽(yáng)極體使用年限等方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)雜散電流腐蝕區(qū)域，以及檢驗(yàn)雜散電流防護(hù)措施效果。

圖8 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)截屏

2.5 雜散電流做好排流工作

雜散電流目前主要分三大類(lèi)，包括直流雜散電流、交變雜散電流和地球本身磁場(chǎng)影響等。影響地下燃?xì)夤艿赖碾s散電流主要來(lái)自電氣化鐵路、地鐵或輕軌、大型施工機(jī)械—焊機(jī)以及架空交流電線等。

雜散電流對(duì)管道腐蝕的過(guò)程大致是：雜散電流在管線絕緣層損壞的點(diǎn)(漏點(diǎn))流入管線，然后沿管線流動(dòng)，從另一處絕緣層損壞點(diǎn)離開(kāi)管線。雜散電流流入埋地金屬的地方，帶負(fù)電荷、陰極區(qū)，一般不受影響(電位過(guò)負(fù)時(shí)，管道表面會(huì)析氫，造成防腐絕緣層損壞剝落)。管線的陽(yáng)極部分(電流離開(kāi)管線處)，即發(fā)生雜散電流腐蝕。雜散電流從管道防腐絕緣層破損處流出(即陽(yáng)極區(qū))，以鐵離子形式溶入周?chē)碾娊赓|(zhì)中，使陽(yáng)極區(qū)的金屬管道腐蝕。

根據(jù)這一腐蝕過(guò)程，可以采用直接排流法、加二極管的單向?qū)ㄅ帕骱图又绷麟娫吹膹?qiáng)制排流等措施。如對(duì)于地鐵等軌道交通而引起雜散電流干擾較大的區(qū)域，可采用直接排流法(圖9)，即軌道交通與燃?xì)夤艿乐g安裝屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)可選用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且導(dǎo)電性能好的材質(zhì)，如銅。然后將該屏蔽網(wǎng)和鋼軌均在牽引變電所(G)附近相連，如此可有效地減少雜散電流滲入燃?xì)夤艿馈?/p>

圖9 直接排流示意

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從管道埋設(shè)到管道運(yùn)營(yíng)使用，每一個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題都可能造成管道后續(xù)的腐蝕。對(duì)地下燃?xì)夤艿赖姆栏胧?，除了保證外防腐層的檢測(cè)和施工質(zhì)量、跟蹤陽(yáng)極的使用與維護(hù)情況之外，還需建立管地電位檢測(cè)制度，切實(shí)加強(qiáng)管道運(yùn)行管理水平。

Discussion on the Actuality and Countermeasures of Gas Pipeline Coating

Shanghai Northgas Co.,Ltd. Wang Ben

the actuality of gas pipeline coating is described and analyzed, and this paper gives some suggestions for improvement in technology and management.

gas pipeline, anticorrosion, sacrificial anode