涞源县城镇燃气中压管网阴极保护调查研究及整改评价

刘子洋 孙长富 郭彦明 王翔东 于海昆 刘兆鹏 刘晓龙

（青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东 青岛 266071）

0 引言

城镇燃气管网是指自门站至用户的全部设施构成的系统，包括门站或气源厂压缩机站、储气设施、调压装置、输配管道、计量装置、管理设施、监控系统等组成。相比其他的系统，输配管道由于多地采用地下埋设的方式铺设，巡检人员无法直观的发现埋地管道正在发生的破坏，因此埋地管道的安全问题越来越引起运营管理单位的关注[1]。

涞源县中压管网阴极保护工程建设至今已有8年，目前阴极保护电位大部分不满足国家相关标准的要求，本次阴极保护范围为绝缘装置外所有埋地钢质燃气中压管线，部分管道现已投入使用8年，管道采用3PE外防腐层与阴极保护联合保护方式，阴极保护采用牺牲阳极保护法，管线共设置阴极保护测试桩30处，经现场检测部分管段阴极保护电位存在未达标现象。涞源县中压管网沿线人口较密集，安全要求较高，一旦燃气管道出现腐蚀穿孔破裂，不仅会引起爆炸、火灾、人身伤亡等灾难性事故，还可能由于大面积停气。因此，对管网的运营和施工作业提出了更高的要求。

对于埋地管网进行阴极保护设计及作业时要求管线防腐层质量必须达到有关行业技术标准（如涂层面电阻率必须大于10000 Ω.m2等），阴极保护系统的电绝缘设施安全可靠。同时也必须对所敷设管道周围土壤腐蚀性、杂散电流情况、管道防腐层状况进行详细的勘测研究，最后再做出科学合理的设计，并严格按照有关设计文件和行业标准施工，以使阴极保护充分发挥作用。

而对于要进行阴极保护整改的大多数在役管网情况要复杂的多，首先埋地管道经多年服役后涂层状况发生了很大变化，如针孔和露铁点增多扩大，涂层开裂、起翘、溶胀、粉化等，以及粘结力和附着力下降，这些都导致涂敷层综合防腐蚀性能下降。因而阴极保护设计时，必须对现状管道的涂层面电阻率进行实际测定，或进行电流需要量实验，以精确确定阴极保护所需的保护电流密度；其次，对于没有施加阴极保护的现状管线，过去一般不会考虑管道的电绝缘问题。而阴极保护要求必须将被保护管段与非保护管段或其它金属构筑物实现可靠的电绝缘，确保施加的保护电流限定在被保护管段，避免不必要的电流漏失，保证管道达到规定的保护电位范围[2,3]。

1 检测内容及结果分析

针对涞源县中压管网阴极保护系统系统性检测，本次检测以GB 21448-2018《埋地钢质管道阴极保护技术规范》[4]和GB 21246-2020《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》[5]为依据，重点检测如下内容：

（1）阴极保护电位测量：通电电位，断电电位；

（2）牺牲阳极有效性检测：阳极开路电位，阳极输出电流；

（3）应用漏电率检测法对部分电位不达标管段电流走向进行测定，从而测量出分支管道是否绝缘；

通过系统地检测，汇总各测试点阴保检测数据如表1所示。

表1 各测点测试结果

表1（续）

通过对全线30处阴保测点断电电位进行测试，可以发现共有19处测点（蓝色标记）阴保电位不达标，其中滨湖一期酒店侧面测试点疑似管道线断裂，无法测量管道电位信息。

同时，对部分测点牺牲阳极开路电位及输出电流进行测试，阳极开路电位均正常，保护不达标测点牺牲阳极输出电流较大基本在30mA以上（阴极保护系统合格的阳极输出电流为10～20mA），造成牺牲阳极消耗过快，为了满足阴极保护系统设计和服役年限的需要，需对原有阴极保护系统阳极消耗进行补充。

此外，本次检测还利用DM发射机对中医院西墙、福源盛景路北和东购物口4处电位不达标测点进行电流走向检测。其原理在于DM发射机将含有近于直流的超低频信号电流（3Hz，4Hz）、管线定位电流（98Hz，128Hz，512Hz，640Hz），绝缘故障定位电流（6Hz，8Hz）等多种频率的混频电流信号施加于目标管道上，混频电流沿着目标管道与大地构成电流回路传播，可通过接受机在管道上方接收管道电流，跟踪电流流向，电流在管道绝缘接头处被阻隔，从而可以判断管道绝缘情况[6,7]。检测发现，在中医院附近分支管道分走了大量的电流，造成友和嘉苑对面、福源盛景路北、中医院西墙这几处测点电位不达标。东购门口的分支管道分走部分电流，造成该测点电位不达标，源容源北绝缘接头接线错误导致绝缘接头跨接，电流流向小区。

2 治理措施分析及实施

综合系统地采集管道信息，分析现有的测试结果，发现管道阴保电位不达标主要由以下两方面原因：

首先，管道的电绝缘情况，主管道与部分支线管道间无电绝缘，主管道阴保电流大量流失，造成阴保电位不达标。需要对主管道与支线的绝缘情况进行全面系统排查，对无绝缘的支线管道采取绝缘改造措施。

其次，部分管段阳极数量不足以提供足够的保护电流保护管道，需要综合评估被保护管道的防腐层质量，现有阳极数量保护有效性。

综合以上两方面问题，制定了针对性的整改措施及实施方案。

第一步：管道防腐层系统性检测及绝缘有效性评估。

对管道防腐层进行全面评估，包括防腐层质量检测、防腐层破损点定位、管道路由埋深检测等。通过评估防腐层质量为后续阳极增补提供电流密度取值依据。

对主管道与支线的绝缘情况进行全面评估，判断是否加装有绝缘接头并评估绝缘有效性，为后续绝缘整改提供依据。

第二步：绝缘装置整改。

绝缘装置整改有加装绝缘接头和绝缘法兰改造两种方法。

其中绝缘接头整体直埋，具有压力等级高，寿命长，免维护等特点，但施工需停气动火，协调及施工难度相对较大。绝缘法兰改造主要针对支线入户调压箱的法兰进行绝缘改造，法兰绝缘改造相对简单，无需停气动火，成本较低，但后期法兰维护过程中容易对绝缘垫片造成损坏，影响绝缘效果，需定期检测维护。

综合以上两种方案，建议对工业用户采用加装绝缘接头的措施（工业用户停气影响相对较小）；居民用户建议对调压箱法兰进行绝缘改造。另外部分管线上焊接有接地扁铁，也会造成保护电流的部分流失，需排查断开管线上的接地扁铁。

加装绝缘接头的管段，需设置绝缘接头测试井，并设置绝缘接头保护装置（可采用埋地式火花间隙）。

第三步：阴极保护追加

管道绝缘改造完成后，对全线阴保电位进行测试，对电位仍不达标的管段进行阴极保护追加，由于管道前期阴极保护采用镁合金牺牲阳极，建议对未达标管道仍采用牺牲阳极补加，可利用现有阴保测试桩或追加的绝缘接头测试桩实现阳极安装，协调及开挖工作相对较小，且无需动火作业。

3 整改效果评价

通过对管道防腐层漏点检测，共计发现5处，随后对管道进行开挖修复，对管道加装绝缘接头两处，设置绝缘接头测试井，并设置绝缘接头保护装置（采用埋地式火花间隙），放置14Kg的镁合金牺牲阳极32支，共计加装8处，对一处测试桩断线处进行开挖整改。

整改完成后对阴极保护电位及DM电流走向重新检测，如表2所示，管道全线阴保电位合格，断电电位达到-0.85～-1.2V的标准区间。

表2 各测点测试结果

表2（续）

4 结语

通过对涞源县城镇燃气中压管网阴极保护存在问题进行系统地调查研究，总结出管道中压管网阴保不达标的常见问题，并对该问题提出了解决方案。通过对中压管道防腐层系统性检测及绝缘有效性评估、绝缘装置整改和阴极保护追加等措施进行涞源县城镇燃气中压管网整改，解决了中压管网阴保不达标问题，确保了燃气管网的平稳运行。