成都市土壤腐蚀性评价与公用埋地管道防腐措施分析

魏 巍 苗丕渝 吴文勇 杨开宇

成都市土壤腐蚀性评价与公用埋地管道防腐措施分析

魏 巍 苗丕渝 吴文勇 杨开宇

（成都市特种设备检验院 成都 610036）

本文以成都市为例，基于土壤腐蚀性指标（电阻率、pH值、含水量、含盐量和Cl-含量）的调查，采用评分法对土壤腐蚀性进行分析和评价。结果表明：成都市土壤采样点的电阻率、pH值、含水量、含盐量、Cl-含量分别介于52～270Ω·m、4.50～7.73、9.70%～22.49%、0.05%～0.61%、0.0036%～0.0089%之间。根据单因素方差分析，各指标在城市不同方位和不同圈层无显著性差异；此外，成都市土壤采样点腐蚀性评分为9.5，属于中等腐蚀水平；其腐蚀性评分在不同圈层上无显著性差异，但是在方位上，具有显著性差异，尤其是在成都西面，土壤腐蚀性相对更高。综上所述，在成都市公用埋地管道建设和运行过程中，需从质量控制、防腐技术、防腐检验与检测等方面做好相应的防腐措施。

土壤腐蚀性评价 公用埋地管道 防腐措施 成都市

当前，我国正在大力推进城市化进程，使大量农业人口向工业和服务业转移并向城市集中，城市空间在数量上增多，人口规模急剧扩大[1]，与此同时，也“编织”了密集的城市地下管线，诸如供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等，这些管线已成为保障城市正常运行的重要基础设施和“生命线”。近年来，我国各城市由地下管网问题引发的城市内涝、道路塌陷、管道爆裂等事故呈高发态势；在工业发达国家，因管道腐蚀而造成的直接或间接经济损失约占国民生产总值的3%，其中美国约为20亿美元，英国约17亿美元，德国和日本各为33亿美元[2]。对城市埋地钢质燃气管道腐蚀原因的分析表明，主要有杂散电流腐蚀、细菌腐蚀以及土壤腐蚀[3]，如来自土壤含水量干扰，土壤中的活性阴离子特别是Cl-和SO42−对腐蚀也具有促进作用[4]。

尽管如此，当前城市土壤特性对城市的管道腐蚀尚未得到足够的关注，对城市土壤腐蚀性的调查、评价与研究鲜有报道，特别是由特种设备检验机构承担的钢制埋地敷设压力管道的检验工作，由于各种原因未能常规开展，无法准确掌握埋地管道的腐蚀情况，其安全隐患令人堪忧。以成都周边的加气站、燃气调配站为例，多数埋地敷设压力管道服役时间超过10年，部分管道甚至长达近20年，在大气、土壤环境综合影响下，防腐层破损及管道金属腐蚀情况令人堪忧。

综上所述，城市土壤腐蚀性的强弱，会对城市地下管道的安全性造成影响，尤其是公用燃气管道，为避免这些管道成为所在地区看不见的“炸弹”，有必要对其开展深入研究工作，以消除或降低安全隐患。为此，本文以成都市为例，基于城市土壤腐蚀性指标（电阻率、pH值、含水量、含盐量和Cl-含量）的调查，对城市土壤腐蚀性进行分析和评价，并提出了相应的公用埋地管道防腐措施，以期为城市公用埋地管道的防腐和特种设备检验机构的检验与检测提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 调查与采样方法

●1.1.1 采样布点

采样布点参考《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166—2004），于2015年12月在成都市不同圈层区县（主城区（一圈层）、近郊区县（二圈层）和远郊区县（三圈层））的工业用地、管道穿越带、道路绿化带、荒草地等地，随机采样，其中每个区县至少各采集1个样品，采样点分布如图1所示。

●1.1.2 样品的采集、保存与制备

样品的采集、保存与制备按照《土壤检测 第1部分：土壤样品的采集、处理和贮存》（NY/T 1121.1—2006）中的方法进行。

图1 成都市土壤采样点分布图

1.2 实验方法

土壤各项指标的检测方法和参考的标准见表1。

电阻率根据公式ρ=1/K进行计算，其中ρ为电阻率，K为电导率。

电导率是采用风干土壤样品，用水按1∶5（m/v）的比例进行溶解，经过恒温20±1℃水浴震荡萃取，然后将提取液进行离心分离，在温度校正到25±1℃条件下，用电导率仪测定提取液的电导率。

表1 土壤特性监测方法

1.3 评价方法

土壤腐蚀性评价参考《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》（GB/T 19285—2014）标准[5]，采用土壤的电阻率、pH值、含水量、含盐量、Cl-含量等五项指标，根据表2中土壤腐蚀性评价分数得到每项指标的Ni值，进行加和求得土壤腐蚀性评价的N值后，对应表3得到土壤相应的腐蚀性等级。

表2 土壤腐蚀性单项检测指标评价分数

检测指标 数值范围 评价分数Ni土壤pH值≥4.5～5.5 4＞5.5～7.0 2≥7.0～8.5 1＞8.5 0＞12～25 5.5≥2 5～3 0或≥1 0～1 2 3.5＞3 0～4 0或＞7～1 0 1.5≥4 0或≤7 0土壤含水量/%＞0.75 3≥0.15～0.75 2＞0.05～0.15 1≤0.05 0土壤含盐量/%＞0.05 1.5≥0.01～0.05 1＞0.005～0.01 0.5≤0.005 0土壤Cl-含量/%

表3 土壤腐蚀性评价等级

2 结果与讨论

2.1 土壤腐蚀性检测结果

表4为成都市土壤腐蚀性相关评价指标的监测结果。

成都市土壤采样点的电阻率介于52～270Ω·m，成都西电阻率最高，并表现出三圈层（129.50Ω·m）＞二圈层（95.83Ω·m）＞一圈层（83.33Ω·m）的趋势。

采样点pH值介于4.50～7.73之间，其中高新区、双流区、金堂县和邛崃市采样点土壤pH值均偏碱性，其余偏酸性，成都市土壤pH值在各方位和各圈层无明显区别。

采样点含水量介于9.70%～22.49%之间，由于金堂县样品采自正在实施管道开挖的施工场地，因此，其土壤含水率明显偏低。含水量成都南最高（19.90%），成都东最低（14.99%），成都西和成都北差异不大，各圈层也无明显区别。

采样点含盐量介于0.05%～0.61%之间，其中成都东（0.33%）和成都西（0.34%）大于成都南（0.18%）和成都北（0.17%），并表现出二圈层（0.33%）＞三圈层（0.28%）＞一圈层（0.19%）的趋势。

采样点Cl-含量介于0.0036%～0.0089%之间，其中成都东（0.0058%）和成都北（0.0061%）大于城都西（0.0043%）和成都南（0.0040%），各圈层也无明显区别。

根据单因素方差分析，上述反映土壤腐蚀性的指标在不同方位和不同圈层均无显著性差异，表明成都市土壤腐蚀性较为均质，部分方位和圈层的微小差异，主要是由于成都市的工业发展与布局、土壤异质性等误差造成的。

表4 成都市土壤腐蚀性指标监测结果

2.2 土壤腐蚀性评价结果与分析

表5为成都市土壤腐蚀性评价结果。由表5可知，成都市土壤采样点腐蚀性评分介于4.5～10.5之间，平均为9.5，腐蚀性为中等水平。在成都市20个不同区县中，高新区、金堂县和都江堰市采样点的土壤腐蚀性为较弱，其余均为中等水平。

表5 成都市土壤腐蚀性指标检测及评价结果

在腐蚀性评价指标中，含水率对腐蚀性的影响最大，由于成都市属于亚热带季风气候，降雨充沛，气候温湿，导致土壤含水率不利于埋地钢制管道的防腐。其次为pH值和含盐量，Cl-含量对土壤腐蚀性贡献较小。同时，所有采样点土壤的电阻率均大于50Ω·m，评分为0，这表明导电率不强，对埋地钢制管道的腐蚀性基本上没有影响。

根据单因素方差分析，成都市土壤采样点腐蚀性评分在不同圈层（Sig.=0.652＞0.05）无显著性差异；由于在不同方位上腐蚀性评分不呈正态分布，因此，根据非参数Kruskal-Wallis检验，其渐近显著性Sig.=0.065＜0.1，因此，在0.1的水平上，成都市土壤采样点腐蚀性评分在方位上具有显著性差异，其中成都西均值明显高于其他方位；此外，根据中值检验，其渐近显著性Sig.=0.034＜0.05，因此，在0.05的水平上，成都市土壤采样点腐蚀性评分在方位上具有显著性差异，同样是成都西与其他方位差异明显。

3 埋地公用管道防腐措施分析

考虑到成都市土壤腐蚀性为中等水平，因此在管网建设过程中，尤其是针对风险性较高的公用燃气埋地管道，需要从质量控制、防腐技术、防腐检验与检测等方面做好相应的防腐措施。

3.1 质量控制

为有效防止管道腐蚀，需要对施工过程进行严格的质量控制。首先，根据不同管道需求，要严格设计防腐规范；其次，在材料采购过程中，需要根据规范进行严格的招投标，对符合资质的企业报送材料严格审核，并随机取样送实验室审检。过程质量控制主要从管体表面防腐工序、防腐管道中间过程、管道防腐补口和补伤工序、质量检查控制、防腐管在下沟和回填工序等方面开展[6]。

3.2 防腐技术

目前埋地管道防腐主要采用防腐涂层与阴极保护相结合的方法。防腐涂层主要包括环氧粉末涂层、复合涂层两种，具体防腐材料包括石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青、聚氨酯石油沥青、煤焦油磁漆(CTE)、环氧粉末(FBE)、底胶加聚烯烃(POA)、环氧底漆加底胶加聚烯烃(POE)、环氧粉末加改性聚烯烃(POF)、双层PE和三层聚乙烯(3PE)等，由于石油沥青涂层以及煤焦油瓷漆涂层容易对周围环境产生污染，因而目前已很少使用，其余防腐材料和技术，可根据公用埋地管道施工的实际情况进行选择。对旧有受损管道进行修复时，可采用液体涂料和缠绕保护带的方法[3，7，8，10]。

3.3 检验、检测方法与措施

埋地管道防腐涂层检测的方法很多，可分为内部检测和外部检测[9]。目前已应用的技术有：标准管地电位(P/S)测试、Pearson测试、CIPS密间隔电位测试、CPS阴极保护电流测试、DCVG直流电位梯度测试、RD-PCM多频电流测绘系统、利用CP的管线电流法测试、变频-选频法等；另外，管道内部检测主要采用智能清管器（漏磁）间接地检测涂层破损[9，10]。

此外，由于我国公用埋地管道的检验与检测工作起步较晚，建议相关职能部门加强对其监督管理，落实并完善相关法律、法规的制定及实施工作；同时，应委托相关检验与检测单位，按照《压力管道定期检测规则—公用管道》（TSG D7004—2010）的要求，对公用埋地管道定期开展检验、检测工作，以便及时发现安全隐患，采取有效措施，减少重大事故的发生。

综上所述，通过施工过程的质量控制和防腐处理，以及运行过程中的常规检验与检测，可有效预防和减少土壤对城市钢制公用埋地管道的腐蚀影响。

4 结论与建议

根据对成都市土壤腐蚀性指标的监测和评价，得出如下结论与建议：

1）成都市土壤采样点的电阻率、pH值、含水量、含盐量、Cl-含量分别介于52～270 Ω·m、4.50～7.73、9.70%～22.49%、0.05%～0.61%、0.0036%～0.0089%之间，根据单因素方差分析，这些反映土壤腐蚀性的指标在不同方位和不同圈层均无显著性差异；

2）成都市土壤采样点腐蚀性评分介于4.5～10.5之间，为中等水平；其腐蚀性评分在不同圈层上无显著性差异，但是在方位上，具有显著性差异；

3）在公用埋地管道建设和运行过程中，可从质量控制、防腐技术、防腐检验与检测等方面做好相应的防腐措施。

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Soil Corrosivity Assessment and Anti-corrosion Measures of Public Buried Pipelines in Chengdu City

Wei Wei M iao Piyu Wu Wenyong Yang Kaiyu
(Chengdu Special Equipment Inspection Institute Chengdu 610036)

Taking Chengdu city as an example, the soil corrosivity was assessed by the grading method based on the monitoring of resistivity, pH, water content, salt content and chloride iron content. The results indicated that the resistivity, pH, water content, salt content and chloride iron content ranged 52～270 Ω·m, 4.50～7.73, 9.70%～22.49%, 0.05%～0.61% and 0.0036%～0.0089% respectively. According to the ANOVA, there were no signif cant differences of those soil corrosivity indicators both in different directions and in different ring counties around the center city of Chengdu. The core of soil corrosivity was 9.5 which pointed out that the level of soil corrosivity was median. The soil corrosivity was no significant difference in different ring counties but had a significant difference in different directions. The soil corrosivity was relatively higher in the western counties than other direction counties. Therefore, many quality control measures, anti-corrosion techniques, corrosion inspection and testing were suggested to preserve buried steel pipelines in Chengdu city.

Soil corrosivity assessment Public buried pipelines Anti-corrosion measures Chengdu city

X 933.4

B

1673-257X(2017)06-0055-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.014

魏巍（1982～)，男，硕士，副主任，工程师，从事承压类特种设备检验、检测工作。

魏巍，E-mail: 18708185844@163.com。

成都市特种设备检验院科研项目（编号：CTK20140003）

2017-02-06）