埋地管道外防腐层不开挖检测与评价

2021-10-23江锋

全面腐蚀控制 2021年9期

江锋

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

0 引言

秦山第三核电厂有2台核能发电机组，大量的设备安装在地面以下的厂房内，厂区室外部分有大量的埋地管道。这些管道分布广阔、纵横交错，埋设深度从1m～4m不等，管道直径从3/4英寸～12英寸不等，部分管道为2台机组公用，长达数百米。管道材质包括铸铁、碳钢、不锈钢、铜等。如此大量的管道埋设在地表以下，传输着电厂运行所需的生活水、废水、燃油、氢气等各类液态气态物质，保证了电厂各系统和设备的正常运行。为了保护这些管道能长期、安全、可靠地服役，电站设计了一套较为完整的埋地金属管道防腐蚀方案，即金属管道表面防腐涂装保护与埋地管道外加电流阴极保护系统（简称“阴极保护系统”）相互配合，保护这些管道免受腐蚀并在局部出现腐蚀缺陷后减缓腐蚀发展速率。尽管阴极保护系统属于非运行直接相关的辅助性保护型系统，但阴极保护作为埋地管道的主要防护措施，在管道保护方面起着重要的作用，它与管道防蚀腐层构成了管道的双层保护体系[1]。

1 阴极保护系统的现状与问题

秦山第三核电厂埋地管道的阴极保护分为3个区域：应急供水系统（EWS）区域、核岛（NSP）区域和常规岛（BOP）区域。根据设计，各区域均使用恒电压输出式阴极保护整流器作为直流输出的控制电源，辅助阳极为SPL线型柔性阳极配合碳素材料阳极地床，参比电极为Cu/CuSO4永久埋地参比电极，测试桩为BIG FINK易维护型测试桩。

因为原始设计上的缺陷和建造期间部分管道表面防腐层施工质量、阴极保护系统安装质量、回填土施工等方面存在较明显的偏离设计的情况，甚至部分埋地金属管道无阴极保护，整个厂区室外的埋地管道阴极保护系统在投运后即出现了各种问题，主要表现形式是埋地管道的阴极保护保护电位等重要的系统参数不符合埋地管道阴极保护的有效性准则，造成整个阴极保护系统的有效性缺失严重。应急供水系统区域和核岛区域多为混凝土路面和石子地面以下区域，在2010年前后已经完成了较为全面的开挖、评价、整改工作，保护电位长期以来都在设计的范围内，阴极保护系统整体运行情况良好。

但常规岛区域，因电站建成投运以来相关的场地、系统等已经经历了多次的改造，部分管道在建造期间即被埋在混凝土结构中，部分管道的上方后续新建造了永久厂房，部分管道靠近厂房墙根，部分管道已经废弃，致使当前已不可能执行较为充分的开挖检查和维修。埋地管道的腐蚀状态无法直接目视检查确认，只能利用当前的非开挖检测技术进行检测和定性评价，以期大致了解该区域埋地管道的腐蚀情况和阴极保护有效性情况。

2 BOP区域埋地管道防腐层检测

2.1 管道防腐层不开挖检测方法

国内外对埋地钢质管道外防腐完整性直接检测与评价的方法有: 直流电压梯度（DCVG）/密间隔电位（CIPS）联合测量法、管中多频电流衰减率测量法（PCM 法、S-CAN 法）、交流电位梯度（ACVG或皮尔逊法）等[2]。

根据国家标准GB/T 19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》附录D“防腐层破损点定位不开挖检测方法”中“交流电位梯度检测方法（ACVG）”对BOP区域埋地管道防腐层缺陷进行检测分析。该方法简便，破损点定位准确、检测灵敏度高、效率高，能定性判断破损点严重性，适用于除钢套管、钢丝网加强的混凝土配重层（套管）外，远离高压交流输电线地区，任何交变磁场能穿透的覆盖层下的管道外防腐层破损点的定位检测[3]。另外，下列情况会使本方法测量结果的准确性受到影响：交流地电位差测量仪距离发射机较近；管道上方覆盖物导电性很差的管段，如位于钢筋混凝土铺砌路面、沥青路面、冻土、含有大量岩石回填物下的管段[3]。因此，室外BOP区域的路面、石子地面、砂石混合回填物等均可能影响检测结果的可靠性，但这些因素无法避免。管道防腐层整体质量采用DM管道电流测绘系统检测，根据计算得出的管道防腐层平均绝缘电阻率值Rg来判断防腐层质量，管道防腐层采用ACVG A字架防腐层异常点检测法进行检测，并定位防腐层破损点。

2.2 管道防腐层评价标准

根据国家标准GB/T 19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》附录E“外防腐层整体状况检测方法”，采用ESTEC埋地管线外防腐层状况综合评估系统对现有高压管道外防腐层整体质量状况进行检测评价。分级评价如表1所示。

表1 外防腐层电阻率Rg值（kΩ·m2）分级评价[3]

2.3 管道防腐层不开挖检测

为相对准确地获取BOP区域埋地管道防腐层状态信息，对各条管道进行初步电连接检测。经测量，BOP区域埋地管道除在阴极接线箱进行电连接外，还有其他电连接。拆除地面阴极接线箱电连接电缆后，经测量，埋地管道还是一个导电系统，且管道基本是多管道同沟敷设，有多处三通、弯头等均影响管道防腐层评价等级。因此，除了2台机组汽轮机厂房南侧大约30m范围内存在较大信号干扰、DM接收机收集不到信号、部分管道加不了信号没法进行评价外，其他只能采集较强管道信号进行防腐层评价且必然降低评价等级，影响评价结论。

选取BOP区域7条检测信号最强的埋地管道，采用DMII仪器进行检测，通过地面消防栓或者引出的测量线给埋地管道施加电流，以10m等距测量记录管道的电流，并计算防腐层绝缘电阻。检测电流均为300mA，电流频率为128Hz。管道的走向和分支基本能查清楚，但是多条管道存在电连接且并排敷设时不能区分每条管道。管道防腐层检测与评价情况如表2所示。

表2 管道防腐层检测与评价统计表

3 土壤电阻率检测

为合理评估埋地管道防腐层等级，必须综合考虑埋地管道所处的土壤环境腐蚀性的强弱。土壤环境腐蚀性，通常以土壤电阻率来衡量。土壤电阻率是单位长度土壤电阻的平均值，单位是欧姆·米（Ω·m），土壤电阻率的大小反应土壤导电性能的强弱，导电性与腐蚀性成正相关。土壤电阻率与土壤腐蚀等级关系如表3所示。

表3 土壤电阻率-腐蚀等级表[3]

参考国家标准GB/T 19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》附录A“土壤腐蚀性检测方法”，采用四电极法测试，测试仪器为ZC-8接地电阻测试仪。本次检测根据现场情况选择2个检测点对土壤进行了土壤电阻率测试，选取的点为1#、2#机组各一处，设备为OER2571土壤电阻率测试仪，测试结果如表4所示。

表4 土壤电阻率测试记录表

从表4的检测数据可知，测试点土壤电阻率均大于100Ω·m。根据土壤电阻率-腐蚀等级表3，结合测量日期前雨水较多，电阻率应比正常天气情况时要小，故土壤腐蚀性总体评价等级为“弱”。

4 杂散电流检测

杂散电流是指在规定的电路或计划电路之外流动的电流，一般来自于埋地管道周围的电场环境。杂散电流可通过测定一定时间段内的管地电位稳定情况（如是否存在波动等）来定性评价是否存在。

本次检测交流杂散电流采用测量交流管地电压大小来评价，主要测量交流干扰情况。测试采用连续测试的方法，参比电极使用饱和硫酸铜电极，使用的仪器为存储式杂散电流测试仪，仪器的通道状态设置为交流。在2台机组汽机房南侧分别选取1处，利用管道测试线测量管道的交流电压。测量结果如表5所示。数据处理根据GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》和GB/T 19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》来进行判断评价。