浅谈杭州燃气钢质管道阴保测试桩管理与维护

杨国华(杭州市燃气集团有限公司，浙江 杭州 310017）



浅谈杭州燃气钢质管道阴保测试桩管理与维护

杨国华
(杭州市燃气集团有限公司，浙江 杭州 310017）

摘 要：对杭州市钢质燃气管道阴保测试桩进行了系统普查，并分析了造成测试桩完好率不高的原因，提出了相应的应对措施，取得了一定的效果，在实际应用中具有一定的借鉴作用。

关键词：钢质管道 腐蚀 测试桩

0 概述

金属腐蚀广泛的存在于我们的生活中, 国外统计结果显示,各国因腐蚀造成的经济损失已占各国国民生产总值的1%～5%。根据资料统计，我国的年腐蚀损失为5000多亿元人民币,年腐蚀损失约占GNP 的6%[1]。针对天然气行业的腐蚀情况，《中国腐蚀调查报告》也进行了调查，以郑州燃气有限公司的腐蚀情况为例，1999年该公司对800多千米的庭院天然气管网检测中发现露铁点20000多个，漏气点200多个（绝大多数属于腐蚀穿孔）。腐蚀不仅造成了资源的极大浪费，甚至还造成大量有用有毒物质的泄漏、爆炸，以及大规模的环境污染等，更有甚者一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡等如2012年7月8日，鞍山DN500中压燃气管道腐蚀穿孔造成泄漏爆炸，致中长铁路上行停运2小时，下行停运1小时；2013年11月22日，中石化青岛东黄输油管道因腐蚀造成泄漏爆炸，致使62人遇难，136受伤，直接经济损失7.5亿元。

国内燃气行业发展到现在，管道材质由原先的铸铁管、钢管逐渐向PE管改进，但由于PE管存在大口径难热熔等问题，目前杭州主城区管网仍有40%的管道为钢管材质。现今，埋地钢管的腐蚀控制采用防腐层+阴极保护的组合形式[2]，其中防腐层的状况可以通过测量防腐层的绝缘电阻率来评价，阴极保护的状况可以通过测量阴极保护电位来评价。而阴极保护电位的测量是通过与钢管相连的测试桩进行的。正确的测量钢质管道的管/地电位有3种意义[3]：①未施加阴极保护的管/地电位是衡量土壤腐蚀性的一个参数；②施加阴极保护的管/地电位是判断阴极保护程度的一个重要参数；③当有干扰时，管/地电位的变化是判断干扰程度的重要指标。可见阴保测试桩是阴极保护系统的重要组成部分，对判断埋地钢管的阴极保护效果起到至关重要的作用。

1 杭州燃气钢质管道阴保测试桩现状及分析

杭州市现有埋地燃气管道3558.4 km，其中中压A钢管779.743 km，中压B钢管305.531 km，低压钢管约500 km，综合测试桩2021个，电位测试桩626个。在日常检测中，我们发现部分测试桩存在着埋失如图1所示、破损如图2所示、氧化失效以及其他等等多种问题如图3所示。

图1 测试桩埋失

图2 测试桩井盖缺失、破损

图3 氧化、埋深太深

因部分测试桩存在问题，在阴保电位测量过程中近35%的数据是通过阀门井测量所得，由于便携式参比电极放于阀井内壁或电阻率较大的水泥、沥青路面上，使测量的阴保电位存在一定的误差，使测量的阴保电位存在偏差，影响着我们对埋地燃气钢管阴保状态真实情况的判断，致使管道存在腐蚀泄漏的隐患。

对此，杭州燃气2013年起有针对性地对全市2600余只埋地燃气管网测试桩进行了普查，重点调查了江干区1012只阴保测试桩，其中综合测试桩782只，电位测试桩230只，分别占总测试桩的比例为77.3%和22.7%。对1012只测试桩调查结果数据统计发现：完好测试桩718只，完好率为70.9%。存在破损或腐蚀等问题的测试桩294只，占总数的29.1%。其中，破损（埋失）测试桩132只，腐蚀测试桩106只，分别占问题测试桩的44.9%和36.1%。调查过程中还发现测试桩倒伏、水泥浇筑、 测试桩内有水等问题（见表1 问题测试桩统计）。

表1 问题测试桩统计

通过表1我们发现，影响测试桩的完好率的主要有两个方面，一是测试桩破损（埋失）；二是测试桩腐蚀。对此，杭州燃气根据杭州市埋地燃气管网所在区域分布情况结合阴保测试桩的自身因素，日常维保，外界影响等多方面，对影响阴保测试桩存在问题两种情况进行了深入分析，发现测试桩所用铜片在杭州高温高湿环境中容易腐蚀造成了测试桩不可用，另一个方面测试桩破损（埋失）主要是由于第三方施工建设造成的。

1.1 测试桩腐蚀原因分析

杭州燃气发现测试桩材料的腐蚀问题主要集中在电路板和连接导线氧化腐蚀两个方面。其中电路板氧化腐蚀主要是因为测试桩铜片及接线柱为黄铜材质，综合曹楚南《中国材料的自然环境腐蚀》[M]、吴军等《紫铜T2和黄铜H62在在热带海洋大气环境中的早期腐蚀行为》[J]、李勇等《黄铜脱锌腐蚀的研究进展》[J]及崔中雨等《在西沙严酷海洋大气环境下紫铜和黄铜的腐蚀行为》[J]等专著或文献的研究，紫铜（铜含量≥99%）与黄铜（Cu 61.56、Zn 38.43 和 Pb 0.006）的潮湿环境中均会发生氧化腐蚀，在表面生成腐蚀产物“铜绿”，但紫铜表面发生的腐蚀为均匀腐蚀，腐蚀产物腐蚀产物由内层致密的 Cu2O 及外层的 Cu2Cl(OH)3组成，而黄铜发生的为脱锌腐蚀，腐蚀产物主要为ZnO 和Zn5(OH)8Cl22H2O，腐蚀产物层下的基体为20～50μm 厚度不等的脱锌层，锌的选择性溶解使得富铜相与富锌相之间产生了缝隙和裂纹。这种缝隙和裂纹的形成使得材料表面更容易受到进一步的腐蚀，使得黄铜脱锌进一步向材料深处扩展，严重的会腐蚀穿孔。图4、图5为紫铜与黄铜的腐蚀形貌[4]。

图4 紫铜的腐蚀形貌图

图5 黄铜的腐蚀形貌（有裂纹）

图6 紫铜、黄铜的腐蚀速率对比图[5]

同时，根据崔中雨等的研究在高温、高湿的大气环境中黄铜的腐蚀速率为5.90 μm/a，大于紫铜的腐蚀速率5.88μm/a。杭州市的地下水位偏高，平均在1.2m左右，土壤潮湿，雨水较多，年平均降雨量1435mm，平均相对湿度为76%，，结合紫铜、黄铜的腐蚀速率对比如图6所示，我们确定杭州的海洋性气候、温度及湿度高的特点造成黄铜容易腐蚀。

1.2 测试桩破损（埋失）原因分析

随着杭州城市的快速发展，特别是地铁站点、秋石三期、紫之隧道等大型工程的相继开工建设，第三方施工建设给测试桩的完好带来了巨大的压力。根据数据统计，在132只破损（埋失）的测试桩中，由第三方施工建设造成破损（埋失）101只，占比76.5%，其中破损71只，埋失30只。部分第三方施工单位在未及时通知燃气公司的情况下盲目野蛮施工，造成测试桩埋失破损，等巡检发现时，为时已晚。

2 应对措施

2.1 测试桩腐蚀问题的维修

（1）根据紫铜与黄铜的腐蚀速率分析，杭州燃气在部分测试桩上用紫铜片试验性替换黄铜片，如图7、图8所示；

（2）一些埋设时间较早的测试桩所用测试线为简单的单层聚乙烯线，易渗水腐蚀。参考GB T 21448-2008 《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中的规定，将测试桩的阴极线更换为4mm2双层聚乙烯线，阳极线更换为16mm2双层聚乙烯线，如图9所示；（3）将绿化带及小区内的埋入式测试桩更换为露出式不锈钢测试桩，露出式不锈钢测试桩颜色选用醒目的黄色，露出地面70cm。由于杭州地下水位偏高，环境潮湿，埋入式测试桩易遭受腐蚀，且巡查时不易被发现，而露出式测试桩将原先埋设于路面之下的测试桩元件整体抬升至地面以上，脱离了潮湿土壤和地下水的接触，腐蚀的速率会大大减缓，具有醒目，不易腐蚀的优势。

图7 更换前（黄铜片）

图8 更换后（紫铜片）

图9 维修前、后的测试线

2.2 改善针对第三方施工的处理机制

随着城市的快速的发展，第三方施工建设往往容易造成测试桩的破损或埋失，而且第三方施工不仅仅只对燃气设施产生影响，对所有地下管线行业来说都是一个棘手的难题。针对此种情况，杭州燃气通过2个方面改善对第三方施工造成测试桩损坏（被埋）的处理机制：

（1）在第三方施工前，由巡检班人员利用PDA手机巡检系统定位测试桩位置，如图10所示；

图10 测试桩定位图（绿色圆点）

并在现场与施工人员进行确认，告知施工时应注意的事项，发放签收安全告知书，提醒办理监护手续。施工过程中，巡护人员加强施工地段的监护，发现测试桩损坏或埋失的，及时制止，并通过PDA手机上传巡检系统，最后再安排具有资质的施工单位对测试桩进行维修；

（2）测试桩分布范围广，巡检人员有时对部分遭第三方破坏的测试桩无法及时发现。杭州燃气借鉴调压器数据远传监控的方法，并结合实际情况对阴保远传系统首次增设了预警装置（图11）所示；

图11 阴保远传系统

远传装置采集测试桩的各项数据，每隔五min通过GPRS网络向用户终端传送，客户端能实时查看所测得的阴保电位数据。当测试桩被第三方破坏后数据传输终止，服务器30min未收到传输数据后，会及时进行报警，向负责人员及时发送报警信息，便于巡护人员到现场查看，制订处置措施。

3 结论与下步计划

3.1 结论

通过以上措施，杭州燃气阴保测试桩的完好率由以前的70.9%上升至86.9%，其中第三方施工造成测试桩的破损（埋失）率较近三年3%左右，大幅下降至1.58%，如图12所示；

图12 历年第三方施工造成测试桩破损（埋失）情况

图13 近三年抢修统计

提高测试桩的完好率可以有效的提高对燃气钢管腐蚀现状的判断，帮助公司尽早的采取措施预防事故的发生，将事后管理变为事前预防，减少抢修的频率。从图13中可以看出2012年及2013年，因腐蚀引起的抢修均达到10次以上，2014年测试桩维修后，加强了阴极保护测试桩的维护，提高了检测数据的准确性，杭州燃气能够根据测得的数据及时准确的判断埋地管线防腐层的优劣，提前采取相应的措施，避免腐蚀穿孔造成的抢修，2014年全年因腐蚀引起的抢修仅为5次。

3.2 下步计划

（1）杭州燃气在2015年将继续跟踪调查在江干区已更换的测试紫铜片的腐蚀情况，与其它未更换的黄铜片进行对比分析，分析紫铜片与黄铜片各自的腐蚀时效，验证施的准确性，以决定下一步是否对全杭州市的测试桩黄铜测试片进行更换；

（2）在今后继续跟踪在阴极保护远传系统上增加的埋失报警功能使用情况，分析是否存在系统漏洞，经确认系统完善后，将分批次逐步扩大到全杭州市埋地燃气钢管测试桩安装试用；

（3）针对测试桩埋失后无法定位查找，只能补加测试桩的现象，杭州燃气拟借鉴CJJ/T153-2010《城镇燃气标志标准》中涉及的利用电子信息标识器标识地下管线的方法，在拱墅区选取20个测试桩埋设普通电子标识器进行埋失、查找试验，试验成功后将在新建管线测试桩中埋设该电子标识器；

参考文献

[1]柯伟.中国腐蚀调查报告［M］.北京：化学工业出版社，2003: 2-5.

[2]CJJ95-2013,城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程[S],2013.

[3]胡士信．阴极保护工程手册［M］．北京：化学工业出版社，1999：194．

[4] 崔中雨,肖葵,董超芳等.西沙严酷海洋大气环境下紫铜和黄铜的腐蚀行为[J].中国有色金属学报，2013,23(3)：742-749．

[5] 曹楚南.中国材料的自然环境腐蚀［M］．北京：化学工业出版社，2005: 124．

中图分类号：TU 996

文献标识码：A

DOI：10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.04.015.04

作者简介：杨国华（1961-），男，浙江杭州人，工程师，本科，从事燃气设备设施安全技术管理工作。

Discussion on the Management and Maintenance of Hangzhou Gas steel pipeline's cathodic protection test post

YANG Guo-hua
(Hangzhou Gas Group Co., Ltd.Hangzhou 310017, China)

Abstract：This paper has systematically surveyed the cathodic protection test posts of Hangzhou steel gas pipeline, and analyzed the reasons for the low rate of the test post's integrity, put forward the corresponding countermeasures, and achieved some results, having some reference in the practical application effect.

Keywords:steel pipe; corrosion; test post