埋地钢质天然气管道腐蚀控制检测与对策_工程实践

摘要

摘要：结合实际的天然气输气管道工程，对埋地管道外防腐层和阴极保护系统运行状况进行检测。阐述了检测工作的主要内容，分析、评价了检测结果，提出了腐蚀控制对策。关键词：天然气管

摘要：结合实际的天然气输气管道工程，对埋地管道外防腐层和阴极保护系统运行状况进行检测。阐述了检测工作的主要内容，分析、评价了检测结果，提出了腐蚀控制对策。

关键词：天然气管道；腐蚀控制；阴极保护；检测

Testing and Countermeasures for Corrosion Control of Buried Steel Natural Gas Pipeline

XIAO Wei，KUANG Yue-fang

Abstract：Combined with an actual natural gas pipeline project，the operating conditions of external anticorrosion coating and cathodic protection system of buried pipeline is tested. The main content of testing work is expounded，the testing results are analyzed and evaluated，and the countermeasures for corrosion control are proposed.

Key words：natural gas pipeline；corrosion control；cathodic protection；testing

1 概述

佛山市天然气输气管道采用直缝双面埋弧焊钢管，钢管规格为Ø508×9.5，材质为L360，设计压力为4.4MPa。埋地管道的腐蚀控制方案采用阴极保护系统和管道外防腐层联合保护。阴极保护系统以外加电流阴极保护为主，局部非开挖施工(顶管等)地段安装牺牲阳极为辅。钢管外防腐采用3层聚乙烯加强级防腐层，即高密度聚乙烯作外涂层材料，熔结环氧粉末(FBE)作底层，共聚物作中间粘结层，防腐层总厚度≥3.2mm。已在门站内建设1座外加电流阴极保护站，站内设有2台恒电位仪(1开1备)、1台控制柜以及1口深井阳极井，井深33.4m，采用高硅铸铁阳极，阴极保护站与管道同时投入运行。

由于佛山市天然气输气管道大部分敷设于城乡结合地区，土壤多为回填土、建筑废弃物，且地下水位高，地表水系发达，土壤的腐蚀性较强。为了全面掌握已运营管道的腐蚀控制状况，制订合理、科学的维护管理方案，我们对2007年底投产运行的罗村调压计量站至官窑调压计量站间约20km的输气管道腐蚀控制进行了全面检测。

2 检测工作的主要内容

① 在非开挖的情况下，采用管线探测仪对管道的平面位置和埋深进行复查，协助管理人员检查管道埋深和复核线路标志桩等设施。

② 采用管中电流检测法(Pipe Current Mapping，PCM)和直流电压梯度检测法(Direct Current Voltage Gradient，DCVG)^[1]，全面检测该段管道外防腐层的现状，包括防腐层老化情况、破损位置及破损大小状况，测算防腐层的绝缘电阻率。管中电流检测法是通过施加多频信号电流在管道上，检测信号电流在管道上的衰减率，计算出管道防腐层的平均绝缘电阻率。直流电压梯度检测法是向检测管道施加特定频率的电流信号，如果管道防腐层出现破损，信号电流就会从破损点流出，由于土壤的电阻作用，破损点与周围大地之间产生了电压梯度，通过对电压梯度进行检测，确定破损点的位置和破损的程度。

③ 采用密间隔电位检测法(Close Interval Potential Survey，CIPS)对管道阴极保护电位进行检测^[1]，全面掌握阴极保护系统的运行状况，对管道是否获得全面、合适的阴极保护进行测量。基本原理是：测量埋地管道的管道电位数据，每间隔1～3m采集管道电位数据，对于采用阴极保护系统的管道，测量时得到两种管道电位，一是阴极保护系统开启时管道电位V_on，一是阴极保护系统关闭时管道电位V_off，其中V_off就是消除土壤中IR降后的保护电位。

④ 通过测量管道附近土壤电位梯度来判断杂散电流分布情况，对确认存在杂散电流干扰的管段进行管道电位监控测量，判断杂散电流对管道的腐蚀影响。

3 检测结果分析与评价

① 管道外防腐层平均绝缘电阻率

通过管道测试桩施加多频信号电流在管道上，根据每段检测管道的长度不同，输入信号电流大小不同，现场每30m左右设1个检测点，测得电流值，把数据输入计算机，用PCM检测数据分析处理软件分析处理后，得到每段检测管道防腐层绝缘电阻率，计算得到整条管道防腐层平均绝缘电阻率为15500Ω·m²以上质量等级为优，则罗村调压计量站至官窑调压计量站的输气管道防腐层总体平均质量等级属于优级别。

② 管道防腐破损点

通过管道测试桩向管道施加特定频率的电流信号时，检测人员采用英国雷迪RD-PCM埋地管道外防腐状况检测仪(配A字架)，沿管道走向检测，当距离破损点足够近时，就可在仪器上测得直流电压梯度，将A字架的地针插入管道上方的土壤中，采用十字叉定位法，依据接收显示的方向和DB微电压的数值确定出电压场的中心及大小，从而确定破损点的位置和破损的程度。共检测出该段卖地输气管道防腐层缺陷点共计2处，经开挖验证，2处缺陷均为防腐施工质量问题。一处3层聚乙烯防腐层厚度不达标，应采用热收缩套修补，加大外防腐层厚度；另一处在恶劣土壤环境下，补口处防腐层与管道轻度剥离，使用电火花仪(30kV)检查未发现漏电，在阴极保护系统正常运行状况下，可暂不作修补处理，但应对缺陷位置进行标示并加强测试监控^[2]。

③ 管道阴极保护系统

在阴极保护电源输出线上串接断流器，断流器以一定的周期断开或接通，检测人员沿管道轴向每间隔1m，采集阴极保护系统开、关时管道电位数据，绘制连续的管道电位曲线图，直观反映出管道全线阴极保护电位情况。

当管道没有外加阴极保护电流，只有少量牺牲阳极工作的情况下，测得罗村调压计量站至官窑调压计量站之间管道电位分布情况是：罗村调压计量站至桃园路立交桥约15km管道，管道电位(Cu/CuSO₄参比电极，以下同)为-0.95V～-0.85V，达到最小保护电位要求(-0.85V)，占管道总长的75%；剩余部分的管道从桃园路立交桥至官窑调压计量站约5km管道，管道电位为-0.85～-0.81V，没有达到但接近保护电位。

当管道有外加阴极保护电流和牺牲阳极工作的情况下，从罗村调压计量站至官窑调压计量站之间管道的保护电位为-1.21～-1.01V，全部达到了-1.25～-0.85V的保护电位的要求，阴极保护系统运行良好。

④ 杂散电流分布情况

一般认为，当管道附近土壤中的电位梯度大于0.5mV/m，杂散电流的干扰存在；当土壤中的电位梯度大于2.5mV/m，应及时采取防护措施^[3]。在对该段管道附近土壤进行电位梯度检测时，沿管道走向每间隔300m左右测量1组土壤电位梯度值，特殊复杂地段则缩小检测间距。经检测、计算，土壤电位梯度最大值出现在罗村调压计量站和官窑调压计量站附近，均达到2.1mV/m；土壤电位梯度最小值出现在桃园路立交桥以北2km处，为0.3mV/m。为了进一步验证杂散电流的干扰存在，还对整条管道电位进行监测，每个测试桩都采用电位监控记录仪进行了一定时间的监控测量，特别对两座调压计量站外测试桩进行了24h连续监测。监测数据表波动，其中官窑调压计量站外20号测试桩测得的管道电位在-1.17～-0.91V范围波动，波动幅度为0.26V；其余的测试桩测得管/地电位波动幅度为0.06～0.22V，但管道电位均负于-0.85V。

《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY0007—1999对杂散电流强弱程度的判断指标为：土壤中的电位梯度小于0.5mV/m，杂散电流干扰程度小；土壤中的电位梯度范围为0.5～5mV/m，杂散电流干扰程度中等；土壤中的电位梯度大于5mV/m，杂散电流干扰程度大。因此，现状管道上分布的杂散电流干扰程度一般，综合国内外腐蚀控制经验，在阴极保护系统运行状态下，加强监测，可暂不采取排流措施^[3]。

4 埋地天然气管道腐蚀控制对策

① 罗村调压计量站至官窑调压计量站的输气管道投产运行两年后，对管道的腐蚀控制系统进行了检测，检测的数据显示管道的阴极保护系统运行正常，钢管的外防腐层基本完好，能够将腐蚀介质与钢管表面隔离开，起到良好的防护作用。

但是由于埋地管道长期受到土壤溶液的侵蚀作用，任何一种防腐绝缘材料都不可能完全将腐蚀介质与管道隔离，而且管道防腐层在生产、运输和施工的多个环节均有可能受到一定程度的损伤。为了保证管道的正常运行，可每3年进行1次非开挖管道外防腐层检测，配合检测结果局部开挖验证。对已检测出的管道防腐层缺陷点，应0.5年后进行1次复查，掌握防腐层缺陷的发展状况，及时进行修补，确保管道处于良好的保护状态。

② 根据PCM方法检测得到管道防腐层平均电阻率为15500Ω·m²，按照外加电流阴极保护长度的简化公式计算，得到现状管道阴极保护总保护长度为71.99km^[4]。

目前佛山市已通气的天然气主管道约70km，且已建的1座阴极保护站基本位于管道的中间，该站的保护长度基本已达到极限。并且随着运行时间的增加，管道防腐层绝缘电阻将出现一定程度的下降，管道所需的保护电流密度增加，保护长度将缩短。要维持现有的管道保护长度，就必须提高通电点的输出电位，增大输出电流，但这样会导致通电点电位过高而形成“过保护”。因此，应结合未来管道规划，考虑增加若干15深井阳极井，以保证所有运行管道均处于受保护状态。

③ 随着城市化的发展，公路、铁路、工业区等的配电设施都可能在土壤中形成杂散电流，并且杂散电流对管道的腐蚀会随杂散电流源的工作状态和管道的外防腐绝缘层的变化而变化，这给杂散电流的监测和排除带来很大困难。

参照此次的检测结果，结合杂散电流腐蚀控制管理的特点，可在输气管线的设计、施工以及日常维护管理等方面采取以下应对措施^[5]：

a. 合理选择管道的走向，尽量远离杂散电流干扰源；对经过铁路、公路等地段的管道可加密安装电位测试桩，日常管网巡检有针对性地加密检测；加强管道巡检并加强监测管道附近土壤电位梯度，特别是土壤电位梯度波动范围较大地段应定期检测，依据检测数据，分析土壤电位梯度是否有增大的趋势。

b. 严格监控管道沿线的工厂、在建铁路等潜在的杂散电流干扰源；当测得土壤中的电位梯度大于2.5mV/m，或管道电位较自然电位正向偏移100mV时，及时采取排流措施^[5]。

c. 当管道路由附近存在电塔或其他配电设施时，应主动与供电部门协商，迁移电塔或配电设施的接地体，尽量使接地体安装于远离管道的另一侧，加大管道与接地体的距离。

d. 严格落实阴极保护系统运行管理的工作内容，加强阴极保护系统设备的维护保养，作好管道阴极保护的日常检测，详细记录检测的各项参数。定期测量管道的阴极保护电位，定期对重点监控的管道区域进行土壤电位梯度检测，将检测数据作好记录并存档。日积月累的检测记录将有助于我们客观地评价阴极保护系统的保护效果，为管道的运行维护工作提供重要依据。

5 结语

通过对管道外防腐层和阴极保护系统的全面检测分析，可了解管道腐蚀控制的现状，为科学合理地、有针对性地制订管道运营维护管理方案提供依据，也为下一步的项目设计、施工提供参考数据。参照相关国际、国内标准，结合多项工程实例，我们认为，阴极保护系统与管道外防腐层相结合的管道防腐方法是较为经济、有效的管道腐蚀控制措施，且阴极保护系统的工程造价在工程总造价中的比例不足1%，经济效益及社会效益都显而易见。

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] 梁莉嘉，陈荣清.埋地燃气管道防腐层综合评价与修复技术分析[J].煤气与热力，2009，29(6)：B39-B41.

[4] 米琪.管道防腐蚀手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[5] 车立新.燃气管网腐蚀控制管理信息系统研究[J].煤气与热力，2007，27(12)：33-37.

(本文作者：肖炜邝月芳佛山市天然气高压管网有限公司广东佛山 528000)