埋地管道外防腐層不開(kāi)挖檢測(cè)與評(píng)價(jià)

江 鋒

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦山第三核電廠有2臺(tái)核能發(fā)電機(jī)組，大量的設(shè)備安裝在地面以下的廠房?jī)?nèi)，廠區(qū)室外部分有大量的埋地管道。這些管道分布廣闊、縱橫交錯(cuò)，埋設(shè)深度從1m～4m不等，管道直徑從3/4英寸～12英寸不等，部分管道為2臺(tái)機(jī)組公用，長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米。管道材質(zhì)包括鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、銅等。如此大量的管道埋設(shè)在地表以下，傳輸著電廠運(yùn)行所需的生活水、廢水、燃油、氫氣等各類(lèi)液態(tài)氣態(tài)物質(zhì)，保證了電廠各系統(tǒng)和設(shè)備的正常運(yùn)行。為了保護(hù)這些管道能長(zhǎng)期、安全、可靠地服役，電站設(shè)計(jì)了一套較為完整的埋地金屬管道防腐蝕方案，即金屬管道表面防腐涂裝保護(hù)與埋地管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“陰極保護(hù)系統(tǒng)”）相互配合，保護(hù)這些管道免受腐蝕并在局部出現(xiàn)腐蝕缺陷后減緩腐蝕發(fā)展速率。盡管陰極保護(hù)系統(tǒng)屬于非運(yùn)行直接相關(guān)的輔助性保護(hù)型系統(tǒng)，但陰極保護(hù)作為埋地管道的主要防護(hù)措施，在管道保護(hù)方面起著重要的作用，它與管道防蝕腐層構(gòu)成了管道的雙層保護(hù)體系[1]。

1 陰極保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問(wèn)題

秦山第三核電廠埋地管道的陰極保護(hù)分為3個(gè)區(qū)域：應(yīng)急供水系統(tǒng)（EWS）區(qū)域、核島（NSP）區(qū)域和常規(guī)島（BOP）區(qū)域。根據(jù)設(shè)計(jì)，各區(qū)域均使用恒電壓輸出式陰極保護(hù)整流器作為直流輸出的控制電源，輔助陽(yáng)極為SPL線型柔性陽(yáng)極配合碳素材料陽(yáng)極地床，參比電極為Cu/CuSO4永久埋地參比電極，測(cè)試樁為BIG FINK易維護(hù)型測(cè)試樁。

因?yàn)樵荚O(shè)計(jì)上的缺陷和建造期間部分管道表面防腐層施工質(zhì)量、陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝質(zhì)量、回填土施工等方面存在較明顯的偏離設(shè)計(jì)的情況，甚至部分埋地金屬管道無(wú)陰極保護(hù)，整個(gè)廠區(qū)室外的埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)在投運(yùn)后即出現(xiàn)了各種問(wèn)題，主要表現(xiàn)形式是埋地管道的陰極保護(hù)保護(hù)電位等重要的系統(tǒng)參數(shù)不符合埋地管道陰極保護(hù)的有效性準(zhǔn)則，造成整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效性缺失嚴(yán)重。應(yīng)急供水系統(tǒng)區(qū)域和核島區(qū)域多為混凝土路面和石子地面以下區(qū)域，在2010年前后已經(jīng)完成了較為全面的開(kāi)挖、評(píng)價(jià)、整改工作，保護(hù)電位長(zhǎng)期以來(lái)都在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，陰極保護(hù)系統(tǒng)整體運(yùn)行情況良好。

但常規(guī)島區(qū)域，因電站建成投運(yùn)以來(lái)相關(guān)的場(chǎng)地、系統(tǒng)等已經(jīng)經(jīng)歷了多次的改造，部分管道在建造期間即被埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，部分管道的上方后續(xù)新建造了永久廠房，部分管道靠近廠房墻根，部分管道已經(jīng)廢棄，致使當(dāng)前已不可能執(zhí)行較為充分的開(kāi)挖檢查和維修。埋地管道的腐蝕狀態(tài)無(wú)法直接目視檢查確認(rèn)，只能利用當(dāng)前的非開(kāi)挖檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)和定性評(píng)價(jià)，以期大致了解該區(qū)域埋地管道的腐蝕情況和陰極保護(hù)有效性情況。

2 BOP區(qū)域埋地管道防腐層檢測(cè)

2.1 管道防腐層不開(kāi)挖檢測(cè)方法

國(guó)內(nèi)外對(duì)埋地鋼質(zhì)管道外防腐完整性直接檢測(cè)與評(píng)價(jià)的方法有: 直流電壓梯度（DCVG）/密間隔電位（CIPS）聯(lián)合測(cè)量法、管中多頻電流衰減率測(cè)量法（PCM 法、S-CAN 法）、交流電位梯度（ACVG或皮爾遜法）等[2]。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》附錄D“防腐層破損點(diǎn)定位不開(kāi)挖檢測(cè)方法”中“交流電位梯度檢測(cè)方法（ACVG）”對(duì)BOP區(qū)域埋地管道防腐層缺陷進(jìn)行檢測(cè)分析。該方法簡(jiǎn)便，破損點(diǎn)定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、效率高，能定性判斷破損點(diǎn)嚴(yán)重性，適用于除鋼套管、鋼絲網(wǎng)加強(qiáng)的混凝土配重層（套管）外，遠(yuǎn)離高壓交流輸電線地區(qū)，任何交變磁場(chǎng)能穿透的覆蓋層下的管道外防腐層破損點(diǎn)的定位檢測(cè)[3]。另外，下列情況會(huì)使本方法測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響：交流地電位差測(cè)量?jī)x距離發(fā)射機(jī)較近；管道上方覆蓋物導(dǎo)電性很差的管段，如位于鋼筋混凝土鋪砌路面、瀝青路面、凍土、含有大量巖石回填物下的管段[3]。因此，室外BOP區(qū)域的路面、石子地面、砂石混合回填物等均可能影響檢測(cè)結(jié)果的可靠性，但這些因素?zé)o法避免。管道防腐層整體質(zhì)量采用DM管道電流測(cè)繪系統(tǒng)檢測(cè)，根據(jù)計(jì)算得出的管道防腐層平均絕緣電阻率值Rg來(lái)判斷防腐層質(zhì)量，管道防腐層采用ACVG A字架防腐層異常點(diǎn)檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，并定位防腐層破損點(diǎn)。

2.2 管道防腐層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》附錄E“外防腐層整體狀況檢測(cè)方法”，采用ESTEC埋地管線外防腐層狀況綜合評(píng)估系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有高壓管道外防腐層整體質(zhì)量狀況進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。分級(jí)評(píng)價(jià)如表1所示。

表1 外防腐層電阻率Rg值（kΩ·m2）分級(jí)評(píng)價(jià)[3]

2.3 管道防腐層不開(kāi)挖檢測(cè)

為相對(duì)準(zhǔn)確地獲取BOP區(qū)域埋地管道防腐層狀態(tài)信息，對(duì)各條管道進(jìn)行初步電連接檢測(cè)。經(jīng)測(cè)量，BOP區(qū)域埋地管道除在陰極接線箱進(jìn)行電連接外，還有其他電連接。拆除地面陰極接線箱電連接電纜后，經(jīng)測(cè)量，埋地管道還是一個(gè)導(dǎo)電系統(tǒng)，且管道基本是多管道同溝敷設(shè)，有多處三通、彎頭等均影響管道防腐層評(píng)價(jià)等級(jí)。因此，除了2臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)廠房南側(cè)大約30m范圍內(nèi)存在較大信號(hào)干擾、DM接收機(jī)收集不到信號(hào)、部分管道加不了信號(hào)沒(méi)法進(jìn)行評(píng)價(jià)外，其他只能采集較強(qiáng)管道信號(hào)進(jìn)行防腐層評(píng)價(jià)且必然降低評(píng)價(jià)等級(jí)，影響評(píng)價(jià)結(jié)論。

選取BOP區(qū)域7條檢測(cè)信號(hào)最強(qiáng)的埋地管道，采用DMII儀器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)地面消防栓或者引出的測(cè)量線給埋地管道施加電流，以10m等距測(cè)量記錄管道的電流，并計(jì)算防腐層絕緣電阻。檢測(cè)電流均為300mA，電流頻率為128Hz。管道的走向和分支基本能查清楚，但是多條管道存在電連接且并排敷設(shè)時(shí)不能區(qū)分每條管道。管道防腐層檢測(cè)與評(píng)價(jià)情況如表2所示。

表2 管道防腐層檢測(cè)與評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

3 土壤電阻率檢測(cè)

為合理評(píng)估埋地管道防腐層等級(jí)，必須綜合考慮埋地管道所處的土壤環(huán)境腐蝕性的強(qiáng)弱。土壤環(huán)境腐蝕性，通常以土壤電阻率來(lái)衡量。土壤電阻率是單位長(zhǎng)度土壤電阻的平均值，單位是歐姆·米（Ω·m），土壤電阻率的大小反應(yīng)土壤導(dǎo)電性能的強(qiáng)弱，導(dǎo)電性與腐蝕性成正相關(guān)。土壤電阻率與土壤腐蝕等級(jí)關(guān)系如表3所示。

表3 土壤電阻率-腐蝕等級(jí)表[3]

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》附錄A“土壤腐蝕性檢測(cè)方法”，采用四電極法測(cè)試，測(cè)試儀器為ZC-8接地電阻測(cè)試儀。本次檢測(cè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)土壤進(jìn)行了土壤電阻率測(cè)試，選取的點(diǎn)為1#、2#機(jī)組各一處，設(shè)備為OER2571土壤電阻率測(cè)試儀，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 土壤電阻率測(cè)試記錄表

從表4的檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，測(cè)試點(diǎn)土壤電阻率均大于100Ω·m。根據(jù)土壤電阻率-腐蝕等級(jí)表3，結(jié)合測(cè)量日期前雨水較多，電阻率應(yīng)比正常天氣情況時(shí)要小，故土壤腐蝕性總體評(píng)價(jià)等級(jí)為“弱”。

4 雜散電流檢測(cè)

雜散電流是指在規(guī)定的電路或計(jì)劃電路之外流動(dòng)的電流，一般來(lái)自于埋地管道周?chē)碾妶?chǎng)環(huán)境。雜散電流可通過(guò)測(cè)定一定時(shí)間段內(nèi)的管地電位穩(wěn)定情況（如是否存在波動(dòng)等）來(lái)定性評(píng)價(jià)是否存在。

本次檢測(cè)交流雜散電流采用測(cè)量交流管地電壓大小來(lái)評(píng)價(jià)，主要測(cè)量交流干擾情況。測(cè)試采用連續(xù)測(cè)試的方法，參比電極使用飽和硫酸銅電極，使用的儀器為存儲(chǔ)式雜散電流測(cè)試儀，儀器的通道狀態(tài)設(shè)置為交流。在2臺(tái)機(jī)組汽機(jī)房南側(cè)分別選取1處，利用管道測(cè)試線測(cè)量管道的交流電壓。測(cè)量結(jié)果如表5所示。數(shù)據(jù)處理根據(jù)GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》來(lái)進(jìn)行判斷評(píng)價(jià)。

表5 測(cè)試點(diǎn)管道交流電壓測(cè)量

從上述2臺(tái)機(jī)組BOP區(qū)域交流干擾電壓波動(dòng)范圍分別為0～0.533V和0.013～0.711V可見(jiàn)，BOP區(qū)域地下管道交流干擾電壓不超過(guò)4V，交流影響弱，不需要采取交流干擾防護(hù)措施[3]。

5 檢測(cè)結(jié)論及建議

5.1 檢測(cè)結(jié)論

（1）用DMII設(shè)備對(duì)管道防腐層檢測(cè)可以看出，管道防腐層整體質(zhì)量狀況處于3級(jí)、4級(jí)，按照GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》中評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，管道防腐層總體質(zhì)量一般；

（2）綜合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)評(píng)價(jià)情況、管道敷設(shè)及分布情況以及高土壤電阻率管道防腐層檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，管道防腐層綜合等級(jí)1級(jí)～2級(jí)，總體防護(hù)效果良好，但存在少量防腐層破損缺陷；

（3）BOP區(qū)域埋地管道的交流干擾影響弱，不需要采取交流防干擾措施。

5.2 建議

（1）利用陰雨天氣過(guò)后土壤整體潮濕的有利條件，對(duì)BOP區(qū)域埋地管道的保護(hù)電位進(jìn)行全面檢測(cè)，了解土壤環(huán)境對(duì)保護(hù)電位的影響規(guī)律；

（2）后續(xù)在有機(jī)會(huì)開(kāi)挖的條件下，充分開(kāi)挖部分管道進(jìn)行表面防腐層狀態(tài)直接目視檢查、漏點(diǎn)檢查、粘結(jié)力檢查，充分了解防腐層的狀態(tài)，及時(shí)修復(fù)破損點(diǎn)；

（3）繼續(xù)跟蹤管道的防腐層狀態(tài)，定期進(jìn)行不開(kāi)挖檢測(cè)與評(píng)價(jià)。對(duì)于檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的可能存在的嚴(yán)重缺陷，創(chuàng)造條件進(jìn)行開(kāi)挖修復(fù)；

（4）提高BOP區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)頻率，在允許的情況下盡量改為每周檢測(cè)一次，充分了解系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài)的變化，及時(shí)調(diào)整。