埋地钢管外防腐系统腐蚀因素的检测评价与控制

上海燃气市北销售有限公司 娄桂云

0 概述

上海城市燃气的发展已经有140多年的历史，截至2011年3月我公司现有次高压、中高压地下管线共6 800 km，其中，埋地钢管占16.5%。2006年我公司建立了基于GIS信息管理系统数据库基础上的管网风险评估系统，最终使输配管网的管理从固定思维加经验判断的操作模式转向先进科学的管理模式，使管网管理更为有序、合理、高效。埋地管网腐蚀指数的检测评价做为整个风险评估系统的重要环节和组成部分，可以为管网的风险评估提供可靠的腐蚀数据支持，为判定管网的安全运行状况提供可靠依据。

1 外防腐系统腐蚀评价因素的选取

虽然近年来管道的防腐技术已经有了很大的发展，出现了许多新的防腐蚀材料和技术，但由于防腐层施工质量控制不好以及第三方施工造成的损害等原因使管道的腐蚀问题仍未从根本上得到解决。公司在管道日常的运行管理中发现，管道的腐蚀主要与外防腐层的保护效果、阴极保护效果以及管道所处的环境(如杂散电流影响)密切相关。

外防腐层能抵御现场环境腐蚀，保证与钢管牢固粘结，尽可能不出现阴极剥离和造成阴极保护死区。外防腐破损，会引起金属损失缺陷，造成管道穿孔、断裂等，将会对燃气的安全输送造成极大危害。

阴极保护是使用被保护金属处于稳定的钝性状态的一种防护方法，可通过外加电源进行极化或添加氧化剂的方法达到保护目的。阴极保护失效将使管道失去防腐保护的第二道屏障，会引起金属管道管体的腐蚀，不利于管道的安全运行。

杂散电流是在地下流动的防护系统设计之外对金属管道产生腐蚀破坏作用的电流。杂散电流腐蚀包括直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。对于我公司而言，比较典型的是受轨道交通运行产生的杂散电流对管道腐蚀产生的影响。

本文主要从外防腐层保护效果、阴极保护效果以及杂散电流三方面进行检测、评价及分析，研究埋地钢管的腐蚀防护。

2 评价因素的检测与分析

2.1 外防腐层保护效果的检测与分析

外防腐层保护效果的检测采取非开挖检测与开挖检测的方式进行。

2.1.1 外防腐层的非开挖检测

非开挖检测主要采用交流电流衰减法(PCM)及交流电位梯度法(ACVG)对防腐等级、破损点位置进行检验检测。

目前我公司对管辖范围内约100 010 m的埋地钢管进行了外防腐层防护效果的检测。利用 PCM埋地管道防腐层检测仪测定外防腐层的绝缘电阻，并参照《埋地钢质管道外防腐层修复技术规范》(SY/T 5918—2004)中的防腐层分级标准，对防腐层进行腐蚀等级的划分。

结果表明防腐层质量为一级的管段88 703 m，占所检测管道长度的88.69%；二级的6 181 m，占所检测管道长度的6.18%；三级的3 424 m，占所检测管道长度的3.42%；四级的1 051 m，占所检测管道长度的1.05%；五级的651 m，占所检测管道长度的0.65%。

通过PCM埋地管道防腐层检测仪测定管道外防腐层存在交流电流梯度值(db值)，判定管道外防腐层存在破损点，在整个检测过程中共发现拟似破损点38处。

2.1.2 外防腐层的开挖检测

根据非开挖检测的结果共发现拟似破损点 38处，经过研讨，作为首次开挖选择了其中保护电位偏低，漏电电流偏大等5处具有代表性的拟似破损点优先开挖，通过开挖来验证管道腐蚀的实际状况，具体开挖点的选取见表1。

表1 直接检测开挖点选取情况

通过对开挖各点进行外观检查、漏点检测、厚度检测、粘结力检测，验证发现：5处开挖的破损点均存在缺陷，其中1处外防腐层涂层损伤，3处外防腐层剥落，1处牺牲阳极块接头未包好，1处阴极保护电位低于标准保护电位-850 mv。其中老蕰川路破损点 SDK-1开挖后检测发现管体轻微腐蚀，表明外防腐层的破损对管道腐蚀有着直接影响。

造成防腐层破损的原因主要是：施工质量控制不好，造成的防腐层损伤、补口未防腐、沥青防腐层涂抹不均遗漏等；管道下沟回填时第三方破坏造成的损伤；防腐层老化造成的破损。

2.2 阴极保护效果的检测与分析

本次阴极保护检测使用密间隔电位(CIPS)法进行检测与评价，检测管线长度共计54 861 m，分为114段，检测结果见表2。

表2 埋地钢管阴极保护效果检测结果

并对检测的114段分别绘制管道保护电位沿距离分布图。以石洞口厂门口2#阀井至煤电路桥东桩为例分析，见图1。

图1 2#阀井至煤电路桥东桩阴极保护电位分布

该段管线全长181 m，信号接入点为石洞口门口2#阀井，检测方向由石洞口厂门口2#阀井至煤电路桥东桩东往西方向，大部分管道位于煤电路。阴保电位范围为(-1 060 mV，-710 mV)，该段7处总计约34 m未达到保护。电位分布CIPS测试曲线如图1所示。

对114段管段的CIPS测试及评价结果如下：

(1)有效保护长度为48 371 m，未达到有效保护长度为6 490 m，有效保护率为88.17%；

(2)未有效保护段主要位于煤电路桥西侧、五岳河桥南侧、盛桥南侧及北侧、北张泾桥南侧及北侧等附近169处；

(3)石洞口出厂管未达到标准要求的管段(管地电位高于-850 mV)较多。

结果表明阴极保护失效会加速管道腐蚀，影响输气管道的正常运行。

2.3 杂散电流的检测与分析

杂散电流检测采用杂散电流检测仪(SCM)，该仪器可以沿着管道检测任何杂散电流的大小和方向，且能够快速地评价从地表至管线间的杂散电流，分辨杂散电流的频率和方向。

通过对管道沿线敷设环境调查，选取共和新路汶水路地铁1号线汶水路站西南角1处位置进行杂散电流测试。该位置靠近地铁1号线汶水路站，位于共和新路高架桥下入口及中环线交接位置，路面汽车行使对管道有一定的影响。

具体测试结果及分析如下：

(1)在地铁开、停车期间管道中存在脉冲式的杂散电流，电流的最大差值73.389 A，具有较强的干扰性。

(2)杂散电流干扰源主要为地铁轨道交通及道路交通产生脉冲式干扰。

对该处进行外防腐层的PCM检测结果表明：该区域由于受杂散电流的影响，钢管管体的腐蚀损坏速度远比其它区域高，且检测发现存在防腐层破损点，证明杂散电流对管道防腐系统存在较大影响。

3 埋地钢管的腐蚀控制

3.1 外防腐层的腐蚀防护控制

外防腐层是控制管道腐蚀破坏的关键因素，防护层的破坏将加速阴极保护的失效，进而引起管道管体腐蚀，对管道的安全运行埋下安全隐患。因此必须采取以下措施减少腐蚀防护层的破坏：

(1)控制外防腐层的施工质量，选择有资质的施工单位，并按照标准要求认真施工；

(2)按照全面检验的要求对管道外防腐层进行周期性的外防腐层效果检测，控制措施见下表：

表3 外防腐层腐蚀分级及控制措施

(3)对防腐层破损点进行有计划的开挖检测、修复，避免金属管道管体的腐蚀。

3.2 阴极保护的腐蚀控制措施

阴极保护包括牺牲阳极和外加电流保护法，作为管道腐蚀防护的第二到屏障，阴极保护可以在外防腐层破损的情况下，提高管道金属管体的抗腐蚀能力。针对公司对54 861 m管道进行CIPS检测的结果来看，有效保护长度为48 371 m，未达到有效保护长度为6 490 m，有效保护率为88.17%。对未达到有效保护的管道必须采取以下措施进行防护：

(1)对检测发现的问题进行修复和改造，对不完好的阴保测试井进行修复或更换；

(2)对管段周围高危地段加强监控和巡查。

3.3 杂散电流的腐蚀防护控制

杂散电流干扰的影响广，分布情况复杂多变，且对管道引起的电流干扰腐蚀比一般的土壤腐蚀强烈得多。因此，对我公司受杂散电流影响的埋地钢管，如临近轨道交通的管道、与高压电线并行敷设的管道等，必须采取以下措施，减少杂散电流对管道的腐蚀影响，确保管道的安全运行。

(1)采取加强级的PE防腐技术，如加强级的3PE防腐技术；

(2)对杂散电流影响管段进行排流措施，如直接排流法、极性排流法、强制排流法等等，同时辅以防腐层维修、更换、绝缘连接，串入调节电流的电阻，采用有源电场的屏蔽等措施，提高排流保护的效果；

(3)采取措施减少干扰源泄漏到大地的电流量；

(4)对杂散电流影响管道的周围高危地段加强监控和巡查，对检测发现的问题及时进行修复和改造。

4 结论

根据检测结果，为确保管道安全运行，必须加强对埋地钢管外防腐层的监控与维护，同时对检测发现的问题进行修复和改造，需进一步采取以下措施：

(1)对防腐层防防护等级为四五级，腐蚀防护系统缺陷严重，不能满足设计要求，必须采取有计划的开挖检验、修复，避免金属管道的腐蚀；

(2)对不完好的阴保测试井进行修复或更换并做好日常运行维护保养的记录；

(3)对管线周围高危地段加强监控和巡查；

(4)定期对杂散电流影响管道进行监测，掌握杂散电流影响大小及趋势，制定科学的安全管理措施；

(5)针对杂散电流干扰严重的管段进行有效排流；

(6)开展完整性管理工作：建立某条管线的地理信息系统，以便对检验检测中发现的缺陷进行动态管理，同时满足国家对管道安全监察所提出的管道完整性管理和基于风险的检验检测的需求。