埋地鋼管外防腐系統腐蝕因素的檢測評價與控制

上海燃氣市北銷售有限公司 婁桂云

0 概述

上海城市燃氣的發展已經有140多年的歷史，截至2011年3月我公司現有次高壓、中高壓地下管線共6 800 km，其中，埋地鋼管占16.5%。2006年我公司建立了基于GIS信息管理系統數據庫基礎上的管網風險評估系統，最終使輸配管網的管理從固定思維加經驗判斷的操作模式轉向先進科學的管理模式，使管網管理更為有序、合理、高效。埋地管網腐蝕指數的檢測評價做為整個風險評估系統的重要環節和組成部分，可以為管網的風險評估提供可靠的腐蝕數據支持，為判定管網的安全運行狀況提供可靠依據。

1 外防腐系統腐蝕評價因素的選取

雖然近年來管道的防腐技術已經有了很大的發展，出現了許多新的防腐蝕材料和技術，但由于防腐層施工質量控制不好以及第三方施工造成的損害等原因使管道的腐蝕問題仍未從根本上得到解決。公司在管道日常的運行管理中發現，管道的腐蝕主要與外防腐層的保護效果、陰極保護效果以及管道所處的環境(如雜散電流影響)密切相關。

外防腐層能抵御現場環境腐蝕，保證與鋼管牢固粘結，盡可能不出現陰極剝離和造成陰極保護死區。外防腐破損，會引起金屬損失缺陷，造成管道穿孔、斷裂等，將會對燃氣的安全輸送造成極大危害。

陰極保護是使用被保護金屬處于穩定的鈍性狀態的一種防護方法，可通過外加電源進行極化或添加氧化劑的方法達到保護目的。陰極保護失效將使管道失去防腐保護的第二道屏障，會引起金屬管道管體的腐蝕，不利于管道的安全運行。

雜散電流是在地下流動的防護系統設計之外對金屬管道產生腐蝕破壞作用的電流。雜散電流腐蝕包括直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。對于我公司而言，比較典型的是受軌道交通運行產生的雜散電流對管道腐蝕產生的影響。

本文主要從外防腐層保護效果、陰極保護效果以及雜散電流三方面進行檢測、評價及分析，研究埋地鋼管的腐蝕防護。

2 評價因素的檢測與分析

2.1 外防腐層保護效果的檢測與分析

外防腐層保護效果的檢測采取非開挖檢測與開挖檢測的方式進行。

2.1.1 外防腐層的非開挖檢測

非開挖檢測主要采用交流電流衰減法(PCM)及交流電位梯度法(ACVG)對防腐等級、破損點位置進行檢驗檢測。

目前我公司對管轄范圍內約100 010 m的埋地鋼管進行了外防腐層防護效果的檢測。利用 PCM埋地管道防腐層檢測儀測定外防腐層的絕緣電阻，并參照《埋地鋼質管道外防腐層修復技術規范》(SY/T 5918—2004)中的防腐層分級標準，對防腐層進行腐蝕等級的劃分。

結果表明防腐層質量為一級的管段88 703 m，占所檢測管道長度的88.69%；二級的6 181 m，占所檢測管道長度的6.18%；三級的3 424 m，占所檢測管道長度的3.42%；四級的1 051 m，占所檢測管道長度的1.05%；五級的651 m，占所檢測管道長度的0.65%。

通過PCM埋地管道防腐層檢測儀測定管道外防腐層存在交流電流梯度值(db值)，判定管道外防腐層存在破損點，在整個檢測過程中共發現擬似破損點38處。

2.1.2 外防腐層的開挖檢測

根據非開挖檢測的結果共發現擬似破損點 38處，經過研討，作為首次開挖選擇了其中保護電位偏低，漏電電流偏大等5處具有代表性的擬似破損點優先開挖，通過開挖來驗證管道腐蝕的實際狀況，具體開挖點的選取見表1。

表1 直接檢測開挖點選取情況

通過對開挖各點進行外觀檢查、漏點檢測、厚度檢測、粘結力檢測，驗證發現：5處開挖的破損點均存在缺陷，其中1處外防腐層涂層損傷，3處外防腐層剝落，1處犧牲陽極塊接頭未包好，1處陰極保護電位低于標準保護電位-850 mv。其中老蕰川路破損點 SDK-1開挖后檢測發現管體輕微腐蝕，表明外防腐層的破損對管道腐蝕有著直接影響。

造成防腐層破損的原因主要是：施工質量控制不好，造成的防腐層損傷、補口未防腐、瀝青防腐層涂抹不均遺漏等；管道下溝回填時第三方破壞造成的損傷；防腐層老化造成的破損。

2.2 陰極保護效果的檢測與分析

本次陰極保護檢測使用密間隔電位(CIPS)法進行檢測與評價，檢測管線長度共計54 861 m，分為114段，檢測結果見表2。

表2 埋地鋼管陰極保護效果檢測結果

并對檢測的114段分別繪制管道保護電位沿距離分布圖。以石洞口廠門口2#閥井至煤電路橋東樁為例分析，見圖1。

圖1 2#閥井至煤電路橋東樁陰極保護電位分布

該段管線全長181 m，信號接入點為石洞口門口2#閥井，檢測方向由石洞口廠門口2#閥井至煤電路橋東樁東往西方向，大部分管道位于煤電路。陰保電位范圍為(-1 060 mV，-710 mV)，該段7處總計約34 m未達到保護。電位分布CIPS測試曲線如圖1所示。

對114段管段的CIPS測試及評價結果如下：

(1)有效保護長度為48 371 m，未達到有效保護長度為6 490 m，有效保護率為88.17%；

(2)未有效保護段主要位于煤電路橋西側、五岳河橋南側、盛橋南側及北側、北張涇橋南側及北側等附近169處；

(3)石洞口出廠管未達到標準要求的管段(管地電位高于-850 mV)較多。

結果表明陰極保護失效會加速管道腐蝕，影響輸氣管道的正常運行。

2.3 雜散電流的檢測與分析

雜散電流檢測采用雜散電流檢測儀(SCM)，該儀器可以沿著管道檢測任何雜散電流的大小和方向，且能夠快速地評價從地表至管線間的雜散電流，分辨雜散電流的頻率和方向。

通過對管道沿線敷設環境調查，選取共和新路汶水路地鐵1號線汶水路站西南角1處位置進行雜散電流測試。該位置靠近地鐵1號線汶水路站，位于共和新路高架橋下入口及中環線交接位置，路面汽車行使對管道有一定的影響。

具體測試結果及分析如下：

(1)在地鐵開、停車期間管道中存在脈沖式的雜散電流，電流的最大差值73.389 A，具有較強的干擾性。

(2)雜散電流干擾源主要為地鐵軌道交通及道路交通產生脈沖式干擾。

對該處進行外防腐層的PCM檢測結果表明：該區域由于受雜散電流的影響，鋼管管體的腐蝕損壞速度遠比其它區域高，且檢測發現存在防腐層破損點，證明雜散電流對管道防腐系統存在較大影響。

3 埋地鋼管的腐蝕控制

3.1 外防腐層的腐蝕防護控制

外防腐層是控制管道腐蝕破壞的關鍵因素，防護層的破壞將加速陰極保護的失效，進而引起管道管體腐蝕，對管道的安全運行埋下安全隱患。因此必須采取以下措施減少腐蝕防護層的破壞：

(1)控制外防腐層的施工質量，選擇有資質的施工單位，并按照標準要求認真施工；

(2)按照全面檢驗的要求對管道外防腐層進行周期性的外防腐層效果檢測，控制措施見下表：

表3 外防腐層腐蝕分級及控制措施

(3)對防腐層破損點進行有計劃的開挖檢測、修復，避免金屬管道管體的腐蝕。

3.2 陰極保護的腐蝕控制措施

陰極保護包括犧牲陽極和外加電流保護法，作為管道腐蝕防護的第二到屏障，陰極保護可以在外防腐層破損的情況下，提高管道金屬管體的抗腐蝕能力。針對公司對54 861 m管道進行CIPS檢測的結果來看，有效保護長度為48 371 m，未達到有效保護長度為6 490 m，有效保護率為88.17%。對未達到有效保護的管道必須采取以下措施進行防護：

(1)對檢測發現的問題進行修復和改造，對不完好的陰保測試井進行修復或更換；

(2)對管段周圍高危地段加強監控和巡查。

3.3 雜散電流的腐蝕防護控制

雜散電流干擾的影響廣，分布情況復雜多變，且對管道引起的電流干擾腐蝕比一般的土壤腐蝕強烈得多。因此，對我公司受雜散電流影響的埋地鋼管，如臨近軌道交通的管道、與高壓電線并行敷設的管道等，必須采取以下措施，減少雜散電流對管道的腐蝕影響，確保管道的安全運行。

(1)采取加強級的PE防腐技術，如加強級的3PE防腐技術；

(2)對雜散電流影響管段進行排流措施，如直接排流法、極性排流法、強制排流法等等，同時輔以防腐層維修、更換、絕緣連接，串入調節電流的電阻，采用有源電場的屏蔽等措施，提高排流保護的效果；

(3)采取措施減少干擾源泄漏到大地的電流量；

(4)對雜散電流影響管道的周圍高危地段加強監控和巡查，對檢測發現的問題及時進行修復和改造。

4 結論

根據檢測結果，為確保管道安全運行，必須加強對埋地鋼管外防腐層的監控與維護，同時對檢測發現的問題進行修復和改造，需進一步采取以下措施：

(1)對防腐層防防護等級為四五級，腐蝕防護系統缺陷嚴重，不能滿足設計要求，必須采取有計劃的開挖檢驗、修復，避免金屬管道的腐蝕；

(2)對不完好的陰保測試井進行修復或更換并做好日常運行維護保養的記錄；

(3)對管線周圍高危地段加強監控和巡查；

(4)定期對雜散電流影響管道進行監測，掌握雜散電流影響大小及趨勢，制定科學的安全管理措施；

(5)針對雜散電流干擾嚴重的管段進行有效排流；

(6)開展完整性管理工作：建立某條管線的地理信息系統，以便對檢驗檢測中發現的缺陷進行動態管理，同時滿足國家對管道安全監察所提出的管道完整性管理和基于風險的檢驗檢測的需求。