HR公司埋地燃氣管道防腐控制及實踐

董　忠

HR公司埋地燃氣管道防腐控制及實踐

董忠

（合肥燃氣集團有限公司，安徽 合肥 230000）

文章結合城鎮燃氣管道發展情況，總結了不同氣源的防腐情況，全面分析了鋼制燃氣管道防腐存在的問題，結合目前城燃行業常見的防腐控制方法以及注意事項，總結了各種防腐技術存在的問題，針對存在的問題提出了相應的建議，為城鎮燃氣管道防腐提供了新思路。

3PE加強級（工廠化）防腐；黏彈體防腐；燃氣管道；異形件；應用

引言

據統計全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經濟損失約7000億～10000億美元[1]。據相關研究統計，我國每年因腐蝕造成的損失，按照占當年GDP的3%計算[2]，是各種自然災害所造成損失總和的數倍，腐蝕問題已經成為影響國民經濟和社會可持續發展的重要因素之一。

因為燃氣介質易燃易爆的特性，相對于其他行業，管道腐蝕對于燃氣行業的影響更大，一直是城市燃氣行業關注的重心之一。

1 燃氣行業管道腐蝕機理及控制措施

1.1 燃氣管道的腐蝕情況

燃氣管道腐蝕按性質可分為物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕，其中物理腐蝕和化學腐蝕較為均勻，整體可控，風險性較小，而電化學腐蝕是由金屬和電解質組成的原電池氧化還原反應，其由于腐蝕不均勻和偶然性，經常表現為局部腐蝕甚至出現穿孔，是燃氣行業風險最大的腐蝕種類，當周邊土壤存在較多的雜散電流時情況尤其惡劣[3-6]。

按腐蝕的部位不同可分為內表面腐蝕和外表面腐蝕。對于燃氣行業來說，尤其是城鎮燃氣，由于燃氣介質一般較為干凈、單一，內壁防腐的程度和危害均較少，絕大多數的防腐一般發生在外壁，這也決定了城燃行業腐蝕控制的重心是以外表面防腐為主。

1.2 常用的防腐蝕控制手段

目前燃氣行業常用的主要防腐控制手段如下。

耐腐蝕的管材：采用塑料管或其他的非金屬管材，對于城燃行業而言主要就是在中低壓管道上采用PE管。

絕緣防腐層：采用特殊的物質，增加管道與土壤或管道與輸送介質間的電阻，從而實現管道外壁與外界環境的隔離，達到避免管道受到腐蝕的效果。防腐層一般要求與鋼管的粘結性較好，可保持連續完整且電絕緣性能好，對極端電壓有足夠的耐壓強度和足夠的電阻率，有良好的防水性和化學穩定性。

電化學保護法：通過外加電流使金屬制品的電位發生變化，從而減緩或抑制金屬制品的腐蝕。又可細分為犧牲陽極保護法和外加電流法，是城燃行業重要的輔助防腐手段，尤其是當面臨雜散電流影響時，正確使用該方法非常關鍵。

對城燃行業來說，各類防腐蝕工藝中，最直接也是最主要的防腐蝕手段依然是管材及外防腐層本身的腐蝕控制，正確涂敷的防腐蝕層應該為埋地構件提供99%的保護需求，而余下的1%由陰極保護提供。本文著重就管材及外防腐層本身的腐蝕控制進行簡單分析。

2 HR公司埋地管道的選用

2.1 城燃行業管材的簡介

城市燃氣行業目前在運行的燃氣管道主要為鑄鐵管道、鋼質管道及聚乙烯管道。從行業的發展來看，鑄鐵管道由于存在接口密封性差、延展性差、抗載荷能力差、適應性差等弊病，因此在提升本質安全要求的推動下，灰口鑄鐵管被迅速淘汰，球墨鑄鐵管也沒有在燃氣輸送中推廣開來，鑄鐵管在燃氣行業成為被實際淘汰的狀態，更安全可靠的鋼管和PE管逐漸成為主流。

PE管因為耐腐蝕、柔性好的特點，在城市中低壓管道上被大面積推廣使用。但PE管也有一定的缺陷：自身承壓能力差，部分PE管件、閥門質量不過硬，對溫度的敏感性大，大口徑時管材過高，質量控制手段較少等，造成PE管的使用也受到很大的局限。鋼管各項性能指標的優勢使其成為燃氣行業最可靠的管材之一。但鋼管的主要問題就是耐腐蝕性能差，對防腐的要求較高，防腐成為至關重要的問題。

2.2 HR公司埋地管材的選用

自西氣東輸工程以來，HF市開始大量按輸送天然氣建設城市燃氣管道，通過調研考察、技術比選，HR公司選用了DN200以上口徑中低壓管道采用鋼管，防腐采用3PE加強級（工廠化）防腐；DN200以下中壓、或熱力管道附近低壓采用鋼管，防腐采用人工聚乙烯防腐膠粘帶加強級防腐；各類鋼質閥門等采用四油三布加強級防腐；DN200以下一般區域低壓管道采用PE管的方式。這些做法取得了較好的安全、經濟效益，極大地降低HF市的管道泄漏率，保障了HF市的天然氣安全供應。

2006年前后，隨著PE管技術的成熟和推廣，HR公司逐步加大PE管的應用，逐步在中壓、DN300、DN400以下口徑全面推廣PE管。但由于應用場景（管廊、埋深不足、溫度較高場合）、材料工藝、經濟性、安全性（應用溫度、壓力受限）等問題，PE管無法取代鋼管，尤其是較大口徑、較大壓力、溫度較高、埋深較淺場合的埋地鋼管。

3 工廠化3PE防腐的推廣應用

從防腐工藝的角度，聚乙烯防腐膠粘帶加強級防腐和3PE加強級（工廠化）防腐均能對鋼質管道起到良好的保護作用，其優缺點如表1所示。

表1 兩種防腐方式性能表

聚乙烯膠粘帶防腐因為野外作業環境惡劣，造成施工質量較難控制。另一方面城燃企業近幾十年的高速發展對于施工人員、組織的需求極大，由于施工班組到施工人員的素質參差不齊，因此很難做到各施工單位間的標準化和一致化水平，過程監管尤其是高勞動力水平的質量管控難度極大。這些都導致了大規模人工防腐的方式質量不穩定，漏氣情況較多。早期由于工程成本費用較低，該方式在城燃企業被廣泛使用，但從HR公司運營經驗來說大規模人工聚乙烯膠粘帶防腐質量管理難度較大，不宜大規模使用。

以HF市A小區為例：該小區燃氣管網建設于2007年，小區低壓管線全長約5200 m，由于小區伴行建設有供熱管道，主管道為DN200鋼管采用3PE工廠化防腐，其余支管為DN50至DN90的聚乙烯膠粘帶防腐。運行多年后風險較大，僅2017—2019年間該小區就發生了7次漏氣搶修作業。

HR公司為解決聚乙烯膠粘帶防腐的現場施工質量難以控制的問題，先后通過加強施工過程管控、集中在車間開展防腐等方式，但收效并不明顯。

與人工防腐質量不穩定相對應的是3PE加強級（工廠化）防腐由于底層為環氧粉末涂料的優異性能，利用工廠化燒結工藝在鋼管外表面形成一層結合力強、防腐性能優異的環氧層，有效隔絕水氣環境，是目前燃氣行業最優異的防腐材料之一，其早期由于國產化程度不高、產能不夠、造價較高推廣速度較慢。但隨著我國自西氣東輸一期工程開始吸收引進3PE防腐工藝以來，其發展迅速，經過多年的國產化應用和產業培養，工藝逐漸成熟、產能大幅增加，已能支持國內各類鋼質管道上的大規模應用需要。

自2014年開始HR公司在DN200以下埋地鋼管推廣3PE加強級（工廠化）防腐，雖然初始工程造價有了一定的提高，但對于管道本質安全管控有了較大的提升。2014～2021年以來，隨著推廣規模的增加，DN200以下3PE加強級（工廠化）防腐單位采購成本及造價迅速下降，同期人工成本的迅速增加，至2021年DN200以下口徑3PE防腐單位綜合造價已經較聚乙烯膠粘帶防腐低10%，3PE工廠化加強級防腐各項指標及經濟性均有了較大的優勢。

針對聚乙烯膠粘帶漏氣風險較大的管道，HR公司逐步開展改造改建，上文提到的A小區，也在2020—2021年間逐步將聚乙烯膠粘帶人工防腐鋼管改造成為PE管或3PE加強級（工廠化）防腐鋼管，自改造完成以來一切運行良好，未發生泄漏。

4 異形件的粘彈體防腐的應用

隨著近年來HR公司大規模普及PE管、3PE加強級（工廠化）防腐鋼管，過去大規模人工防腐的弊端得到了根本性的改變。

但3PE加強級（工廠化）防腐鋼管也存在著一定的短板，人工補口不方便，對于異型件的防腐捉襟見肘。對于埋地放散管、法蘭等異型件，往往利用四油三布等石油煤瀝青、環氧煤瀝青防腐的方式對異型件進行修補。但這些方式不能完美地解決防腐的實際問題，傳統的“四油三布”防腐方式工序較多，對現場操作工人要求較高，費時費力，操作不當時容易降低防腐功效，甚至加速腐蝕。

表2 HR公司近3年部分區域的埋地管道因腐蝕而產生的維修情況表

根據HR公司近年來鋼質管網腐蝕情況的分析，目前HR公司埋地鋼管的腐蝕漏氣情況主要有埋地人工防腐鋼管防腐層腐蝕泄漏、埋地異形件腐蝕、法蘭密封泄漏等，認為隨著人工防腐聚乙烯膠粘帶防腐工藝的退出，鋼管的本質安全性有了較大的提高。埋地人工防腐鋼管的泄漏逐漸下降，放散閥、放散管等異型件的腐蝕問題逐漸增加，成為管控重點。

為切實解決異形件防腐的問題，HR公司技術人員通過對各類防腐技術（重點是輸氣領域）的研究，認為黏彈體在施工的防腐性能、實施便利、方便管控方面均有一定的優勢，目前國產黏彈體的發展進度也較快，可實施性好。

黏彈體防腐材料是一種一般不會老化、固化的粘性聚合物，具有獨特的冷流特性，在防腐劑修復的過程中可以達到自修復功能，已達到完全保護的效果。黏彈體防腐材料無需涂刷底漆，無脫落、無開裂、無硬化，具有優異的粘接密封性和良好的耐化學性，并且無陰極剝離現象。徹底杜絕水分侵入及微生物腐蝕，使其具有獨特的長效性。針對管線本體、管線補口、防腐層損傷修復、異型設備（彎頭、三通、法蘭、閥門等）防腐等的適應性良好。油氣輸送領域已經大面積開展此類材料的使用，但作為城鎮燃氣系統使用仍然較少。

HR公司通過分析后決定在城市燃氣管道異形件引入黏彈體進行防腐的研究和應用，提升管網的防腐質量和效果。

通過對黏彈體的技術特性及市場上各黏彈體廠家的推薦做法的研究，HR公司形成了具有自身特色的黏彈體施工工藝。

（1）徹底清理干凈腐蝕產物或腐蝕坑內殘留的填充物，將粗糙的焊縫和尖銳凸起打磨平滑。

（2）使用黏彈體膏對異形件中包括螺栓、法蘭縫隙、焊縫等處進行涂抹填充，整壓嚴實，無漏點，無空隙，并將其原本不規則的外表塑造成平滑的外形。

（3）纏繞黏彈體膠帶，膠帶之間的搭接長度不小于50 mm。

（4）聚乙烯膠粘帶保護施工，為防腐的可靠性，HR公司在黏彈體膠帶施工完成后，還利用聚乙烯膠粘帶對黏彈體膠帶進行一次再保護，提升防腐的可靠程度。

與通常的黏彈體施工方式相比，HR公司在黏彈體施工方式增加了一層聚乙烯膠粘帶對異型件及黏彈體防腐結構進行保護，取得了一定的效果。

通過HR公司的實際應用情況，在接氣連接器、不停輸封堵、放散管、放散閥本體、埋地法蘭等異性件方面范圍內推廣使用黏彈體防腐材料，與過去的防腐形式相比將增加防腐成本約50萬元/年。比較延長管網使用壽命提升及腐蝕帶來就造成嚴重后果，HR公司認為城市燃氣異形件應用黏彈體防腐的效果較好。

但黏彈體防腐目前仍有一定的問題需要解決：（1）市場產品良莠不齊，國內外產品質量尚有一定的差距，建議國內各企業加強技術攻關、提升產品水平，開發更適應國內城燃行業的黏彈體產品及施工工藝，提升產品可靠性。（2）人工消耗大，受大環境影響，城燃行業各地均表現出一定的技術工人缺乏、勞動力密集性的防腐工藝推廣有一定的難度，黏彈體工藝有待于進一步提升，開發工廠集中防腐工藝以降低現場工人的實際工作強度及耗時。（3）目前黏彈體產品的經濟性仍然較差，需要進一步通過技術革新和規模效應降低生產成本。（4）技術標準不完善。目前黏彈體雖然已在油氣管道領域大面積使用，中石油等也編寫了一系列的技術規格書，但各廠家生產的產品也還沒有形成標準統一的技術規格，目前專門針對黏彈體的防腐標準體系暫未建立，這也一定程度影響了黏彈體技術在行業里的推廣和普及。建議盡快成立相關研究，規范黏彈體防腐的生產、設計、施工。

整體測算認為黏彈體的整體成本依然較高，以DN300口徑計算每公里僅黏彈體防腐就需要僅50～60萬防腐成本，價格較高，大面積推廣城燃企業難以承受，目前只能作為異形件、修補或局部加強防腐等級的補充。因此，有待價格進一步降低、技術進一步革新、工時下降后，討論全面推廣普及的可能性。

5 結束語

綜上所述，燃氣行業作為安全風險較高的行業，腐蝕對燃氣行業尤其是埋地鋼管的危害極大，選取水平較可靠的防腐方式是提高燃氣管道本質安全，保障燃氣安全供應的手段。

根據可靠性、經濟性等來選用防腐效果較為理想的工廠標準化生產的環氧類防腐管道，其效果較好。

工廠生產的防腐適宜于規模化、批量化使用，對于部分放散閥、放散管、閥門等管道、工藝設備，由于零散、分散、特殊的補口不適宜采用工廠化的防腐手段。黏彈體防腐技術的防腐工藝先進，特別合適與異形件的防腐增強，可以作為城燃行業異形件防腐的重要手段。

[1]劉暢. 城鎮燃氣管道材料對比分析與應用研究[D]. 北京: 北京建筑大學，2020.

[2] 張玉星. 北京燃氣埋地管道腐蝕控制現狀及技術進展[J]. 煤氣與熱力，2020，40(12): 27-31，43.

[3] CJJ63－2018. 聚乙烯燃氣管道工程技術標準[S]. 北京: 中國建筑工業出版社，2018.

[4] GB50028－2006. 城鎮燃氣設計規范[S]. 北京: 中國建筑工業出版社，2006.

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[6] 張玉星，邢琳琳，王一君，等. 城鎮燃氣鋼質管道腐蝕原因與對策研究[J]. 城市燃氣，2019(11): 22-25.

Anti-Corrosion Control and Practice of Buried Gas Pipeline in HR Company

Combined with the development situation of urban gas pipeline, this paper summarizes the anti-corrosion situation of different gas sources; this paper comprehensively analyzes the problems and shortcomings of anti-corrosion of steel gas pipeline, summarizes the problems existing in various anti-corrosion technologies based on the common anti-corrosion control methods and matters for attention in the current urban fuel industry, puts forward corresponding suggestions for the existing problems, and provides new ideas for anti-corrosion of urban gas pipeline.

3PE enhanced (industrialized) anti-corrosion; viscoelastic anti-corrosion; gas pipeline; special shaped parts; application

TU996

A

1008-1151(2022)04-0056-03

2022-01-14

董忠（1981－），男，合肥燃氣集團有限公司高級工程師，從事燃氣輸配系統生產、安全、調度、管理等工作。