淺談?lì)A(yù)防埋地管道腐蝕的措施

崔云龍* 劉元?jiǎng)?翟永軍

（泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院）

0 引言

對(duì)成都某埋地金屬管道進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，管道存在均勻腐蝕和局部腐蝕2種情況（如圖1所示），且大部分為局部腐蝕，其危害性也較大。鋼管在土壤中的腐蝕過(guò)程主要是電化學(xué)溶解，形成腐蝕電池后導(dǎo)致管道銹蝕穿孔。按腐蝕電池陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)間距的大小，又可將鋼管的腐蝕形態(tài)分為微電池腐蝕和宏電池腐蝕兩大類。這里兩種腐蝕與土壤電阻率存在很大關(guān)系，與當(dāng)?shù)氐臏囟?、濕度和氣候、酸堿度、鹽分、水、氧含量、pH、自然腐蝕電位、最小保護(hù)電位、限制臨界電位、電化學(xué)腐蝕等都存在很大關(guān)系。通常在檢驗(yàn)前要進(jìn)行周圍環(huán)境調(diào)查（腐蝕狀況）。綜上所述，埋地管道在土壤中被腐蝕主要是由土壤中的電子游動(dòng)引起的。該腐蝕原因可分為電子從陽(yáng)極或者陰極流動(dòng)，或者是形成電流這3個(gè)過(guò)程，彼此之間存在密切的關(guān)系，也可以相互獨(dú)立，如果一個(gè)原因受到影響，另兩個(gè)也會(huì)同樣受到不同程度的阻礙，腐蝕電子的游動(dòng)就會(huì)減速或受到影響。微量元素和微生物也會(huì)對(duì)管道腐蝕產(chǎn)生較大影響。燃?xì)夤艿劳獗黹L(zhǎng)期與這些物質(zhì)接觸，逐漸受到腐蝕，最終影響管道防腐質(zhì)量。

圖1 管道加強(qiáng)級(jí)3PE 腐蝕狀況

1 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理過(guò)程

相關(guān)管道參數(shù)、介質(zhì)類型、設(shè)計(jì)溫度、壓力、套管位置和結(jié)構(gòu)、電源的可利用性、遠(yuǎn)距離的監(jiān)控系統(tǒng)類型與位置、陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)使用壽命，都需要系統(tǒng)地查找資料。

在管道檢驗(yàn)過(guò)程中首先應(yīng)進(jìn)行管道宏觀檢查。管道宏觀檢查相關(guān)項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法為：觀察周圍管道走向及利用PCM及A字架確定埋深和管道位置，利用GPS記錄管道具體位置，GPS會(huì)利用大地坐標(biāo)形成坐標(biāo)系統(tǒng)。地面裝置檢查主要檢查標(biāo)志樁、測(cè)試樁、里程樁、標(biāo)志牌(簡(jiǎn)稱“三樁一牌”)等外觀完好、丟失情況；主要對(duì)管道沿線地形、地貌通過(guò)目測(cè)、測(cè)量等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。管道沿線防護(hù)帶及構(gòu)建物，包括與其他建(構(gòu))筑物凈距和占?jí)翰⑿?、交叉、?dòng)土等檢查狀況；天然氣地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，強(qiáng)制電流和陰極保護(hù)的外加電源對(duì)其他天然氣管道影響較大，會(huì)對(duì)管道形成自身保護(hù)，而其他沒(méi)有陰極保護(hù)的管道腐蝕性較強(qiáng)。主要是由于電化學(xué)腐蝕因素影響，內(nèi)部管地單位、絕緣接頭保護(hù)端和非保護(hù)端是否連接。

采用加強(qiáng)級(jí)3PE防腐（利用電火花檢測(cè)）非常重要，目前埋地燃?xì)夤艿莱Ｓ玫耐夥栏繉又饕惺蜑r青、環(huán)氧樹(shù)脂粉末（FBE）、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青和聚氨酯膠帶等五類。在國(guó)內(nèi)，從耐用年限、維護(hù)費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)因素綜合考慮，一般首選三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層。在犧牲陽(yáng)極保護(hù)法中采用鎂棒和鋅棒作為犧牲陽(yáng)極對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)的線路比較多。但應(yīng)注意的是，當(dāng)土壤電阻率（如表1所示）太高和被保護(hù)管道穿過(guò)水域時(shí)，不宜采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)，土壤電阻率測(cè)試方法如圖2所示。

圖2 土壤電阻率測(cè)試方法

表1 土壤腐蝕性評(píng)價(jià)等級(jí)表

中壓和次高壓管線大部分在城市主干道，受到電力機(jī)車和高壓線、地鐵的影響較大，對(duì)雜散電流中的參數(shù)影響也較大，天燃?xì)饴竦毓艿来蟛糠致裼诘叵?，?dāng)有架空或者過(guò)路過(guò)橋等形式就要做好架空管道防腐和接地線路，去除管道上的流動(dòng)電子，減少管道周圍環(huán)境的影響，特別是重大化工廠周圍。

在臨近交直流的高壓輸電線路（額定電壓、電纜位置）對(duì)天然氣管道的電場(chǎng)作用、管道直流干擾檢測(cè)過(guò)程中，環(huán)境中可能存在可燃性氣體，應(yīng)避免在接線或拆線時(shí)產(chǎn)生電火花。排除牽引機(jī)車電氣化的影響、其他干擾電流的影響需在環(huán)境條件能滿足安全工作的前提下，方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)（輸氣站、配氣站等場(chǎng)所，還應(yīng)遵守相關(guān)安全規(guī)定）。測(cè)試中應(yīng)首先接好儀表回路，再進(jìn)行與被測(cè)體的連接，最后開(kāi)啟測(cè)試儀表。測(cè)試結(jié)束時(shí)，按相反的順序操作，與被測(cè)體的連接時(shí)采用單手操作法具體如圖3所示。對(duì)土壤電阻率測(cè)試完成后，還應(yīng)對(duì)雜散電流和陰保的有效性檢測(cè)檢測(cè)具體范圍和參數(shù)如表2所示。

圖3 絕緣接頭測(cè)試方法

表2 雜散電流強(qiáng)弱程度的判斷指標(biāo)

對(duì)雜散電流中的管地電位、橫向梯度、縱向梯度、交流電壓進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，管道的參數(shù)符合GB/T 19825—2014《埋地鋼制管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》要求。對(duì)管道交流干擾電壓和交流電流密度測(cè)試來(lái)判斷干擾的強(qiáng)弱（如表3所示）。特殊情況下采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)雜散電流測(cè)試方法對(duì)管地點(diǎn)位波動(dòng)（大于200 mA）或感應(yīng)電流（大于2 A）波動(dòng)判斷是否排流。

表3 雜散電流數(shù)據(jù)表

再次對(duì)陰極保護(hù)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)GB/T 21448—2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定對(duì)管道通電電位、斷電電位、直流電流、交流電壓、交流電流的參數(shù)（如表4所示）來(lái)判斷是否符合要求。

表4 陰保有效性檢測(cè)

2 腐蝕防護(hù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)

首先構(gòu)造矩陣：

式中：B——權(quán)重系數(shù)；

bij——權(quán)重因子。

再利用矩陣進(jìn)行權(quán)重分配，經(jīng)過(guò)模糊計(jì)算得到的腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果A=[a_j](j=1,2,3,4)，具有一定模糊性，為了能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的狀況，對(duì)評(píng)價(jià)集中的評(píng)價(jià)等級(jí)采用百分制記分的方法進(jìn)行量化處理，即用評(píng)語(yǔ)90≤c_1≤100（代表一級(jí)）、80≤c_2＜90（代表二級(jí)）、70≤c_3＜80（代表三級(jí)）、60≤c_4＜70（代表四級(jí)）表示，從而得到評(píng)語(yǔ)的分?jǐn)?shù)向量C，計(jì)算評(píng)語(yǔ)得分為S，計(jì)算評(píng)語(yǔ)的高、中、低得分，用它們的平均值S?作為評(píng)價(jià)管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)狀況等級(jí)的依據(jù)，最后，由計(jì)算出的S?值所在的評(píng)語(yǔ)區(qū)間作為評(píng)級(jí)腐蝕防護(hù)系統(tǒng)等級(jí)的依據(jù)。如果管道壓力大于0.8 MPa，則需要進(jìn)行管道合于使用評(píng)價(jià)，該評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括應(yīng)力校核、剩余強(qiáng)度評(píng)估、超標(biāo)缺陷安全評(píng)定和剩余壽命預(yù)測(cè)4個(gè)功能模塊，可選擇其中1個(gè)或多個(gè)模塊，生成一份包含所選模塊的報(bào)告。應(yīng)力校核：出現(xiàn)多種危險(xiǎn)情況或認(rèn)為必要時(shí)進(jìn)行；剩余強(qiáng)度評(píng)估/超標(biāo)缺陷安全評(píng)定：針對(duì)危害管道結(jié)構(gòu)完整性的缺陷進(jìn)行，可確定管道最大允許工作壓力；剩余壽命預(yù)測(cè)：針對(duì)含腐蝕的缺陷管道進(jìn)行，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，可確定下次檢驗(yàn)時(shí)間。管道檢驗(yàn)完成后匯總資料，所有收集的管道基礎(chǔ)資料、宏觀檢查信息、檢驗(yàn)檢測(cè)原始數(shù)據(jù)等資料，均會(huì)體現(xiàn)在檢測(cè)報(bào)告中。埋地公用管道檢驗(yàn)結(jié)束后，檢測(cè)方要在規(guī)定的時(shí)間日內(nèi)提供合法合規(guī)的全面檢驗(yàn)報(bào)告。檢驗(yàn)結(jié)果匯總完成后，檢驗(yàn)人員逐一對(duì)檢測(cè)結(jié)果按照?qǐng)?bào)告格式錄入?yún)R總形成完整的報(bào)告，檢驗(yàn)人員要準(zhǔn)確、真實(shí)填寫(xiě)報(bào)告內(nèi)容，質(zhì)量負(fù)責(zé)人和技術(shù)負(fù)責(zé)人要對(duì)報(bào)告內(nèi)容按照細(xì)則內(nèi)容核對(duì)報(bào)告是否完整。待報(bào)告完成后，委托單位要對(duì)報(bào)告核驗(yàn)并驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后雙方約定檢驗(yàn)的狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備對(duì)埋地管道腐蝕環(huán)境、防腐層系統(tǒng)評(píng)價(jià)、陰保有效性、雜散電流天然氣埋地管道進(jìn)行綜合分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)管道運(yùn)行提出具體的意見(jiàn)。將埋地管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)據(jù)記錄和分析計(jì)算等過(guò)程軟件化，用戶在系統(tǒng)的幫助下可以快速完成埋地管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估和再評(píng)估，通過(guò)計(jì)算權(quán)重和檢驗(yàn)一致性對(duì)腐蝕防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，按照模糊評(píng)價(jià)方法計(jì)算得出每個(gè)管段的腐蝕防護(hù)系統(tǒng)等級(jí)，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)完成并生成報(bào)告。腐蝕防護(hù)系統(tǒng)功能完好，滿足設(shè)計(jì)要求，在6 年的檢驗(yàn)周期內(nèi)能有效使用。