埋地钢质燃气管道腐蚀定期检测与维修实践

摘 要

摘要：结合吉林市在役埋地钢管腐蚀定期检测与维修的实践，探讨了埋地钢管腐蚀定期检测的内容、流程、检测方法及仪器设备选择。结合检测结果分析了牺牲阳极阴极保护失效的原因，论
摘要：结合吉林市在役埋地钢管腐蚀定期检测与维修的实践，探讨了埋地钢管腐蚀定期检测的内容、流程、检测方法及仪器设备选择。结合检测结果分析了牺牲阳极阴极保护失效的原因，论述了对失效阴极保护管段采取补加牺牲阳极的对策。
关键词：埋地钢质燃气管道；定期检测；阴极保护；牺牲阳极
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，吉林市中压燃气管网有75km钢管投入运行。当时钢管采用聚乙烯黄夹克外防腐层，并设置牺牲阳极阴极保护系统。随着管道防腐层的老化和第三方破坏等人为因素的影响，对管道管体腐蚀程度和防腐层总体状况进行检测非常必要。根据行业标准CJJ 95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》中第8.1.1条的规定，“在役中压管道防腐层应5年进行1次定期检测”，考虑吉林港华燃气有限公司的钢管敷设运行以来，尚未对阴极保护状况进行定期检测，吉林港华燃气有限公司于2008年对在役埋地钢管进行了检测，对外防腐层破损处进行挖掘修复，对牺牲阳极阴极保护失效的管段重新计算并补加牺牲阳极，确保管道处于受保护状态。
    本文对吉林港华燃气有限公司在役钢质燃气管道腐蚀定期检测的实践进行总结，分析牺牲阳极阴极保护失效原因，论述对失效阴极保护管段采取补加牺牲阳极的对策。
2 埋地钢管腐蚀定期检测内容及流程
    这次在役埋地钢管腐蚀定期检测内容主要包括：埋地钢管沿线土壤腐蚀性检测、埋地钢管防腐层绝缘性能检测、阴极保护效果检测、开挖验证。检测单位经过收集在役埋地钢管的相关资料，制定检测方案，选择检测仪器设备，间接检测和开挖验证，得出专项评价指标后进行综合评价，根据评价结果制定和实施管道维护方案。埋地钢质燃气管道腐蚀定期检测流程见图1。
 

3 检测方法和仪器设备的选择
    检测方法和仪器设备的选择见表1。
表1 检测方法和仪器设备的选择
检测项目
检测方法
检测仪器
仪器型号
阴极保护效果
地表参比法
数字万用表
VC890D
土壤腐蚀性
等距法
土壤电阻率测量仪
ZC-8
防腐层破损点检测及定位
皮尔逊检测法
地下管线探测检漏仪
ZB-2008
防腐层绝缘性能
变频选频法
绝缘电阻测量仪
Bs508多功能型
杂散电流检测
自动记录法
杂散电流测试仪
HC-069存储式
管道腐蚀余厚
直读法
超声波测厚仪
TT140
开挖防腐层检测
—
电火花检漏仪
JL-2H
4 检测结果
4.1 阴极保护效果
4.1.1判定依据
    根据GB/T 19285—2003《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》、GB/T 21447—2008《钢质管道外腐蚀控制规范》，在施加阴极保护时，测得的管道阴极保护电位(极化电位CSE)应达到-850mV或更负；阴极保护状态下管道的极化电位(CSE)不能比-1200mV更负。测量时考虑消除IR降的影响。
4.1.2检测结果及分析
对施加阴极保护的钢管采用地表参比法检测方法，仪器采用VC890D数字万用表，对管地电位进行检测，结果有26.54km处于欠阴极保护状态。经过后期开挖验证，其原因分析如下。
    ① 牺牲阳极安装时偷工减料，实际安装数量与竣工资料相比，牺牲阳极数量严重不足，导致阴极保护电流不足，具体如下：
    a. 牺牲阳极组安装数量与竣工资料相比减少72组(竣工资料为142组，实际检测为70组)。
    b. 成组安装的牺牲阳极每组数量也比竣工资料少(竣工资料为每组2支，实际检测有的组只有1支)。
    ② 牺牲阳极安装不规范，输出的保护电流小，具体情况如下：
    a. 牺牲阳极填包料挤压堆放在管道上方，或成组布置的牺牲阳极水平净距达不到2～3m，使牺牲阳极与管道、牺牲阳极之间的净距不符合现行规范的规定，保护电流小。
    b. 牺牲阳极钢芯与导线连接不牢、铜线外露、导线与钢管连接处外露(防腐处有漏点)、导线在测试桩处没有连接好，使保护电流大量流失。
    c. 牺牲阳极未包裹填包料，阳极极化不完全，过早钝化，保护电流小。
    d. 凝水缸、阀门、三通、弯头等不规则形状的部位防腐质量不好，存在严重的漏点。另外，阀门井经常出现泡水现象，阴极保护电流流失很大，牺牲阳极消耗过快。
4.2 防腐层绝缘性能
4.2.1判定依据
    根据SY/T 5919—2009《埋地钢质管道阴极保护技术管理规程》，防腐层技术等级划分及采取的维修方式见表2。
表2 防腐层技术等级划分及采取的维修方式
防腐层面电阻/(Ω·m2)
技术等级
采取的维修方式
＞10000
1
暂不维修
5000～10000
2
按规定进行检漏和修补
3000～5000
3
按规定进行检漏和修补
1000～3000
4
加密测点进行小区段测试，对测出的＜1000Ω·m2段进行维修
＜1000
5
大修
4.2.2检测结果及分析
    对钢管防腐层绝缘性能检测采用变频选频法，仪器采用Bs508多功能型绝缘电阻测量仪，共测量106处。根据检测结果，防腐层绝缘性能按照绝缘层电阻分类，见图2。为了准确确定埋地管道防腐层的破损点，采用交流电位梯度法(皮尔逊法)[1～2]进行防腐层破损点检测和定位，共检测和定位56处破损点。按照破损点的大小分类，大破损点2处，中破损点22处，小破损点32处。
 

    埋地钢管防腐层绝缘性能差的主要原因如下：
    ① 土方回填质量差，造成石头、瓦块等直接压到管子上，长时间沉降导致防腐层破损。
    ② 土方回填质量差或管道回填时阳极电缆未留一定的松弛度，导线表皮破坏或拉断，使铜导线裸露，保护电流流失。
   ③ 存在杂散电流干扰。
   ④ 检测管段有分支管，并未加装牺牲阳极。
4.3 土壤腐蚀性
4.3.1判定依据
    根据GB/T 19285—2003《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》、GB/T 21447—2008《钢质管道外腐蚀控制规范》，一般地区按照土壤电阻率划分土壤腐蚀性，见表3。
表3 土壤腐蚀性评价
腐蚀等级
强
中
弱
土壤电阻率/(Ω·m)
＜20
20～50
＞50
4.3.2检测结果及分析
    对埋地钢管沿线的土壤腐蚀性采用等距法检测，仪器采用ZC-8型土壤电阻率测量仪，共测量99处。其土壤电阻率范围为15.08～207.37Ω·m，检测结果及分类见图3。

    埋地管道沿线土壤腐蚀性大部分为“弱腐蚀”级别，土壤对管道存在较小的腐蚀伤害，相对应的土壤平均腐蚀速率为0.05～0.10mm/a。局部腐蚀速率还受其他因素影响，如杂散电流。
5 防腐层维修及补加牺牲阳极
5.1 防腐层维修
    对检测出的防腐层破损点56处，按照破损点的大小、分类状况、开挖地点和难度综合考虑，对14处(大破损点2处，中破损点10处、小破损点2处)进行了开挖修补。
5.2 补加牺牲阳极
5.2.1土壤电阻率
    土壤电阻率ρ的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量，土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，土壤电阻率ρ就越小；土壤越湿，含水量越高，导电性能就越好，土壤电阻率ρ就越小。另外，季节的变化也将引起土壤电阻率ρ的变化。季节不同，土壤的含水量和温度也就不同，土壤温度高，土壤电阻率ρ下降。因此，对现场所测土壤电阻率进行了人为修正后采用。
5.2.2牺牲阳极种类的选择
    根据GB/T 21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》，牺牲阳极种类的选择见表4。
表4 牺牲阳极种类的选择
牺牲阳极种类
土壤电阻率/(Ω·m)
镁合金牺牲阳极
15～150
锌合金牺牲阳极
＜15
    在同一条管道中不宜混用锌合金、镁合金牺牲阳极，若混用会使锌阳极失去牺牲阳极作用[3]。根据现场实测土壤电阻率取平均值并人为修正结果和选用镁合金牺牲阳极的情况，本修复工程选用镁合金牺牲阳极。
5.2.3在役钢管保护电流密度选择
    对于在役有防腐层的埋地钢管，最小保护电流密度值需要由实际工程测量确定，或取经验数据。文献[3]提供了相关的保护电流密度选用数据，见表5。本修复工程考虑防腐层的绝缘性能和留有适当余量，最小保护电流密度取0.1mA/m2。
表5 防腐层面电阻率与所需保护电流密度的关系
防腐层面电阻/(Ω·m2)
所需保护电流密度/(mA·m-2)
10000
0.O3
3000
0.10
1000
0.30
300
1.00
100
3.00
30
10.00
5.2.4牺牲阳极规格的选择
    考虑牺牲阳极的使用寿命不小于25年，牺牲阳极的消耗率为7.92kg/(A·a)，依据土壤电阻率数据按表6选用镁合金牺牲阳极规格[4]。
表6 镁合金牺牲阳极规格的选择[4]
土壤电阻率/(Ω·m)
60～100
40～60
30～40
20～30
＜20
镁阳极规格/(kg·支-1)
4
8
11
14
22
5.2.5补加牺牲阳极数量
    根据在役埋地钢管沿线的土壤电阻率、牺牲阳极使用寿命(大于25年)，综合考虑选用阴极保护参数。按照GB/T 21448—2008((埋地钢质管道阴极保护技术规范》中水平式牺牲阳极的公式，对16条欠阴极保护埋地燃气钢管(26.54km)进行了计算，部分结果见表7。
表7 部分补加牺牲阳极计算结果
序号
道路名称
管道外径/mm
管长/m
修正实测平均土壤电阻率(Ω·m)
阳极质量/(kg·支-1)
阳极组数/组
1
解放路
325
3200
50
8
13
2
天津街
325
890
60
8
5
219
1556
60
8
5
3
中兴街
219
1440
30
11
3
4
延兴路
219
500
30
11
1
5
北京路
325
617
60
8
3
219
1620
60
8
6
注：牺牲阳极2支为1组。
5.2.6补加牺牲阳极效果
    按照牺牲阳极的计算结果，于2008年对牺牲阳极失效的埋地钢管进行了补加牺牲阳极施工。经过测量，从2009年以来的运行数据来看，其阴极保护电位(CSE)达到-0.85～-1.20V，在有效保护范围内。因此，采取补加牺牲阳极的方法，是行之有效的。
6 结语
    ① 埋地钢管防腐层和牺牲阳极阴极保护工程应加强工程监管，确保按现行国家标准和行业标准的要求进行施工，避免偷工减料，保证施工质量，才能使阴极保护系统发挥应有的作用。
    ② 投入运行的埋地钢管的牺牲阳极阴极保护系统，应按照现行国家标准和行业标准的要求，定期进行检测，及时发现阴极保护的缺陷，补加牺牲阳极，确保埋地燃气钢管阴极保护系统完好，提高燃气管道的安全运行水平，延长使用寿命。
    ③ 对在役埋地钢管防腐层定期全面检验是一项专业性很强的技术工作。因此，建议燃气公司将燃气管道定期防腐层全面检验工作委托给检测经验丰富和检测技术比较好的专业检测公司去完成，这样可以确保防腐层检验内容完整，其结果真实可靠。
参考文献：
[1] 车立新，孙立国.埋地钢管外防腐层直接检测技术与方法[J].煤气与热力，2007，27(1)：1-4.
[2] 王春起，刘盼全.埋地钢质燃气管道腐蚀漏气维修经验[J].煤气与热力，2008，28(3)：B57-B60.
[3] 王健，孟繁强，王芷芳.阴极保护设计中的几个问题[J].煤气与热力，1999，19(3)：23-26.
[4] 王亚平，康志刚，孙权，等.埋地钢质燃气管道牺牲阳极阴极保护设计[J].煤气与热力，2008，28(1)：B13-B17.
 
(本文作者：金昌浩 吉林港华燃气有限公司 吉林吉林 132013)