埋地管道外防腐層不開挖檢測與評價

江 鋒

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦山第三核電廠有2臺核能發電機組，大量的設備安裝在地面以下的廠房內，廠區室外部分有大量的埋地管道。這些管道分布廣闊、縱橫交錯，埋設深度從1m～4m不等，管道直徑從3/4英寸～12英寸不等，部分管道為2臺機組公用，長達數百米。管道材質包括鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、銅等。如此大量的管道埋設在地表以下，傳輸著電廠運行所需的生活水、廢水、燃油、氫氣等各類液態氣態物質，保證了電廠各系統和設備的正常運行。為了保護這些管道能長期、安全、可靠地服役，電站設計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與埋地管道外加電流陰極保護系統（簡稱“陰極保護系統”）相互配合，保護這些管道免受腐蝕并在局部出現腐蝕缺陷后減緩腐蝕發展速率。盡管陰極保護系統屬于非運行直接相關的輔助性保護型系統，但陰極保護作為埋地管道的主要防護措施，在管道保護方面起著重要的作用，它與管道防蝕腐層構成了管道的雙層保護體系[1]。

1 陰極保護系統的現狀與問題

秦山第三核電廠埋地管道的陰極保護分為3個區域：應急供水系統（EWS）區域、核島（NSP）區域和常規島（BOP）區域。根據設計，各區域均使用恒電壓輸出式陰極保護整流器作為直流輸出的控制電源，輔助陽極為SPL線型柔性陽極配合碳素材料陽極地床，參比電極為Cu/CuSO4永久埋地參比電極，測試樁為BIG FINK易維護型測試樁。

因為原始設計上的缺陷和建造期間部分管道表面防腐層施工質量、陰極保護系統安裝質量、回填土施工等方面存在較明顯的偏離設計的情況，甚至部分埋地金屬管道無陰極保護，整個廠區室外的埋地管道陰極保護系統在投運后即出現了各種問題，主要表現形式是埋地管道的陰極保護保護電位等重要的系統參數不符合埋地管道陰極保護的有效性準則，造成整個陰極保護系統的有效性缺失嚴重。應急供水系統區域和核島區域多為混凝土路面和石子地面以下區域，在2010年前后已經完成了較為全面的開挖、評價、整改工作，保護電位長期以來都在設計的范圍內，陰極保護系統整體運行情況良好。

但常規島區域，因電站建成投運以來相關的場地、系統等已經經歷了多次的改造，部分管道在建造期間即被埋在混凝土結構中，部分管道的上方后續新建造了永久廠房，部分管道靠近廠房墻根，部分管道已經廢棄，致使當前已不可能執行較為充分的開挖檢查和維修。埋地管道的腐蝕狀態無法直接目視檢查確認，只能利用當前的非開挖檢測技術進行檢測和定性評價，以期大致了解該區域埋地管道的腐蝕情況和陰極保護有效性情況。

2 BOP區域埋地管道防腐層檢測

2.1 管道防腐層不開挖檢測方法

國內外對埋地鋼質管道外防腐完整性直接檢測與評價的方法有: 直流電壓梯度（DCVG）/密間隔電位（CIPS）聯合測量法、管中多頻電流衰減率測量法（PCM 法、S-CAN 法）、交流電位梯度（ACVG或皮爾遜法）等[2]。

根據國家標準GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》附錄D“防腐層破損點定位不開挖檢測方法”中“交流電位梯度檢測方法（ACVG）”對BOP區域埋地管道防腐層缺陷進行檢測分析。該方法簡便，破損點定位準確、檢測靈敏度高、效率高，能定性判斷破損點嚴重性，適用于除鋼套管、鋼絲網加強的混凝土配重層（套管）外，遠離高壓交流輸電線地區，任何交變磁場能穿透的覆蓋層下的管道外防腐層破損點的定位檢測[3]。另外，下列情況會使本方法測量結果的準確性受到影響：交流地電位差測量儀距離發射機較近；管道上方覆蓋物導電性很差的管段，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區域的路面、石子地面、砂石混合回填物等均可能影響檢測結果的可靠性，但這些因素無法避免。管道防腐層整體質量采用DM管道電流測繪系統檢測，根據計算得出的管道防腐層平均絕緣電阻率值Rg來判斷防腐層質量，管道防腐層采用ACVG A字架防腐層異常點檢測法進行檢測，并定位防腐層破損點。

2.2 管道防腐層評價標準

根據國家標準GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》附錄E“外防腐層整體狀況檢測方法”，采用ESTEC埋地管線外防腐層狀況綜合評估系統對現有高壓管道外防腐層整體質量狀況進行檢測評價。分級評價如表1所示。

表1 外防腐層電阻率Rg值（kΩ·m2）分級評價[3]

2.3 管道防腐層不開挖檢測

為相對準確地獲取BOP區域埋地管道防腐層狀態信息，對各條管道進行初步電連接檢測。經測量，BOP區域埋地管道除在陰極接線箱進行電連接外，還有其他電連接。拆除地面陰極接線箱電連接電纜后，經測量，埋地管道還是一個導電系統，且管道基本是多管道同溝敷設，有多處三通、彎頭等均影響管道防腐層評價等級。因此，除了2臺機組汽輪機廠房南側大約30m范圍內存在較大信號干擾、DM接收機收集不到信號、部分管道加不了信號沒法進行評價外，其他只能采集較強管道信號進行防腐層評價且必然降低評價等級，影響評價結論。

選取BOP區域7條檢測信號最強的埋地管道，采用DMII儀器進行檢測，通過地面消防栓或者引出的測量線給埋地管道施加電流，以10m等距測量記錄管道的電流，并計算防腐層絕緣電阻。檢測電流均為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時不能區分每條管道。管道防腐層檢測與評價情況如表2所示。

表2 管道防腐層檢測與評價統計表

3 土壤電阻率檢測

為合理評估埋地管道防腐層等級，必須綜合考慮埋地管道所處的土壤環境腐蝕性的強弱。土壤環境腐蝕性，通常以土壤電阻率來衡量。土壤電阻率是單位長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土壤導電性能的強弱，導電性與腐蝕性成正相關。土壤電阻率與土壤腐蝕等級關系如表3所示。

表3 土壤電阻率-腐蝕等級表[3]

參考國家標準GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》附錄A“土壤腐蝕性檢測方法”，采用四電極法測試，測試儀器為ZC-8接地電阻測試儀。本次檢測根據現場情況選擇2個檢測點對土壤進行了土壤電阻率測試，選取的點為1#、2#機組各一處，設備為OER2571土壤電阻率測試儀，測試結果如表4所示。

表4 土壤電阻率測試記錄表

從表4的檢測數據可知，測試點土壤電阻率均大于100Ω·m。根據土壤電阻率-腐蝕等級表3，結合測量日期前雨水較多，電阻率應比正常天氣情況時要小，故土壤腐蝕性總體評價等級為“弱”。

4 雜散電流檢測

雜散電流是指在規定的電路或計劃電路之外流動的電流，一般來自于埋地管道周圍的電場環境。雜散電流可通過測定一定時間段內的管地電位穩定情況（如是否存在波動等）來定性評價是否存在。

本次檢測交流雜散電流采用測量交流管地電壓大小來評價，主要測量交流干擾情況。測試采用連續測試的方法，參比電極使用飽和硫酸銅電極，使用的儀器為存儲式雜散電流測試儀，儀器的通道狀態設置為交流。在2臺機組汽機房南側分別選取1處，利用管道測試線測量管道的交流電壓。測量結果如表5所示。數據處理根據GB/T 50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》和GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》來進行判斷評價。

表5 測試點管道交流電壓測量

從上述2臺機組BOP區域交流干擾電壓波動范圍分別為0～0.533V和0.013～0.711V可見，BOP區域地下管道交流干擾電壓不超過4V，交流影響弱，不需要采取交流干擾防護措施[3]。

5 檢測結論及建議

5.1 檢測結論

（1）用DMII設備對管道防腐層檢測可以看出，管道防腐層整體質量狀況處于3級、4級，按照GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》中評級標準，管道防腐層總體質量一般；

（2）綜合現場檢測評價情況、管道敷設及分布情況以及高土壤電阻率管道防腐層檢測經驗，管道防腐層綜合等級1級～2級，總體防護效果良好，但存在少量防腐層破損缺陷；

（3）BOP區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）利用陰雨天氣過后土壤整體潮濕的有利條件，對BOP區域埋地管道的保護電位進行全面檢測，了解土壤環境對保護電位的影響規律；

（2）后續在有機會開挖的條件下，充分開挖部分管道進行表面防腐層狀態直接目視檢查、漏點檢查、粘結力檢查，充分了解防腐層的狀態，及時修復破損點；

（3）繼續跟蹤管道的防腐層狀態，定期進行不開挖檢測與評價。對于檢測中發現的可能存在的嚴重缺陷，創造條件進行開挖修復；

（4）提高BOP區域陰極保護系統檢測頻率，在允許的情況下盡量改為每周檢測一次，充分了解系統保護狀態的變化，及時調整。