摘要：結(jié)合實際的天然氣輸氣管道工程，對埋地管道外防腐層和陰極保護系統(tǒng)運行狀況進行檢測。闡述了檢測工作的主要內(nèi)容，分析、評價了檢測結(jié)果，提出了腐蝕控制對策。

　　關(guān)鍵詞：天然氣管道；腐蝕控制；陰極保護；檢測

　　1 概述

　　佛山市天然氣輸氣管道采用直縫雙面埋弧焊鋼管，鋼管規(guī)格為Ø508×9.5，材質(zhì)為L360，設(shè)計壓力為4.4MPa。埋地管道的腐蝕控制方案采用陰極保護系統(tǒng)和管道外防腐層聯(lián)合保護。陰極保護系統(tǒng)以外加電流陰極保護為主，局部非開挖施工(頂管等)地段安裝犧牲陽極為輔。鋼管外防腐采用3層聚乙烯加強級防腐層，即高密度聚乙烯作外涂層材料，熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)作底層，共聚物作中間粘結(jié)層，防腐層總厚度≥3.2mm。已在門站內(nèi)建設(shè)1座外加電流陰極保護站，站內(nèi)設(shè)有2臺恒電位儀(1開1備)、1臺控制柜以及1口深井陽極井，井深33.4m，采用高硅鑄鐵陽極，陰極保護站與管道同時投入運行。

　　由于佛山市天然氣輸氣管道大部分敷設(shè)于城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，土壤多為回填土、建筑廢棄物，且地下水位高，地表水系發(fā)達，土壤的腐蝕性較強。為了全面掌握已運營管道的腐蝕控制狀況，制訂合理、科學(xué)的維護管理方案，我們對2007年底投產(chǎn)運行的羅村調(diào)壓計量站至官窯調(diào)壓計量站間約20km的輸氣管道腐蝕控制進行了全面檢測。

　　2 檢測工作的主要內(nèi)容

　　① 在非開挖的情況下，采用管線探測儀對管道的平面位置和埋深進行復(fù)查，協(xié)助管理人員檢查管道埋深和復(fù)核線路標志樁等設(shè)施。

　　② 采用管中電流檢測法(Pipe Current Mapping，PCM)和直流電壓梯度檢測法(Direct Current Voltage Gradient，DCVG)[1]，全面檢測該段管道外防腐層的現(xiàn)狀，包括防腐層老化情況、破損位置及破損大小狀況，測算防腐層的絕緣電阻率。管中電流檢測法是通過施加多頻信號電流在管道上，檢測信號電流在管道上的衰減率，計算出管道防腐層的平均絕緣電阻率。直流電壓梯度檢測法是向檢測管道施加特定頻率的電流信號，如果管道防腐層出現(xiàn)破損，信號電流就會從破損點流出，由于土壤的電阻作用，破損點與周圍大地之間產(chǎn)生了電壓梯度，通過對電壓梯度進行檢測，確定破損點的位置和破損的程度。

　　③ 采用密間隔電位檢測法(Close Interval Potential Survey，CIPS)對管道陰極保護電位進行檢測[1]，全面掌握陰極保護系統(tǒng)的運行狀況，對管道是否獲得全面、合適的陰極保護進行測量。基本原理是：測量埋地管道的管道電位數(shù)據(jù)，每間隔1～3m采集管道電位數(shù)據(jù)，對于采用陰極保護系統(tǒng)的管道，測量時得到兩種管道電位，一是陰極保護系統(tǒng)開啟時管道電位Von，一是陰極保護系統(tǒng)關(guān)閉時管道電位Voff，其中Voff就是消除土壤中IR降后的保護電位。

　　④ 通過測量管道附近土壤電位梯度來判斷雜散電流分布情況，對確認存在雜散電流干擾的管段進行管道電位監(jiān)控測量，判斷雜散電流對管道的腐蝕影響。

　　3 檢測結(jié)果分析與評價

　　① 管道外防腐層平均絕緣電阻率

　　通過管道測試樁施加多頻信號電流在管道上，根據(jù)每段檢測管道的長度不同，輸入信號電流大小不同，現(xiàn)場每30m左右設(shè)1個檢測點，測得電流值，把數(shù)據(jù)輸入計算機，用PCM檢測數(shù)據(jù)分析處理軟件分析處理后，得到每段檢測管道防腐層絕緣電阻率，計算得到整條管道防腐層平均絕緣電阻率為15500Ω•m2以上質(zhì)量等級為優(yōu)，則羅村調(diào)壓計量站至官窯調(diào)壓計量站的輸氣管道防腐層總體平均質(zhì)量等級屬于優(yōu)級別。

　　② 管道防腐破損點

　　通過管道測試樁向管道施加特定頻率的電流信號時，檢測人員采用英國雷迪RD-PCM埋地管道外防腐狀況檢測儀(配A字架)，沿管道走向檢測，當(dāng)距離破損點足夠近時，就可在儀器上測得直流電壓梯度，將A字架的地針插入管道上方的土壤中，采用十字叉定位法，依據(jù)接收顯示的方向和DB微電壓的數(shù)值確定出電壓場的中心及大小，從而確定破損點的位置和破損的程度。共檢測出該段賣地輸氣管道防腐層缺陷點共計2處，經(jīng)開挖驗證，2處缺陷均為防腐施工質(zhì)量問題。一處3層聚乙烯防腐層厚度不達標，應(yīng)采用熱收縮套修補，加大外防腐層厚度；另一處在惡劣土壤環(huán)境下，補口處防腐層與管道輕度剝離，使用電火花儀(30kV)檢查未發(fā)現(xiàn)漏電，在陰極保護系統(tǒng)正常運行狀況下，可暫不作修補處理，但應(yīng)對缺陷位置進行標示并加強測試監(jiān)控[2]。

　　③ 管道陰極保護系統(tǒng)

　　在陰極保護電源輸出線上串接斷流器，斷流器以一定的周期斷開或接通，檢測人員沿管道軸向每間隔1m，采集陰極保護系統(tǒng)開、關(guān)時管道電位數(shù)據(jù)，繪制連續(xù)的管道電位曲線圖，直觀反映出管道全線陰極保護電位情況。

　　當(dāng)管道沒有外加陰極保護電流，只有少量犧牲陽極工作的情況下，測得羅村調(diào)壓計量站至官窯調(diào)壓計量站之間管道電位分布情況是：羅村調(diào)壓計量站至桃園路立交橋約15km管道，管道電位(Cu/CuSO4參比電極，以下同)為-0.95V～-0.85V，達到最小保護電位要求(-0.85V)，占管道總長的75%；剩余部分的管道從桃園路立交橋至官窯調(diào)壓計量站約5km管道，管道電位為-0.85～-0.81V，沒有達到但接近保護電位。

　　當(dāng)管道有外加陰極保護電流和犧牲陽極工作的情況下，從羅村調(diào)壓計量站至官窯調(diào)壓計量站之間管道的保護電位為-1.21～-1.01V，全部達到了-1.25～-0.85V的保護電位的要求，陰極保護系統(tǒng)運行良好。

　　④ 雜散電流分布情況

　　一般認為，當(dāng)管道附近土壤中的電位梯度大于0.5mV/m，雜散電流的干擾存在；當(dāng)土壤中的電位梯度大于2.5mV/m，應(yīng)及時采取防護措施[3]。在對該段管道附近土壤進行電位梯度檢測時，沿管道走向每間隔300m左右測量1組土壤電位梯度值，特殊復(fù)雜地段則縮小檢測間距。經(jīng)檢測、計算，土壤電位梯度最大值出現(xiàn)在羅村調(diào)壓計量站和官窯調(diào)壓計量站附近，均達到2.1mV/m；土壤電位梯度最小值出現(xiàn)在桃園路立交橋以北2km處，為0.3mV/m。為了進一步驗證雜散電流的干擾存在，還對整條管道電位進行監(jiān)測，每個測試樁都采用電位監(jiān)控記錄儀進行了一定時間的監(jiān)控測量，特別對兩座調(diào)壓計量站外測試樁進行了24h連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表波動，其中官窯調(diào)壓計量站外20號測試樁測得的管道電位在-1.17～-0.91V范圍波動，波動幅度為0.26V；其余的測試樁測得管/地電位波動幅度為0.06～0.22V，但管道電位均負于-0.85V。

　　《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕控制工程設(shè)計規(guī)范》SY0007—1999對雜散電流強弱程度的判斷指標為：土壤中的電位梯度小于0.5mV/m，雜散電流干擾程度小；土壤中的電位梯度范圍為0.5～5mV/m，雜散電流干擾程度中等；土壤中的電位梯度大于5mV/m，雜散電流干擾程度大。因此，現(xiàn)狀管道上分布的雜散電流干擾程度一般，綜合國內(nèi)外腐蝕控制經(jīng)驗，在陰極保護系統(tǒng)運行狀態(tài)下，加強監(jiān)測，可暫不采取排流措施[3]。

　　4 埋地天然氣管道腐蝕控制對策

　　① 羅村調(diào)壓計量站至官窯調(diào)壓計量站的輸氣管道投產(chǎn)運行兩年后，對管道的腐蝕控制系統(tǒng)進行了檢測，檢測的數(shù)據(jù)顯示管道的陰極保護系統(tǒng)運行正常，鋼管的外防腐層基本完好，能夠?qū)⒏�蝕介質(zhì)與鋼管表面隔離開，起到良好的防護作用。

　　但是由于埋地管道長期受到土壤溶液的侵蝕作用，任何一種防腐絕緣材料都不可能完全將腐蝕介質(zhì)與管道隔離，而且管道防腐層在生產(chǎn)、運輸和施工的多個環(huán)節(jié)均有可能受到一定程度的損傷。為了保證管道的正常運行，可每3年進行1次非開挖管道外防腐層檢測，配合檢測結(jié)果局部開挖驗證。對已檢測出的管道防腐層缺陷點，應(yīng)0.5年后進行1次復(fù)查，掌握防腐層缺陷的發(fā)展狀況，及時進行修補，確保管道處于良好的保護狀態(tài)。

　　② 根據(jù)PCM方法檢測得到管道防腐層平均電阻率為15500Ω•m2，按照外加電流陰極保護長度的簡化公式計算，得到現(xiàn)狀管道陰極保護總保護長度為71.99km[4]。

　　目前佛山市已通氣的天然氣主管道約70km，且已建的1座陰極保護站基本位于管道的中間，該站的保護長度基本已達到極限。并且隨著運行時間的增加，管道防腐層絕緣電阻將出現(xiàn)一定程度的下降，管道所需的保護電流密度增加，保護長度將縮短。要維持現(xiàn)有的管道保護長度，就必須提高通電點的輸出電位，增大輸出電流，但這樣會導(dǎo)致通電點電位過高而形成“過保護”。因此，應(yīng)結(jié)合未來管道規(guī)劃，考慮增加若干15深井陽極井，以保證所有運行管道均處于受保護狀態(tài)。

　　③ 隨著城市化的發(fā)展，公路、鐵路、工業(yè)區(qū)等的配電設(shè)施都可能在土壤中形成雜散電流，并且雜散電流對管道的腐蝕會隨雜散電流源的工作狀態(tài)和管道的外防腐絕緣層的變化而變化，這給雜散電流的監(jiān)測和排除帶來很大困難。

　　參照此次的檢測結(jié)果，結(jié)合雜散電流腐蝕控制管理的特點，可在輸氣管線的設(shè)計、施工以及日常維護管理等方面采取以下應(yīng)對措施[5]：

　　a. 合理選擇管道的走向，盡量遠離雜散電流干擾源；對經(jīng)過鐵路、公路等地段的管道可加密安裝電位測試樁，日常管網(wǎng)巡檢有針對性地加密檢測；加強管道巡檢并加強監(jiān)測管道附近土壤電位梯度，特別是土壤電位梯度波動范圍較大地段應(yīng)定期檢測，依據(jù)檢測數(shù)據(jù)，分析土壤電位梯度是否有增大的趨勢。

　　b. 嚴格監(jiān)控管道沿線的工廠、在建鐵路等潛在的雜散電流干擾源；當(dāng)測得土壤中的電位梯度大于2.5mV/m，或管道電位較自然電位正向偏移100mV時，及時采取排流措施[5]。

　　c. 當(dāng)管道路由附近存在電塔或其他配電設(shè)施時，應(yīng)主動與供電部門協(xié)商，遷移電塔或配電設(shè)施的接地體，盡量使接地體安裝于遠離管道的另一側(cè)，加大管道與接地體的距離。

　　d. 嚴格落實陰極保護系統(tǒng)運行管理的工作內(nèi)容，加強陰極保護系統(tǒng)設(shè)備的維護保養(yǎng)，作好管道陰極保護的日常檢測，詳細記錄檢測的各項參數(shù)。定期測量管道的陰極保護電位，定期對重點監(jiān)控的管道區(qū)域進行土壤電位梯度檢測，將檢測數(shù)據(jù)作好記錄并存檔。日積月累的檢測記錄將有助于我們客觀地評價陰極保護系統(tǒng)的保護效果，為管道的運行維護工作提供重要依據(jù)。

　　5 結(jié)語

　　通過對管道外防腐層和陰極保護系統(tǒng)的全面檢測分析，可了解管道腐蝕控制的現(xiàn)狀，為科學(xué)合理地、有針對性地制訂管道運營維護管理方案提供依據(jù)，也為下一步的項目設(shè)計、施工提供參考數(shù)據(jù)。參照相關(guān)國際、國內(nèi)標準，結(jié)合多項工程實例，我們認為，陰極保護系統(tǒng)與管道外防腐層相結(jié)合的管道防腐方法是較為經(jīng)濟、有效的管道腐蝕控制措施，且陰極保護系統(tǒng)的工程造價在工程總造價中的比例不足1%，經(jīng)濟效益及社會效益都顯而易見。

　　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(shù)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] 梁莉嘉，陳榮清.埋地燃氣管道防腐層綜合評價與修復(fù)技術(shù)分析[J].煤氣與熱力，2009，29(6)：B39-B41.

　　[4] 米琪.管道防腐蝕手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

　　[5] 車立新.燃氣管網(wǎng)腐蝕控制管理信息系統(tǒng)研究[J].煤氣與熱力，2007，27(12)：33-37.