淶源縣城鎮(zhèn)燃氣中壓管網(wǎng)陰極保護調(diào)查研究及整改評價

劉子洋 孫長富 郭彥明 王翔東 于海昆 劉兆鵬 劉曉龍

（青島鋼研納克檢測防護技術(shù)有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)是指自門站至用戶的全部設(shè)施構(gòu)成的系統(tǒng)，包括門站或氣源廠壓縮機站、儲氣設(shè)施、調(diào)壓裝置、輸配管道、計量裝置、管理設(shè)施、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。相比其他的系統(tǒng)，輸配管道由于多地采用地下埋設(shè)的方式鋪設(shè)，巡檢人員無法直觀的發(fā)現(xiàn)埋地管道正在發(fā)生的破壞，因此埋地管道的安全問題越來越引起運營管理單位的關(guān)注[1]。

淶源縣中壓管網(wǎng)陰極保護工程建設(shè)至今已有8年，目前陰極保護電位大部分不滿足國家相關(guān)標準的要求，本次陰極保護范圍為絕緣裝置外所有埋地鋼質(zhì)燃氣中壓管線，部分管道現(xiàn)已投入使用8年，管道采用3PE外防腐層與陰極保護聯(lián)合保護方式，陰極保護采用犧牲陽極保護法，管線共設(shè)置陰極保護測試樁30處，經(jīng)現(xiàn)場檢測部分管段陰極保護電位存在未達標現(xiàn)象。淶源縣中壓管網(wǎng)沿線人口較密集，安全要求較高，一旦燃氣管道出現(xiàn)腐蝕穿孔破裂，不僅會引起爆炸、火災、人身傷亡等災難性事故，還可能由于大面積停氣。因此，對管網(wǎng)的運營和施工作業(yè)提出了更高的要求。

對于埋地管網(wǎng)進行陰極保護設(shè)計及作業(yè)時要求管線防腐層質(zhì)量必須達到有關(guān)行業(yè)技術(shù)標準（如涂層面電阻率必須大于10000 ?.m2等），陰極保護系統(tǒng)的電絕緣設(shè)施安全可靠。同時也必須對所敷設(shè)管道周圍土壤腐蝕性、雜散電流情況、管道防腐層狀況進行詳細的勘測研究，最后再做出科學合理的設(shè)計，并嚴格按照有關(guān)設(shè)計文件和行業(yè)標準施工，以使陰極保護充分發(fā)揮作用。

而對于要進行陰極保護整改的大多數(shù)在役管網(wǎng)情況要復雜的多，首先埋地管道經(jīng)多年服役后涂層狀況發(fā)生了很大變化，如針孔和露鐵點增多擴大，涂層開裂、起翹、溶脹、粉化等，以及粘結(jié)力和附著力下降，這些都導致涂敷層綜合防腐蝕性能下降。因而陰極保護設(shè)計時，必須對現(xiàn)狀管道的涂層面電阻率進行實際測定，或進行電流需要量實驗，以精確確定陰極保護所需的保護電流密度；其次，對于沒有施加陰極保護的現(xiàn)狀管線，過去一般不會考慮管道的電絕緣問題。而陰極保護要求必須將被保護管段與非保護管段或其它金屬構(gòu)筑物實現(xiàn)可靠的電絕緣，確保施加的保護電流限定在被保護管段，避免不必要的電流漏失，保證管道達到規(guī)定的保護電位范圍[2,3]。

1 檢測內(nèi)容及結(jié)果分析

針對淶源縣中壓管網(wǎng)陰極保護系統(tǒng)系統(tǒng)性檢測，本次檢測以GB 21448-2018《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》[4]和GB 21246-2020《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法》[5]為依據(jù)，重點檢測如下內(nèi)容：

（1）陰極保護電位測量：通電電位，斷電電位；

（2）犧牲陽極有效性檢測：陽極開路電位，陽極輸出電流；

（3）應(yīng)用漏電率檢測法對部分電位不達標管段電流走向進行測定，從而測量出分支管道是否絕緣；

通過系統(tǒng)地檢測，匯總各測試點陰保檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 各測點測試結(jié)果

表1（續(xù)）

通過對全線30處陰保測點斷電電位進行測試，可以發(fā)現(xiàn)共有19處測點（藍色標記）陰保電位不達標，其中濱湖一期酒店側(cè)面測試點疑似管道線斷裂，無法測量管道電位信息。

同時，對部分測點犧牲陽極開路電位及輸出電流進行測試，陽極開路電位均正常，保護不達標測點犧牲陽極輸出電流較大基本在30mA以上（陰極保護系統(tǒng)合格的陽極輸出電流為10～20mA），造成犧牲陽極消耗過快，為了滿足陰極保護系統(tǒng)設(shè)計和服役年限的需要，需對原有陰極保護系統(tǒng)陽極消耗進行補充。

此外，本次檢測還利用DM發(fā)射機對中醫(yī)院西墻、福源盛景路北和東購物口4處電位不達標測點進行電流走向檢測。其原理在于DM發(fā)射機將含有近于直流的超低頻信號電流（3Hz，4Hz）、管線定位電流（98Hz，128Hz，512Hz，640Hz），絕緣故障定位電流（6Hz，8Hz）等多種頻率的混頻電流信號施加于目標管道上，混頻電流沿著目標管道與大地構(gòu)成電流回路傳播，可通過接受機在管道上方接收管道電流，跟蹤電流流向，電流在管道絕緣接頭處被阻隔，從而可以判斷管道絕緣情況[6,7]。檢測發(fā)現(xiàn)，在中醫(yī)院附近分支管道分走了大量的電流，造成友和嘉苑對面、福源盛景路北、中醫(yī)院西墻這幾處測點電位不達標。東購門口的分支管道分走部分電流，造成該測點電位不達標，源容源北絕緣接頭接線錯誤導致絕緣接頭跨接，電流流向小區(qū)。

2 治理措施分析及實施

綜合系統(tǒng)地采集管道信息，分析現(xiàn)有的測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)管道陰保電位不達標主要由以下兩方面原因：

首先，管道的電絕緣情況，主管道與部分支線管道間無電絕緣，主管道陰保電流大量流失，造成陰保電位不達標。需要對主管道與支線的絕緣情況進行全面系統(tǒng)排查，對無絕緣的支線管道采取絕緣改造措施。

其次，部分管段陽極數(shù)量不足以提供足夠的保護電流保護管道，需要綜合評估被保護管道的防腐層質(zhì)量，現(xiàn)有陽極數(shù)量保護有效性。

綜合以上兩方面問題，制定了針對性的整改措施及實施方案。

第一步：管道防腐層系統(tǒng)性檢測及絕緣有效性評估。

對管道防腐層進行全面評估，包括防腐層質(zhì)量檢測、防腐層破損點定位、管道路由埋深檢測等。通過評估防腐層質(zhì)量為后續(xù)陽極增補提供電流密度取值依據(jù)。

對主管道與支線的絕緣情況進行全面評估，判斷是否加裝有絕緣接頭并評估絕緣有效性，為后續(xù)絕緣整改提供依據(jù)。

第二步：絕緣裝置整改。

絕緣裝置整改有加裝絕緣接頭和絕緣法蘭改造兩種方法。

其中絕緣接頭整體直埋，具有壓力等級高，壽命長，免維護等特點，但施工需停氣動火，協(xié)調(diào)及施工難度相對較大。絕緣法蘭改造主要針對支線入戶調(diào)壓箱的法蘭進行絕緣改造，法蘭絕緣改造相對簡單，無需停氣動火，成本較低，但后期法蘭維護過程中容易對絕緣墊片造成損壞，影響絕緣效果，需定期檢測維護。

綜合以上兩種方案，建議對工業(yè)用戶采用加裝絕緣接頭的措施（工業(yè)用戶停氣影響相對較?。?；居民用戶建議對調(diào)壓箱法蘭進行絕緣改造。另外部分管線上焊接有接地扁鐵，也會造成保護電流的部分流失，需排查斷開管線上的接地扁鐵。

加裝絕緣接頭的管段，需設(shè)置絕緣接頭測試井，并設(shè)置絕緣接頭保護裝置（可采用埋地式火花間隙）。

第三步：陰極保護追加

管道絕緣改造完成后，對全線陰保電位進行測試，對電位仍不達標的管段進行陰極保護追加，由于管道前期陰極保護采用鎂合金犧牲陽極，建議對未達標管道仍采用犧牲陽極補加，可利用現(xiàn)有陰保測試樁或追加的絕緣接頭測試樁實現(xiàn)陽極安裝，協(xié)調(diào)及開挖工作相對較小，且無需動火作業(yè)。

3 整改效果評價

通過對管道防腐層漏點檢測，共計發(fā)現(xiàn)5處，隨后對管道進行開挖修復，對管道加裝絕緣接頭兩處，設(shè)置絕緣接頭測試井，并設(shè)置絕緣接頭保護裝置（采用埋地式火花間隙），放置14Kg的鎂合金犧牲陽極32支，共計加裝8處，對一處測試樁斷線處進行開挖整改。

整改完成后對陰極保護電位及DM電流走向重新檢測，如表2所示，管道全線陰保電位合格，斷電電位達到-0.85～-1.2V的標準區(qū)間。

表2 各測點測試結(jié)果

表2（續(xù)）

4 結(jié)語

通過對淶源縣城鎮(zhèn)燃氣中壓管網(wǎng)陰極保護存在問題進行系統(tǒng)地調(diào)查研究，總結(jié)出管道中壓管網(wǎng)陰保不達標的常見問題，并對該問題提出了解決方案。通過對中壓管道防腐層系統(tǒng)性檢測及絕緣有效性評估、絕緣裝置整改和陰極保護追加等措施進行淶源縣城鎮(zhèn)燃氣中壓管網(wǎng)整改，解決了中壓管網(wǎng)陰保不達標問題，確保了燃氣管網(wǎng)的平穩(wěn)運行。