淺談杭州燃?xì)怃撡|(zhì)管道陰保測(cè)試樁管理與維護(hù)

楊國(guó)華(杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，浙江 杭州 310017）

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淺談杭州燃?xì)怃撡|(zhì)管道陰保測(cè)試樁管理與維護(hù)

楊國(guó)華
(杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，浙江 杭州 310017）

摘 要：對(duì)杭州市鋼質(zhì)燃?xì)夤艿狸幈y(cè)試樁進(jìn)行了系統(tǒng)普查，并分析了造成測(cè)試樁完好率不高的原因，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，取得了一定的效果，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：鋼質(zhì)管道 腐蝕 測(cè)試樁

0 概述

金屬腐蝕廣泛的存在于我們的生活中, 國(guó)外統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,各國(guó)因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失已占各國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的1%～5%。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的年腐蝕損失為5000多億元人民幣,年腐蝕損失約占GNP 的6%[1]。針對(duì)天然氣行業(yè)的腐蝕情況，《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》也進(jìn)行了調(diào)查，以鄭州燃?xì)庥邢薰镜母g情況為例，1999年該公司對(duì)800多千米的庭院天然氣管網(wǎng)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)露鐵點(diǎn)20000多個(gè)，漏氣點(diǎn)200多個(gè)（絕大多數(shù)屬于腐蝕穿孔）。腐蝕不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，甚至還造成大量有用有毒物質(zhì)的泄漏、爆炸，以及大規(guī)模的環(huán)境污染等，更有甚者一些腐蝕破壞事故還造成了人員傷亡等如2012年7月8日，鞍山DN500中壓燃?xì)夤艿栏g穿孔造成泄漏爆炸，致中長(zhǎng)鐵路上行停運(yùn)2小時(shí)，下行停運(yùn)1小時(shí)；2013年11月22日，中石化青島東黃輸油管道因腐蝕造成泄漏爆炸，致使62人遇難，136受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5億元。

國(guó)內(nèi)燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，管道材質(zhì)由原先的鑄鐵管、鋼管逐漸向PE管改進(jìn)，但由于PE管存在大口徑難熱熔等問(wèn)題，目前杭州主城區(qū)管網(wǎng)仍有40%的管道為鋼管材質(zhì)。現(xiàn)今，埋地鋼管的腐蝕控制采用防腐層+陰極保護(hù)的組合形式[2]，其中防腐層的狀況可以通過(guò)測(cè)量防腐層的絕緣電阻率來(lái)評(píng)價(jià)，陰極保護(hù)的狀況可以通過(guò)測(cè)量陰極保護(hù)電位來(lái)評(píng)價(jià)。而陰極保護(hù)電位的測(cè)量是通過(guò)與鋼管相連的測(cè)試樁進(jìn)行的。正確的測(cè)量鋼質(zhì)管道的管/地電位有3種意義[3]：①未施加陰極保護(hù)的管/地電位是衡量土壤腐蝕性的一個(gè)參數(shù)；②施加陰極保護(hù)的管/地電位是判斷陰極保護(hù)程度的一個(gè)重要參數(shù)；③當(dāng)有干擾時(shí)，管/地電位的變化是判斷干擾程度的重要指標(biāo)。可見(jiàn)陰保測(cè)試樁是陰極保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)判斷埋地鋼管的陰極保護(hù)效果起到至關(guān)重要的作用。

1 杭州燃?xì)怃撡|(zhì)管道陰保測(cè)試樁現(xiàn)狀及分析

杭州市現(xiàn)有埋地燃?xì)夤艿?558.4 km，其中中壓A鋼管779.743 km，中壓B鋼管305.531 km，低壓鋼管約500 km，綜合測(cè)試樁2021個(gè)，電位測(cè)試樁626個(gè)。在日常檢測(cè)中，我們發(fā)現(xiàn)部分測(cè)試樁存在著埋失如圖1所示、破損如圖2所示、氧化失效以及其他等等多種問(wèn)題如圖3所示。

圖1 測(cè)試樁埋失

圖2 測(cè)試樁井蓋缺失、破損

圖3 氧化、埋深太深

因部分測(cè)試樁存在問(wèn)題，在陰保電位測(cè)量過(guò)程中近35%的數(shù)據(jù)是通過(guò)閥門井測(cè)量所得，由于便攜式參比電極放于閥井內(nèi)壁或電阻率較大的水泥、瀝青路面上，使測(cè)量的陰保電位存在一定的誤差，使測(cè)量的陰保電位存在偏差，影響著我們對(duì)埋地燃?xì)怃摴荜幈顟B(tài)真實(shí)情況的判斷，致使管道存在腐蝕泄漏的隱患。

對(duì)此，杭州燃?xì)?013年起有針對(duì)性地對(duì)全市2600余只埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)測(cè)試樁進(jìn)行了普查，重點(diǎn)調(diào)查了江干區(qū)1012只陰保測(cè)試樁，其中綜合測(cè)試樁782只，電位測(cè)試樁230只，分別占總測(cè)試樁的比例為77.3%和22.7%。對(duì)1012只測(cè)試樁調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：完好測(cè)試樁718只，完好率為70.9%。存在破損或腐蝕等問(wèn)題的測(cè)試樁294只，占總數(shù)的29.1%。其中，破損（埋失）測(cè)試樁132只，腐蝕測(cè)試樁106只，分別占問(wèn)題測(cè)試樁的44.9%和36.1%。調(diào)查過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)測(cè)試樁倒伏、水泥澆筑、 測(cè)試樁內(nèi)有水等問(wèn)題（見(jiàn)表1 問(wèn)題測(cè)試樁統(tǒng)計(jì)）。

表1 問(wèn)題測(cè)試樁統(tǒng)計(jì)

通過(guò)表1我們發(fā)現(xiàn)，影響測(cè)試樁的完好率的主要有兩個(gè)方面，一是測(cè)試樁破損（埋失）；二是測(cè)試樁腐蝕。對(duì)此，杭州燃?xì)飧鶕?jù)杭州市埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)所在區(qū)域分布情況結(jié)合陰保測(cè)試樁的自身因素，日常維保，外界影響等多方面，對(duì)影響陰保測(cè)試樁存在問(wèn)題兩種情況進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)試樁所用銅片在杭州高溫高濕環(huán)境中容易腐蝕造成了測(cè)試樁不可用，另一個(gè)方面測(cè)試樁破損（埋失）主要是由于第三方施工建設(shè)造成的。

1.1 測(cè)試樁腐蝕原因分析

杭州燃?xì)獍l(fā)現(xiàn)測(cè)試樁材料的腐蝕問(wèn)題主要集中在電路板和連接導(dǎo)線氧化腐蝕兩個(gè)方面。其中電路板氧化腐蝕主要是因?yàn)闇y(cè)試樁銅片及接線柱為黃銅材質(zhì)，綜合曹楚南《中國(guó)材料的自然環(huán)境腐蝕》[M]、吳軍等《紫銅T2和黃銅H62在在熱帶海洋大氣環(huán)境中的早期腐蝕行為》[J]、李勇等《黃銅脫鋅腐蝕的研究進(jìn)展》[J]及崔中雨等《在西沙嚴(yán)酷海洋大氣環(huán)境下紫銅和黃銅的腐蝕行為》[J]等專著或文獻(xiàn)的研究，紫銅（銅含量≥99%）與黃銅（Cu 61.56、Zn 38.43 和 Pb 0.006）的潮濕環(huán)境中均會(huì)發(fā)生氧化腐蝕，在表面生成腐蝕產(chǎn)物“銅綠”，但紫銅表面發(fā)生的腐蝕為均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物腐蝕產(chǎn)物由內(nèi)層致密的 Cu2O 及外層的 Cu2Cl(OH)3組成，而黃銅發(fā)生的為脫鋅腐蝕，腐蝕產(chǎn)物主要為ZnO 和Zn5(OH)8Cl22H2O，腐蝕產(chǎn)物層下的基體為20～50μm 厚度不等的脫鋅層，鋅的選擇性溶解使得富銅相與富鋅相之間產(chǎn)生了縫隙和裂紋。這種縫隙和裂紋的形成使得材料表面更容易受到進(jìn)一步的腐蝕，使得黃銅脫鋅進(jìn)一步向材料深處擴(kuò)展，嚴(yán)重的會(huì)腐蝕穿孔。圖4、圖5為紫銅與黃銅的腐蝕形貌[4]。

圖4 紫銅的腐蝕形貌圖

圖5 黃銅的腐蝕形貌（有裂紋）

圖6 紫銅、黃銅的腐蝕速率對(duì)比圖[5]

同時(shí)，根據(jù)崔中雨等的研究在高溫、高濕的大氣環(huán)境中黃銅的腐蝕速率為5.90 μm/a，大于紫銅的腐蝕速率5.88μm/a。杭州市的地下水位偏高，平均在1.2m左右，土壤潮濕，雨水較多，年平均降雨量1435mm，平均相對(duì)濕度為76%，，結(jié)合紫銅、黃銅的腐蝕速率對(duì)比如圖6所示，我們確定杭州的海洋性氣候、溫度及濕度高的特點(diǎn)造成黃銅容易腐蝕。

1.2 測(cè)試樁破損（埋失）原因分析

隨著杭州城市的快速發(fā)展，特別是地鐵站點(diǎn)、秋石三期、紫之隧道等大型工程的相繼開(kāi)工建設(shè)，第三方施工建設(shè)給測(cè)試樁的完好帶來(lái)了巨大的壓力。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在132只破損（埋失）的測(cè)試樁中，由第三方施工建設(shè)造成破損（埋失）101只，占比76.5%，其中破損71只，埋失30只。部分第三方施工單位在未及時(shí)通知燃?xì)夤镜那闆r下盲目野蠻施工，造成測(cè)試樁埋失破損，等巡檢發(fā)現(xiàn)時(shí)，為時(shí)已晚。

2 應(yīng)對(duì)措施

2.1 測(cè)試樁腐蝕問(wèn)題的維修

（1）根據(jù)紫銅與黃銅的腐蝕速率分析，杭州燃?xì)庠诓糠譁y(cè)試樁上用紫銅片試驗(yàn)性替換黃銅片，如圖7、圖8所示；

（2）一些埋設(shè)時(shí)間較早的測(cè)試樁所用測(cè)試線為簡(jiǎn)單的單層聚乙烯線，易滲水腐蝕。參考GB T 21448-2008 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定，將測(cè)試樁的陰極線更換為4mm2雙層聚乙烯線，陽(yáng)極線更換為16mm2雙層聚乙烯線，如圖9所示；（3）將綠化帶及小區(qū)內(nèi)的埋入式測(cè)試樁更換為露出式不銹鋼測(cè)試樁，露出式不銹鋼測(cè)試樁顏色選用醒目的黃色，露出地面70cm。由于杭州地下水位偏高，環(huán)境潮濕，埋入式測(cè)試樁易遭受腐蝕，且巡查時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，而露出式測(cè)試樁將原先埋設(shè)于路面之下的測(cè)試樁元件整體抬升至地面以上，脫離了潮濕土壤和地下水的接觸，腐蝕的速率會(huì)大大減緩，具有醒目，不易腐蝕的優(yōu)勢(shì)。

圖7 更換前（黃銅片）

圖8 更換后（紫銅片）

圖9 維修前、后的測(cè)試線

2.2 改善針對(duì)第三方施工的處理機(jī)制

隨著城市的快速的發(fā)展，第三方施工建設(shè)往往容易造成測(cè)試樁的破損或埋失，而且第三方施工不僅僅只對(duì)燃?xì)庠O(shè)施產(chǎn)生影響，對(duì)所有地下管線行業(yè)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)棘手的難題。針對(duì)此種情況，杭州燃?xì)馔ㄟ^(guò)2個(gè)方面改善對(duì)第三方施工造成測(cè)試樁損壞（被埋）的處理機(jī)制：

（1）在第三方施工前，由巡檢班人員利用PDA手機(jī)巡檢系統(tǒng)定位測(cè)試樁位置，如圖10所示；

圖10 測(cè)試樁定位圖（綠色圓點(diǎn)）

并在現(xiàn)場(chǎng)與施工人員進(jìn)行確認(rèn)，告知施工時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，發(fā)放簽收安全告知書，提醒辦理監(jiān)護(hù)手續(xù)。施工過(guò)程中，巡護(hù)人員加強(qiáng)施工地段的監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試樁損壞或埋失的，及時(shí)制止，并通過(guò)PDA手機(jī)上傳巡檢系統(tǒng)，最后再安排具有資質(zhì)的施工單位對(duì)測(cè)試樁進(jìn)行維修；

（2）測(cè)試樁分布范圍廣，巡檢人員有時(shí)對(duì)部分遭第三方破壞的測(cè)試樁無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。杭州燃?xì)饨梃b調(diào)壓器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳監(jiān)控的方法，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)陰保遠(yuǎn)傳系統(tǒng)首次增設(shè)了預(yù)警裝置（圖11）所示；

圖11 陰保遠(yuǎn)傳系統(tǒng)

遠(yuǎn)傳裝置采集測(cè)試樁的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，每隔五min通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)向用戶終端傳送，客戶端能實(shí)時(shí)查看所測(cè)得的陰保電位數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)試樁被第三方破壞后數(shù)據(jù)傳輸終止，服務(wù)器30min未收到傳輸數(shù)據(jù)后，會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，向負(fù)責(zé)人員及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，便于巡護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)查看，制訂處置措施。

3 結(jié)論與下步計(jì)劃

3.1 結(jié)論

通過(guò)以上措施，杭州燃?xì)怅幈y(cè)試樁的完好率由以前的70.9%上升至86.9%，其中第三方施工造成測(cè)試樁的破損（埋失）率較近三年3%左右，大幅下降至1.58%，如圖12所示；

圖12 歷年第三方施工造成測(cè)試樁破損（埋失）情況

圖13 近三年搶修統(tǒng)計(jì)

提高測(cè)試樁的完好率可以有效的提高對(duì)燃?xì)怃摴芨g現(xiàn)狀的判斷，幫助公司盡早的采取措施預(yù)防事故的發(fā)生，將事后管理變?yōu)槭虑邦A(yù)防，減少搶修的頻率。從圖13中可以看出2012年及2013年，因腐蝕引起的搶修均達(dá)到10次以上，2014年測(cè)試樁維修后，加強(qiáng)了陰極保護(hù)測(cè)試樁的維護(hù)，提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，杭州燃?xì)饽軌蚋鶕?jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確的判斷埋地管線防腐層的優(yōu)劣，提前采取相應(yīng)的措施，避免腐蝕穿孔造成的搶修，2014年全年因腐蝕引起的搶修僅為5次。

3.2 下步計(jì)劃

（1）杭州燃?xì)庠?015年將繼續(xù)跟蹤調(diào)查在江干區(qū)已更換的測(cè)試紫銅片的腐蝕情況，與其它未更換的黃銅片進(jìn)行對(duì)比分析，分析紫銅片與黃銅片各自的腐蝕時(shí)效，驗(yàn)證施的準(zhǔn)確性，以決定下一步是否對(duì)全杭州市的測(cè)試樁黃銅測(cè)試片進(jìn)行更換；

（2）在今后繼續(xù)跟蹤在陰極保護(hù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)上增加的埋失報(bào)警功能使用情況，分析是否存在系統(tǒng)漏洞，經(jīng)確認(rèn)系統(tǒng)完善后，將分批次逐步擴(kuò)大到全杭州市埋地燃?xì)怃摴軠y(cè)試樁安裝試用；

（3）針對(duì)測(cè)試樁埋失后無(wú)法定位查找，只能補(bǔ)加測(cè)試樁的現(xiàn)象，杭州燃?xì)鈹M借鑒CJJ/T153-2010《城鎮(zhèn)燃?xì)鈽?biāo)志標(biāo)準(zhǔn)》中涉及的利用電子信息標(biāo)識(shí)器標(biāo)識(shí)地下管線的方法，在拱墅區(qū)選取20個(gè)測(cè)試樁埋設(shè)普通電子標(biāo)識(shí)器進(jìn)行埋失、查找試驗(yàn)，試驗(yàn)成功后將在新建管線測(cè)試樁中埋設(shè)該電子標(biāo)識(shí)器；

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中圖分類號(hào)：TU 996

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.04.015.04

作者簡(jiǎn)介：楊國(guó)華（1961-），男，浙江杭州人，工程師，本科，從事燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施安全技術(shù)管理工作。

Discussion on the Management and Maintenance of Hangzhou Gas steel pipeline's cathodic protection test post

YANG Guo-hua
(Hangzhou Gas Group Co., Ltd.Hangzhou 310017, China)

Abstract：This paper has systematically surveyed the cathodic protection test posts of Hangzhou steel gas pipeline, and analyzed the reasons for the low rate of the test post's integrity, put forward the corresponding countermeasures, and achieved some results, having some reference in the practical application effect.

Keywords:steel pipe; corrosion; test post