埋地鋼質燃氣管道防腐層缺陷點危險等級評定

趙 承， 范列朋

(1.杭州市燃氣集團有限公司， 浙江 杭州 310000; 2.杭州天然氣有限公司， 浙江 杭州 310014)

1 概述

埋地鋼管采用防腐層加陰極保護的聯(lián)合防護系統(tǒng)。鋼管防腐層缺陷點的存在，不僅會造成陰極保護電流流失，保護距離縮短，保護效果變差甚至失效，而且會造成陰極保護電位發(fā)生正向偏移，IR降隨著缺陷面積增大而增大，造成測量誤差，導致不能準確判斷管道的陰極保護情況，發(fā)生管道腐蝕[1]。中國城市燃氣協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近5年國內(nèi)媒體報道的燃氣事故超3 473起，其中燃氣泄漏事故占46%。通過對逾1 000起燃氣泄漏事故分析原因得知，燃氣管體腐蝕泄漏有45起(含雜散電流腐蝕9起)[2]。為避免鋼質燃氣管道因腐蝕造成泄漏爆炸等事故，保障城市居民生命財產(chǎn)安全，如何對防腐層缺陷點進行精確分級，有針對性地確定修復措施和修復優(yōu)先順序，是燃氣企業(yè)面臨的問題[3]。

2 現(xiàn)有防腐層缺陷點危險等級評定方法

埋地鋼質燃氣管道防腐層缺陷點的非開挖檢測有交流電衰減法、變頻選頻法、直流電位梯度法和交流電位梯度法等[4]，現(xiàn)行規(guī)范對非開挖檢測時缺陷點的分類標準沒有明確規(guī)定，目前主要有數(shù)字直讀法和輻射距離法，統(tǒng)稱直接評定法。數(shù)字直讀法的分類標準：相同條件下，以缺陷點處儀器顯示值(ΔU)分類，300 mV≤ΔU<600 mV，定為小漏點(III類)； 600 mV≤ΔU<900 mV，定為中漏點(II類)；ΔU≥900 mV，定為大漏點(I類)。輻射距離法的分類標準：以缺陷點的電磁場信號輻射范圍直徑(D)即輻射距離進行分類,D<3 m，定為小漏點(III類)；3 m≤D<8 m，定為中漏點(II類)；D≥8 m，定為大漏點(I類)。

在開挖情況下，多數(shù)根據(jù)防腐層缺陷點面積分為大、中、小漏點。缺陷點面積大于5 cm2的為大漏點(I類)，缺陷點面積小于1 cm2的為小漏點(III類)，其余為中漏點(II類)[5]。

在現(xiàn)有防腐層缺陷點危險等級評定中，一般將大漏點危險等級評定為高，中漏點危險等級評定為中，小漏點危險等級評定為低。結合防腐層缺陷點實際修復經(jīng)驗，以上評定方法由于未考慮管道陰極保護電位、雜散電流干擾、土壤電位梯度、檢測儀器的工作頻率、被檢測管道的管徑等，存在一定偏差。在雜散電流干擾區(qū)域或陰極保護電位不達標區(qū)域，往往小漏點可能腐蝕嚴重。

3 綜合評分法

考慮到以往評定方法存在的不足，建立防腐層缺陷點危險等級的綜合評分法。對防腐層缺陷點危險進行等級評定后，根據(jù)危險等級確定修復順序。

① 評分因素確定

土壤通過與管道表面接觸對管道腐蝕，土壤腐蝕性包括土壤電阻率、土壤含水量、土壤pH值、土壤含鹽量和氧化還原電位等多項指標[6]，根據(jù)土壤各項指標評分之和得出土壤腐蝕性評價等級(稱為土壤特性指標綜合評價方法)。對于一般地區(qū)土壤腐蝕性，文獻[7-8]研究證實，根據(jù)土壤電阻率得出的評價結果與土壤特性指標綜合評價方法所得結果基本相同，即土壤腐蝕性可按照土壤電阻率分級，分級標準見表1。為此，筆者梳理了近5年的土壤電阻率數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)70%測點土壤電阻率為40～50 Ω·m，20%測點土壤電阻率為50～60 Ω·m，10%測點土壤電阻率為60～70 Ω·m，評定土壤腐蝕等級總體為中等偏弱。

表1 一般地區(qū)土壤腐蝕等級分級標準

結合GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》第4章，考慮到管道防腐設計時已對埋地管道沿線的土壤腐蝕性進行了調查，已按相關標準規(guī)范對管道防腐類型、等級選擇，根據(jù)地形與地質條件、管道所處環(huán)境腐蝕性等因素進行了綜合確定，認為土壤腐蝕性對管道腐蝕的影響遠低于陰極保護電位不足和雜散電流的影響，故本文對防腐層缺陷點的危險等級評定暫未考慮土壤腐蝕性因素。

在防腐層完整或陰極保護電位達標情況下，雜散電流干擾未必對管道造成干擾，因此將雜散電流干擾列為次要因素。

GB/T 21447—2018《鋼質管道外腐蝕控制規(guī)范》第9.1.3條規(guī)定，應根據(jù)防腐層檢測結果，結合陰極保護情況，對管道的防腐層缺陷點進行修復。對于位于陰極保護不足以及其他易發(fā)生腐蝕區(qū)域的防腐層缺陷點，應及時修復。在管道存在防腐層缺陷點，陰極保護電位未達標的情況下，管道就會發(fā)生腐蝕。因此，將陰極保護電位列為主要因素。

② 防腐層缺陷點危險等級評定

本文以GB/T 21448—2017《埋地鋼質管道陰極保護技術規(guī)范》、GB/T 21447—2018《鋼質管道外腐蝕控制規(guī)范》等為依據(jù)，結合歷年管道風險評估檢測數(shù)據(jù)，對含防腐層缺陷點管段的管道陰極保護電位、雜散電流干擾程度、土壤電位梯度等級及非開挖檢測時缺陷點分類4個因素賦值(見表2)，各因素分值之和為綜合分值，根據(jù)綜合分值確定防腐層缺陷點的危險等級。綜合分值越高，說明該防腐層缺陷點的腐蝕風險越高。

表2 防腐層缺陷點危險等級評分因素賦值

當綜合分值為9～13時，防腐層缺陷點危險等級為高，應優(yōu)先修復，修復順序為一級；當綜合分值為6～8時，防腐層缺陷點危險等級為中，修復順序為二級；當綜合分值為3～5時，防腐層缺陷點危險等級為低，修復順序為三級。此外，若防腐層缺陷點所在管道發(fā)生過腐蝕泄漏情況，則綜合分值直接賦予10，防腐層缺陷點危險等級為高，且應立即修復。

4 綜合評分法驗證

筆者梳理2020年已開挖修復的82個防腐層缺陷點，發(fā)現(xiàn)其中35個位于三通、彎頭或直管段焊縫處，應為焊縫防腐不到位造成，占比約43%；直管段非焊縫處的防腐層缺陷點有47個，其中18個為防腐層劃傷或亂石擠壓損傷，29個為防腐層輕度剝離、脫落。在29個防腐層輕度剝離、脫落的缺陷點所在管道中，15條管道防腐層為環(huán)氧粉末防腐層，14條管道防腐層為聚乙烯膠帶防腐層(原人工煤氣管道，建成20 a以上)。在29個防腐層輕度剝離、脫落的防腐層缺陷點中，18個未發(fā)生管體腐蝕，10個管體表面有銹跡，1個管體有輕微坑蝕。

在82個防腐層缺陷點中，約65%的缺陷點是施工過程中焊接或劃傷造成的，近87%的缺陷點未發(fā)生管體腐蝕，僅12%的缺陷點發(fā)生輕微腐蝕，1.2%的缺陷點發(fā)生輕微坑蝕。

筆者對已修復的82個防腐層缺陷點分別采用直接評定法和綜合評分法進行評定，評定結果差異較大。直接評定法得到的高、中、低危險等級防腐層缺陷點數(shù)量占比分別為26.83%、43.90%、29.27%。綜合評分法得到的高、中、低危險等級防腐層缺陷點數(shù)量占比分別為17.07%、14.64%、68.29%，中、低危險等級防腐層缺陷點總數(shù)量占比為82.93%，與開挖情況基本吻合。