杭州某小区地下燃气管道腐蚀原因检测与分析

赵 承 冯其栋 范列朋

（1.杭州市燃气集团有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州天然气有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引言

管道的服役安全对于保障燃气供应，避免风险隐患至关重要。小区内燃气管道因其腐蚀影响因素较多，发生泄露后直接威胁到人民的生命财产安全，而受到各地政府的重视[1]。杭州是华东地区继上海、南京、苏州之后的第四个开通地铁的城市，地铁线路在市区通常会在多个地点与埋地燃气管道相交或平行，杭州燃气集团在所辖燃气管道日常检测中多次发现地下车库上方埋地燃气管道存在明显的杂散电流腐蚀特征，个别部位甚至造成了腐蚀穿孔。以杭州和谐嘉园小区进调压器中压钢质燃气管道为例，该管道位于地下车库上方，距最近地铁站点200m，投运时间为2012年8月，按照该段管道建设时期的工程设计要求，该段管道远未达到涉及寿命[2]。但杭州燃气集团在例行的风险评估检测中，发现在不足200m的管道上存在3个I类防腐层破损点和1个II类防腐层破损点，最深腐蚀坑深经测量在4mm左右。为确认燃气管道否存在杂散电流影响，该杂散电流是否来自于地铁直流杂散电流干扰，本文对该小区燃气管道土壤电位梯度和管地电位进行了测试分析[3,4]，初步查明了管道腐蚀原因并提出了下步的整改措施。

1 检测分析

1.1 管地电位测试

测试中为消除由于土壤电阻存在引起的IR降，采用了试片断电法，由试片与参比电极（CSE）电位代表管道电位[5,6]。在管地电位测试中，采用继电器进行3s断12s通连续循环，获得管道通断电电位并进行对比。现场测试中使用自动数据采集系统，4017采集模块1个，采集频率1Hz；并采用无线远传设备进行高频数据采集，采集频率100Hz。

现场布置如图1所示，靠近西门处管道测试桩作为管道引出线，沿小区内部绿化带向东依次布置4处测点，间隔分别为19m、30m和28m，并埋设4个埋地试片。

为消除现场IR降影响，采用极化试片断电法进行管地电位测试，为使埋地试片有充分的时间极化，从中午开始将试片与管道导通，管地电位有效数据采集时间段为16:00至次日00:26，通断电测试开始时间为19:30左右，测得该小区通管地通断电电位数据。

1.1.1 通电电位数据变化

通过测试分析，地铁运行期间电位正负波动较大，幅值变化范围1点-0.6～0V、2点-0.6～0.1V、3点-0.6～-0.1V、4点-0.8～0.4V之间，23:20地铁停运后，电位变化趋于平缓，管道受到来自于地铁的杂散电流干扰。图2所示为测点1～4管地通电电位随时间变化图，各测点通电电位变化趋势相同，波动幅值范围相近。

地铁运行时段内，各点电位平均正偏值在0.03V～0.07V之间，均高于标准20mV判定，但低于标准0.1V防护要求。随着地铁运行结束，各点管地电位正偏、负偏平均值均迅速减小，管道受到来自于地铁杂散电流干扰。测点4管地电位平均值远负于其他三点，4点管地电位小时平均正偏最小，平均负偏最大（如表1所示）。经调研附近有牺牲阳极埋设，从空间位置上，测点4距离钱江路站最近，考虑电流流入点的可能。

表1 各测点管地电位-通电电位小时平均值、平均正偏、平均负偏变化

1.1.2 断电电位数据变化

地铁运行期间各点管地电位（断电电位）如图3所示，各测点均发生不规律明显正偏瞬时波动，波动峰值200mV左右，管地电位负偏不明显；24:00以后，地铁轨道断电后，管地电位平稳，管道受到疑似来自于地铁的杂散电流干扰。

同通电电位，将测试数据按时间及地铁运行进行分段，取地铁停运后管地电位作为背景值，分别对各时段内管地电位平均值，地铁运行时段管地电位相对于背景值的平均正偏、平均负偏进行计算，结果如表2所示。

表2 各测点管地电位-断电电位小时平均值、平均正偏、平均负偏变化

随着地铁由正常运行直至停运，地铁杂散电流影响减弱，各测点管地电位平均值逐步负移，各测点小时正偏平均值、负偏平均值均在0.01～0.04V之间，高于标准20mV要求，除测点4管地电位正负偏均存在较大变化外，其余3点正偏变化明显，电流流出管道为主，地铁运行期间存在杂散电流干扰，随地铁运行状态变化，存在腐蚀风险。

测点4管地电位背景值远负于其余各点，且管地电位负偏明显，正偏值及正偏概率均远小于其余各点，如图3所示。经调研，4处存在一处牺牲阳极，从空间位置上看，4点更接近地铁钱江路站，受轨地电位变化，管地电位正负波动，其余三点逐步远离地铁站。

1.1.3 通-断电电位数据对比

考虑到地铁运行期间土壤中存在杂散电流，加之管道牺牲阳极保护电流影响，为消除测试过程中的干扰，本文采用试片断电法进行通断电对比测试，将24点地铁停运后各点通电电位与断电电位进行汇总整理（如表3所示）。所测管道管地电位通断电数值存在0.1V左右差别。

表3 地铁停运后管地电位通-断电电位差值(V)

正常情况下，因为牺牲阳极保护电流的存在，土壤电流流入管道，管道通电电位测量中包含了IR降，相比于断电电位数值会更负一些，但现场测试数据表明，所测管道断电电位负于通电电位，说明土壤中存在杂散电流且杂散电流是由管道流出，与管地电位测试结果相吻合。

1.2 土壤电位梯度测试

通过双参比电极法在沿管线方向和垂直管线方向布置两组参比电极，通过两组参比电极电位差矢量和求得土壤的电位梯度。电位梯度大小与杂散电流成正比，方向与杂散电流相同。

土壤电位梯度测点，如图4所示，采用低频1Hz测试，假定垂直管道方向自东北流向西南为正方向、平行管道方向自西北流向东南为正方向。数据有效采集时间为16:00至次日00:26。

经测试，平行管道方向电位梯度变化较为平稳，由-3.6mV/m逐步下降至-7mV/m，并保持平稳，在地铁运行时段有小幅波动，波动幅值较小，小时平均偏移值在0.3～2.5mV/m范围内；垂直管道方向电位梯度16:00～21:20时段，电位梯度5mV/m增大至15mV/m，波动比较剧烈，小时平均偏移在3 m V/m 左右；2 1:2 0 之后，电位梯度瞬时下降为-5mV/m附近，并保持较平稳变化，并于23:20后恒定于-3.8mV/m（如表4、图5所示）。电流方向：垂直管道方向背离管道，由管道流出，平行管道方向背离地铁站。

表4 管道附近土壤电位梯度小时平均值、小时平均正偏、负偏数据汇总表

3 结语

综合以上数据分析，所测管道受到地铁杂散电流干扰，地铁运行期间与管地电位、电位梯度具有对应性。通过各测点管地电位变化对比与土壤电位梯度的测试，距离地铁站较近测点4为杂散电流流入点，其余三点为电流流出点，同时通过地铁停运后各点通电电位与断电电位数值存在0.1V左右差别，管道断电电位负于通电电位，管道处于电流流出区，处于腐蚀环境中。基于以上结论，在全面修复防腐层破损点的同时，杭州燃气拟通过在电流流入阳极处增加极性排流装置以阻止地铁杂散电流的流入，其次在电流流出区加装牺牲阳极进行排流，后续将采取针对性的检测以验证措施的有效性。