燃气管道的防腐现状及对策

2018-11-14上海燃气市北销售有限公司

上海煤气 2018年5期

关键词：杂散阴极保护燃气管

上海燃气市北销售有限公司汪奔

燃气管道的防腐现状及对策

上海燃气市北销售有限公司汪奔

根据现阶段燃气管道防腐存在的诸多问题，分析了这些问题的原因，并针对这些问题，提出了相应技术和管理改善方法。

燃气管道管道防腐牺牲阳极

0 前言

目前上海的地下燃气管道主要以钢管为主，管道本身材质、敷设环境含氧浓度、地表温度和土壤电阻率等不同因素，都可能导致钢管与周边土壤发生原电池反应，产生电位差，从而引起管道的腐蚀。除了这些传统的腐蚀因素外，随着城市高度发展，轨道交通、磁悬浮等新型交通的兴起，所产生的杂散电流加剧了周边钢管的腐蚀，而轨道交通沿线多是人口稠密地带，一旦发生泄漏，轻则停气，造成附近居民生活不便，重则可能发生严重的安全事故。因此，对地下燃气管道的有效防腐显得尤为重要。

1 燃气管道防腐现状及问题

目前，天然气钢管的防腐主要依靠钢管的外防腐层和加装的阴极保护设施。现在常用的外防腐层主要是3层聚乙烯防腐层(3PE)，对于运行年限较长的旧管道，其外防腐较多使用环氧煤沥青(3油2布或4油3布)。中心城区燃气管道的阴极保护设施通常以加装牺牲阳极保护为主，外加电流保护为辅。

1.1 外防腐层

管道安装施工过程中或第三方施工过程中，由于各种工程机械的刮擦伤或覆土过程中未按照要求做，造成石块等硬物的碰撞，引起外防腐层损伤，见图1。管道焊缝处、异型接口处修补工艺不到位，PE保护套和管道外壁的附着力不够，造成外防腐层起壳、脱落等。使用环氧煤沥青防腐层的旧管道，其防腐效果也随着服役年限的增加而降低，逐渐变薄、起壳、脱落。上述这些防腐层的破损或脱落，都将导致钢管的快速“腐蚀”。

图1 破损的防腐层

1.2 阴极保护

从近几年的管道检测报告中可以发现，加装的牺牲阳极主要存在以下方面的问题：

(1)牺牲阳极安装时其接线未与管道焊紧，运行时间一长自然脱落，焊点处就人为造成了一个漏点。

(2)牺牲阳极的安装不到位，大多数仅能检测管道的闭路电位，不能记录管道的开路电路，这样只能确保管道当时的保护效果，却无法对管道受损的速度以及未来的发展做出及时的预判，来达到防范于未然的效果。

(3)牺牲阳极测试桩的日常维护不当，造成接线错误，从而导致阳极不能起到保护作用。

(4)牺牲阳极测试桩的数量不足，达不到每5组阳极1组可测的要求，无法判断管道全线的阴极保护效果。

除了牺牲阳极，外加电流伐的阴极保护情况也不容乐观，各大门站的恒电位仪设施也都到了使用年限，出现阳极地床失效或者PS-1恒电位仪自动控制损坏等问题。

2 相应对策与措施

2.1 定期做好管道检测

压力管道检测工作的主要工作内容有：资料审查、宏观检查(穿、跨越检查和敷设环境调查等)、防腐层状况不开挖检测、阴极保护有效性检测等。

(1)资料审查：主要是对于路段的固有属性进行资料的复核，如路段名称、管道级别、长度、压力和温度等。

(2)宏观检查：包含泄漏检查、位置与走向检查、地面标志检查、管道沿线地表环境检查、穿、跨越管段检查等。

(3)防腐层状况不开挖检测(PCM)：PCM检测的基本原理是由发射机向管道发射某一频率的信号电流，电流流经管道时，在管道周围产生相应的磁场；当管道外防腐层完好时，随着管道的延伸，电流较平衡，无电流流失现象或流失较少，其在管道周围产生的磁场比较稳定；当管道外防腐涂层破损或老化时，在破损处就会有电流流失现象，随着管道的延伸，其在管道周围磁场的强度就会减弱。

现场检测时，在牺牲阳极(或阀门)处通过发射机对管道加载信号，检测人员手持接收机和防腐破损定位A字架沿管线行走(如图2所示)，每隔50 m，测出该管段处的电流，以此绘制出整个检测管道的电流衰减曲线。

图2 PCM检测现场

如管道外防腐层完好，则发射的电流衰减比较平稳；如果外防腐层有破损或老化等情况，则会出现快速衰减的情况。如图3中A点到B点，可以判断该段管道外防腐基本完好，从B点到C点，则可以判断外防腐层已破损或老化。

图3 某管道检测的电流衰减曲线

(4)阴极保护有效性检测(CIPS)：CIPS是近间距测量管道的对地电位的检测方法，其设备包括毫伏表、Cu/CuSO4半电池探杖和尾线轮(如图4所示)。用CIPS近间距电位检测技术可绘出整个管线的保护电位图，从而判断阴极保护效果的有效性。

图4 CIPS检测示意

图5为测得的某路段地下燃气管道保护电位图，可以看到该段管道的保护电位在-600~-800mV之间，达不到规定的管道保护电位-850 mV，因此判断该段管道阴极保护效果不理想，需要采取相应措施。

通过对管道进行定期检测以及安全性能评定，可以及时发现管线存在的安全隐患，如标识、设备泄漏、占压、管道防腐层破损等，并及时进行修复或改造。

图5 实测的管道保护电位

2.2 加强施工质量管理

归根结蒂，外防腐层的质量与完好与否是管道正常使用的保证。首先，对于还在服役的环氧煤沥青旧管道尽快进行三层聚乙烯的涂层改造。对于3PE仍不能满足保护要求的，比如在轨交沿线管线等杂散电流干扰比较大的区域，应考虑采用3PE加强级涂层或其他新型涂层。然后，规范新排管道施工操作，防止外防腐层在管道安装时发生损伤。安装完成后全线进行电火花检测确认外防腐层完好，方可进行覆土。覆土时管道悬空段应用细土或砂填塞，管道两侧同时进行回填，并进行夯实，管顶以上300 mm内应采用人工回填，其余部分采用机械回填，防止硬物碰伤。

对于新排管道，必须严格按照标准规范设计并安装阴极保护系统。每公里管道牺牲阳极设置的数量可按公式1计算：

=2(K+) (1)

式中：——阳极组数，组/km；

——管道直径，m；

K——系数(管道直径1 000 mm以下取1，管道直径1 000 mm以上(含)取1.5)。

在市区、工业区和轨交沿线，牺牲阳极可适当加密设置。

牺牲阳极埋设分立式、水平式两种。要求埋设的阳极距离管道外壁一般情况下不宜小于1.5 m，埋设深度以阳极顶部距地面不得小于1 m。组队布置时，阳极间距以1~3 m为宜。由于牺牲阳极埋入地下后，运行状况只能通过测试数据来了解，所以阴极保护测试装置应与阴极保护系统同步安装。对于测量数据不稳定且干扰源多的区域，管道施工时可同步安装长效参比电极来稳定数据。长效参比电极一般紧邻管道埋设，可在很大程度上减小土壤电阻产生的压降影响，提高数据测量的正确性。

2.3 高中压门站使用强制外加电流保护措施

可以考虑在各高中压门站内的地下燃气钢管通常使用强制外加电流的阴极保护系统，一般由整流器、阳极地床、参比电极和恒电位仪组成。整流器需要配备一套独立的电源配电箱以提供三相50Hz、380 V/12 kVA交流电，深井式阳极地床内埋设12支预组装式金属氧化物阳极及导气管(如图6)，所有阳极电缆在阳极井内的接线箱里并联后由阳极汇流电缆引到恒电位仪。该深井在地面需砌筑井座和井盖用以保护导气管，同时在燃气管道附近埋设一支长效硫酸铜参比电极(埋设深度为地面1.0m以下)。在实际运行中，通过观察长效参比电极的电位及时调整恒电位仪的输出电压和电流，以使整个保护电位为-850 mV。

图6 金属氧化物阳极及导气管

2.4 重点干扰区域采用新型技术监测

2.4.1 新型极化探头

采用普通参比电极或手持铜/硫酸铜参比电极测定地埋管道的极化电位时会因不可避免的IR降而引起误差，为此需采用断电测量法才能消除，但在工程上断电测量常会因很多不便而难以实施，并且断电测量的重要前提是无杂散电流干扰，当有杂散电流干扰或由防腐层缺陷差异导致产生局部宏电池时，即使采用断电法也难以测出真实的管道极化电位。而且现有的测试方法不管是地表参比法、近参比法或是断电法，都是基于管道防腐层有“露铁”才能测出管道极化电位，但随着近些年3PE或新型外防腐层的出现，管道“露铁”的机会越来越少。

新型极化探头与普通探头相比，多了附着在塑料筒底部的带有同心孔的圆盘(材质与管道相同)。当该极化探头被置于与地埋管道相同的土壤介质后，探头底部的圆盘就可以通过导线经测试桩与埋地管道相连接并引入极化，从而使圆盘与地埋管道具有相同的极化电位。如图7极化电位测量回路示意图中的圆盘相当于试片，模拟了管道“露铁”现象，从而解决了管道无“露铁”没法测量的问题。

图7 极化电位测量回路示意

2.4.2 无线远传数据系统

本着“智能管网、智慧燃气、智慧城市”的理念，还可以对重点干扰区域采用无线远传数据系统。该系统包括终端设备和系统软件两方面。其终端设备(图7所示)具有自动同步进行多路电流检测和电位检测的功能。采集的数据通过GPRS无线传输方式上传到监控中心，监控中心通过Internet接受数据并对数据进行集中管理分析、处理，异常情况及时报警。系统软件界面方面，包含地图管理、实时监控、数据管理、报警管理、镁包管理、报表管理和日志管理等内容，如图8为实时的电流检测数据。通过该系统可以对管道电位状态、阳极系统运行状态、杂散电流干扰状态、评估阳极体使用年限等方面进行监测，主动发现杂散电流腐蚀区域，以及检验杂散电流防护措施效果。

图8 系统实时数据截屏

2.5 杂散电流做好排流工作

杂散电流目前主要分三大类，包括直流杂散电流、交变杂散电流和地球本身磁场影响等。影响地下燃气管道的杂散电流主要来自电气化铁路、地铁或轻轨、大型施工机械—焊机以及架空交流电线等。

杂散电流对管道腐蚀的过程大致是：杂散电流在管线绝缘层损坏的点(漏点)流入管线，然后沿管线流动，从另一处绝缘层损坏点离开管线。杂散电流流入埋地金属的地方，带负电荷、阴极区，一般不受影响(电位过负时，管道表面会析氢，造成防腐绝缘层损坏剥落)。管线的阳极部分(电流离开管线处)，即发生杂散电流腐蚀。杂散电流从管道防腐绝缘层破损处流出(即阳极区)，以铁离子形式溶入周围的电解质中，使阳极区的金属管道腐蚀。

根据这一腐蚀过程，可以采用直接排流法、加二极管的单向导通排流和加直流电源的强制排流等措施。如对于地铁等轨道交通而引起杂散电流干扰较大的区域，可采用直接排流法(图9)，即轨道交通与燃气管道之间安装屏蔽网，屏蔽网可选用化学性质稳定且导电性能好的材质，如铜。然后将该屏蔽网和钢轨均在牵引变电所(G)附近相连，如此可有效地减少杂散电流渗入燃气管道。