埋地鋼質(zhì)燃氣管道腐蝕定期檢測與維修實踐

摘 要

摘要：結(jié)合吉林市在役埋地鋼管腐蝕定期檢測與維修的實踐，探討了埋地鋼管腐蝕定期檢測的內(nèi)容、流程、檢測方法及儀器設備選擇。結(jié)合檢測結(jié)果分析了犧牲陽極陰極保護失效的原因，論
摘要：結(jié)合吉林市在役埋地鋼管腐蝕定期檢測與維修的實踐，探討了埋地鋼管腐蝕定期檢測的內(nèi)容、流程、檢測方法及儀器設備選擇。結(jié)合檢測結(jié)果分析了犧牲陽極陰極保護失效的原因，論述了對失效陰極保護管段采取補加犧牲陽極的對策。
關鍵詞：埋地鋼質(zhì)燃氣管道；定期檢測；陰極保護；犧牲陽極
Regular Corrosion Inspection and Repair Practice of Buried Steel Gas Pipeline
JIN Changhao
Abstract：Combined with the regular corrosion inspection and repair practice of in-service buried steel gas pipeline in Jilin City，the items，procedures，test methods and equipment selection for regular corrosion inspection of buried steel gas pipeline are discussed.Based on the inspection results，the reasons for failure of sacrificial anode cathodic protection are analyzed，and countermeasures of adding sacrificial anode for pipe sections with failed cathodic protection are expounded.
Key words：buried steel gas pipeline；regular inspection；cathodic protection； sacrificial anode
1 概述
    截至2005年，吉林市中壓燃氣管網(wǎng)有75km鋼管投入運行。當時鋼管采用聚乙烯黃夾克外防腐層，并設置犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)。隨著管道防腐層的老化和第三方破壞等人為因素的影響，對管道管體腐蝕程度和防腐層總體狀況進行檢測非常必要。根據(jù)行業(yè)標準CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道腐蝕控制技術規(guī)程》中第8.1.1條的規(guī)定，“在役中壓管道防腐層應5年進行1次定期檢測”，考慮吉林港華燃氣有限公司的鋼管敷設運行以來，尚未對陰極保護狀況進行定期檢測，吉林港華燃氣有限公司于2008年對在役埋地鋼管進行了檢測，對外防腐層破損處進行挖掘修復，對犧牲陽極陰極保護失效的管段重新計算并補加犧牲陽極，確保管道處于受保護狀態(tài)。
    本文對吉林港華燃氣有限公司在役鋼質(zhì)燃氣管道腐蝕定期檢測的實踐進行總結(jié)，分析犧牲陽極陰極保護失效原因，論述對失效陰極保護管段采取補加犧牲陽極的對策。
2 埋地鋼管腐蝕定期檢測內(nèi)容及流程
    這次在役埋地鋼管腐蝕定期檢測內(nèi)容主要包括：埋地鋼管沿線土壤腐蝕性檢測、埋地鋼管防腐層絕緣性能檢測、陰極保護效果檢測、開挖驗證。檢測單位經(jīng)過收集在役埋地鋼管的相關資料，制定檢測方案，選擇檢測儀器設備，間接檢測和開挖驗證，得出專項評價指標后進行綜合評價，根據(jù)評價結(jié)果制定和實施管道維護方案。埋地鋼質(zhì)燃氣管道腐蝕定期檢測流程見圖1。
 

3 檢測方法和儀器設備的選擇
    檢測方法和儀器設備的選擇見表1。
表1 檢測方法和儀器設備的選擇
檢測項目
檢測方法
檢測儀器
儀器型號
陰極保護效果
地表參比法
數(shù)字萬用表
VC890D
土壤腐蝕性
等距法
土壤電阻率測量儀
ZC-8
防腐層破損點檢測及定位
皮爾遜檢測法
地下管線探測檢漏儀
ZB-2008
防腐層絕緣性能
變頻選頻法
絕緣電阻測量儀
Bs508多功能型
雜散電流檢測
自動記錄法
雜散電流測試儀
HC-069存儲式
管道腐蝕余厚
直讀法
超聲波測厚儀
TT140
開挖防腐層檢測
—
電火花檢漏儀
JL-2H
4 檢測結(jié)果
4.1 陰極保護效果
4.1.1判定依據(jù)
    根據(jù)GB/T 19285—2003《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》、GB/T 21447—2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》，在施加陰極保護時，測得的管道陰極保護電位(極化電位CSE)應達到-850mV或更負；陰極保護狀態(tài)下管道的極化電位(CSE)不能比-1200mV更負。測量時考慮消除IR降的影響。
4.1.2檢測結(jié)果及分析
對施加陰極保護的鋼管采用地表參比法檢測方法，儀器采用VC890D數(shù)字萬用表，對管地電位進行檢測，結(jié)果有26.54km處于欠陰極保護狀態(tài)。經(jīng)過后期開挖驗證，其原因分析如下。
    ① 犧牲陽極安裝時偷工減料，實際安裝數(shù)量與竣工資料相比，犧牲陽極數(shù)量嚴重不足，導致陰極保護電流不足，具體如下：
    a. 犧牲陽極組安裝數(shù)量與竣工資料相比減少72組(竣工資料為142組，實際檢測為70組)。
    b. 成組安裝的犧牲陽極每組數(shù)量也比竣工資料少(竣工資料為每組2支，實際檢測有的組只有1支)。
    ② 犧牲陽極安裝不規(guī)范，輸出的保護電流小，具體情況如下：
    a. 犧牲陽極填包料擠壓堆放在管道上方，或成組布置的犧牲陽極水平凈距達不到2～3m，使犧牲陽極與管道、犧牲陽極之間的凈距不符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，保護電流小。
    b. 犧牲陽極鋼芯與導線連接不牢、銅線外露、導線與鋼管連接處外露(防腐處有漏點)、導線在測試樁處沒有連接好，使保護電流大量流失。
    c. 犧牲陽極未包裹填包料，陽極極化不完全，過早鈍化，保護電流小。
    d. 凝水缸、閥門、三通、彎頭等不規(guī)則形狀的部位防腐質(zhì)量不好，存在嚴重的漏點。另外，閥門井經(jīng)常出現(xiàn)泡水現(xiàn)象，陰極保護電流流失很大，犧牲陽極消耗過快。
4.2 防腐層絕緣性能
4.2.1判定依據(jù)
    根據(jù)SY/T 5919—2009《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術管理規(guī)程》，防腐層技術等級劃分及采取的維修方式見表2。
表2 防腐層技術等級劃分及采取的維修方式
防腐層面電阻/(Ω·m2)
技術等級
采取的維修方式
＞10000
1
暫不維修
5000～10000
2
按規(guī)定進行檢漏和修補
3000～5000
3
按規(guī)定進行檢漏和修補
1000～3000
4
加密測點進行小區(qū)段測試，對測出的＜1000Ω·m2段進行維修
＜1000
5
大修
4.2.2檢測結(jié)果及分析
    對鋼管防腐層絕緣性能檢測采用變頻選頻法，儀器采用Bs508多功能型絕緣電阻測量儀，共測量106處。根據(jù)檢測結(jié)果，防腐層絕緣性能按照絕緣層電阻分類，見圖2。為了準確確定埋地管道防腐層的破損點，采用交流電位梯度法(皮爾遜法)[1～2]進行防腐層破損點檢測和定位，共檢測和定位56處破損點。按照破損點的大小分類，大破損點2處，中破損點22處，小破損點32處。
 

    埋地鋼管防腐層絕緣性能差的主要原因如下：
    ① 土方回填質(zhì)量差，造成石頭、瓦塊等直接壓到管子上，長時間沉降導致防腐層破損。
    ② 土方回填質(zhì)量差或管道回填時陽極電纜未留一定的松弛度，導線表皮破壞或拉斷，使銅導線裸露，保護電流流失。
   ③ 存在雜散電流干擾。
   ④ 檢測管段有分支管，并未加裝犧牲陽極。
4.3 土壤腐蝕性
4.3.1判定依據(jù)
    根據(jù)GB/T 19285—2003《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》、GB/T 21447—2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》，一般地區(qū)按照土壤電阻率劃分土壤腐蝕性，見表3。
表3 土壤腐蝕性評價
腐蝕等級
強
中
弱
土壤電阻率/(Ω·m)
＜20
20～50
＞50
4.3.2檢測結(jié)果及分析
    對埋地鋼管沿線的土壤腐蝕性采用等距法檢測，儀器采用ZC-8型土壤電阻率測量儀，共測量99處。其土壤電阻率范圍為15.08～207.37Ω·m，檢測結(jié)果及分類見圖3。

    埋地管道沿線土壤腐蝕性大部分為“弱腐蝕”級別，土壤對管道存在較小的腐蝕傷害，相對應的土壤平均腐蝕速率為0.05～0.10mm/a。局部腐蝕速率還受其他因素影響，如雜散電流。
5 防腐層維修及補加犧牲陽極
5.1 防腐層維修
    對檢測出的防腐層破損點56處，按照破損點的大小、分類狀況、開挖地點和難度綜合考慮，對14處(大破損點2處，中破損點10處、小破損點2處)進行了開挖修補。
5.2 補加犧牲陽極
5.2.1土壤電阻率
    土壤電阻率ρ的大小主要取決于土壤中導電離子的濃度和土壤中的含水量，土壤中所含導電離子濃度越高，土壤的導電性就越好，土壤電阻率ρ就越??；土壤越濕，含水量越高，導電性能就越好，土壤電阻率ρ就越小。另外，季節(jié)的變化也將引起土壤電阻率ρ的變化。季節(jié)不同，土壤的含水量和溫度也就不同，土壤溫度高，土壤電阻率ρ下降。因此，對現(xiàn)場所測土壤電阻率進行了人為修正后采用。
5.2.2犧牲陽極種類的選擇
    根據(jù)GB/T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術規(guī)范》，犧牲陽極種類的選擇見表4。
表4 犧牲陽極種類的選擇
犧牲陽極種類
土壤電阻率/(Ω·m)
鎂合金犧牲陽極
15～150
鋅合金犧牲陽極
＜15
    在同一條管道中不宜混用鋅合金、鎂合金犧牲陽極，若混用會使鋅陽極失去犧牲陽極作用[3]。根據(jù)現(xiàn)場實測土壤電阻率取平均值并人為修正結(jié)果和選用鎂合金犧牲陽極的情況，本修復工程選用鎂合金犧牲陽極。
5.2.3在役鋼管保護電流密度選擇
    對于在役有防腐層的埋地鋼管，最小保護電流密度值需要由實際工程測量確定，或取經(jīng)驗數(shù)據(jù)。文獻[3]提供了相關的保護電流密度選用數(shù)據(jù)，見表5。本修復工程考慮防腐層的絕緣性能和留有適當余量，最小保護電流密度取0.1mA/m2。
表5 防腐層面電阻率與所需保護電流密度的關系
防腐層面電阻/(Ω·m2)
所需保護電流密度/(mA·m-2)
10000
0.O3
3000
0.10
1000
0.30
300
1.00
100
3.00
30
10.00
5.2.4犧牲陽極規(guī)格的選擇
    考慮犧牲陽極的使用壽命不小于25年，犧牲陽極的消耗率為7.92kg/(A·a)，依據(jù)土壤電阻率數(shù)據(jù)按表6選用鎂合金犧牲陽極規(guī)格[4]。
表6 鎂合金犧牲陽極規(guī)格的選擇[4]
土壤電阻率/(Ω·m)
60～100
40～60
30～40
20～30
＜20
鎂陽極規(guī)格/(kg·支-1)
4
8
11
14
22
5.2.5補加犧牲陽極數(shù)量
    根據(jù)在役埋地鋼管沿線的土壤電阻率、犧牲陽極使用壽命(大于25年)，綜合考慮選用陰極保護參數(shù)。按照GB/T 21448—2008((埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術規(guī)范》中水平式犧牲陽極的公式，對16條欠陰極保護埋地燃氣鋼管(26.54km)進行了計算，部分結(jié)果見表7。
表7 部分補加犧牲陽極計算結(jié)果
序號
道路名稱
管道外徑/mm
管長/m
修正實測平均土壤電阻率(Ω·m)
陽極質(zhì)量/(kg·支-1)
陽極組數(shù)/組
1
解放路
325
3200
50
8
13
2
天津街
325
890
60
8
5
219
1556
60
8
5
3
中興街
219
1440
30
11
3
4
延興路
219
500
30
11
1
5
北京路
325
617
60
8
3
219
1620
60
8
6
注：犧牲陽極2支為1組。
5.2.6補加犧牲陽極效果
    按照犧牲陽極的計算結(jié)果，于2008年對犧牲陽極失效的埋地鋼管進行了補加犧牲陽極施工。經(jīng)過測量，從2009年以來的運行數(shù)據(jù)來看，其陰極保護電位(CSE)達到-0.85～-1.20V，在有效保護范圍內(nèi)。因此，采取補加犧牲陽極的方法，是行之有效的。
6 結(jié)語
    ① 埋地鋼管防腐層和犧牲陽極陰極保護工程應加強工程監(jiān)管，確保按現(xiàn)行國家標準和行業(yè)標準的要求進行施工，避免偷工減料，保證施工質(zhì)量，才能使陰極保護系統(tǒng)發(fā)揮應有的作用。
    ② 投入運行的埋地鋼管的犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)，應按照現(xiàn)行國家標準和行業(yè)標準的要求，定期進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)陰極保護的缺陷，補加犧牲陽極，確保埋地燃氣鋼管陰極保護系統(tǒng)完好，提高燃氣管道的安全運行水平，延長使用壽命。
    ③ 對在役埋地鋼管防腐層定期全面檢驗是一項專業(yè)性很強的技術工作。因此，建議燃氣公司將燃氣管道定期防腐層全面檢驗工作委托給檢測經(jīng)驗豐富和檢測技術比較好的專業(yè)檢測公司去完成，這樣可以確保防腐層檢驗內(nèi)容完整，其結(jié)果真實可靠。
參考文獻：
[1] 車立新，孫立國.埋地鋼管外防腐層直接檢測技術與方法[J].煤氣與熱力，2007，27(1)：1-4.
[2] 王春起，劉盼全.埋地鋼質(zhì)燃氣管道腐蝕漏氣維修經(jīng)驗[J].煤氣與熱力，2008，28(3)：B57-B60.
[3] 王健，孟繁強，王芷芳.陰極保護設計中的幾個問題[J].煤氣與熱力，1999，19(3)：23-26.
[4] 王亞平，康志剛，孫權(quán)，等.埋地鋼質(zhì)燃氣管道犧牲陽極陰極保護設計[J].煤氣與熱力，2008，28(1)：B13-B17.
 
(本文作者：金昌浩 吉林港華燃氣有限公司 吉林吉林 132013)