浅谈预防埋地管道腐蚀的措施

崔云龙* 刘元胜 翟永军

（泰安市特种设备检验研究院）

0 引言

对成都某埋地金属管道进行检验时发现，管道存在均匀腐蚀和局部腐蚀2种情况（如图1所示），且大部分为局部腐蚀，其危害性也较大。钢管在土壤中的腐蚀过程主要是电化学溶解，形成腐蚀电池后导致管道锈蚀穿孔。按腐蚀电池阳极区与阴极区间距的大小，又可将钢管的腐蚀形态分为微电池腐蚀和宏电池腐蚀两大类。这里两种腐蚀与土壤电阻率存在很大关系，与当地的温度、湿度和气候、酸碱度、盐分、水、氧含量、pH、自然腐蚀电位、最小保护电位、限制临界电位、电化学腐蚀等都存在很大关系。通常在检验前要进行周围环境调查（腐蚀状况）。综上所述，埋地管道在土壤中被腐蚀主要是由土壤中的电子游动引起的。该腐蚀原因可分为电子从阳极或者阴极流动，或者是形成电流这3个过程，彼此之间存在密切的关系，也可以相互独立，如果一个原因受到影响，另两个也会同样受到不同程度的阻碍，腐蚀电子的游动就会减速或受到影响。微量元素和微生物也会对管道腐蚀产生较大影响。燃气管道外表长期与这些物质接触，逐渐受到腐蚀，最终影响管道防腐质量。

图1 管道加强级3PE 腐蚀状况

1 发现的问题及处理过程

相关管道参数、介质类型、设计温度、压力、套管位置和结构、电源的可利用性、远距离的监控系统类型与位置、阴极保护的设计使用寿命，都需要系统地查找资料。

在管道检验过程中首先应进行管道宏观检查。管道宏观检查相关项目及检验方法为：观察周围管道走向及利用PCM及A字架确定埋深和管道位置，利用GPS记录管道具体位置，GPS会利用大地坐标形成坐标系统。地面装置检查主要检查标志桩、测试桩、里程桩、标志牌(简称“三桩一牌”)等外观完好、丢失情况；主要对管道沿线地形、地貌通过目测、测量等方法来实现。管道沿线防护带及构建物，包括与其他建(构)筑物净距和占压并行、交叉、动土等检查状况；天然气地下管网错综复杂，强制电流和阴极保护的外加电源对其他天然气管道影响较大，会对管道形成自身保护，而其他没有阴极保护的管道腐蚀性较强。主要是由于电化学腐蚀因素影响，内部管地单位、绝缘接头保护端和非保护端是否连接。

采用加强级3PE防腐（利用电火花检测）非常重要，目前埋地燃气管道常用的外防腐涂层主要有石油沥青、环氧树脂粉末（FBE）、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青和聚氨酯胶带等五类。在国内，从耐用年限、维护费用等经济因素综合考虑，一般首选三层PE复合结构防腐涂层。在牺牲阳极保护法中采用镁棒和锌棒作为牺牲阳极对管道进行保护的线路比较多。但应注意的是，当土壤电阻率（如表1所示）太高和被保护管道穿过水域时，不宜采用牺牲阳极保护，土壤电阻率测试方法如图2所示。

图2 土壤电阻率测试方法

表1 土壤腐蚀性评价等级表

中压和次高压管线大部分在城市主干道，受到电力机车和高压线、地铁的影响较大，对杂散电流中的参数影响也较大，天燃气埋地管道大部分埋于地下，当有架空或者过路过桥等形式就要做好架空管道防腐和接地线路，去除管道上的流动电子，减少管道周围环境的影响，特别是重大化工厂周围。

在临近交直流的高压输电线路（额定电压、电缆位置）对天然气管道的电场作用、管道直流干扰检测过程中，环境中可能存在可燃性气体，应避免在接线或拆线时产生电火花。排除牵引机车电气化的影响、其他干扰电流的影响需在环境条件能满足安全工作的前提下，方可进行现场检测（输气站、配气站等场所，还应遵守相关安全规定）。测试中应首先接好仪表回路，再进行与被测体的连接，最后开启测试仪表。测试结束时，按相反的顺序操作，与被测体的连接时采用单手操作法具体如图3所示。对土壤电阻率测试完成后，还应对杂散电流和阴保的有效性检测检测具体范围和参数如表2所示。

图3 绝缘接头测试方法

表2 杂散电流强弱程度的判断指标

对杂散电流中的管地电位、横向梯度、纵向梯度、交流电压进行检测后发现，管道的参数符合GB/T 19825—2014《埋地钢制管道腐蚀防护工程检验》要求。对管道交流干扰电压和交流电流密度测试来判断干扰的强弱（如表3所示）。特殊情况下采用动态和静态杂散电流测试方法对管地点位波动（大于200 mA）或感应电流（大于2 A）波动判断是否排流。

表3 杂散电流数据表

再次对阴极保护进行检测，通过GB/T 21448—2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中的规定对管道通电电位、断电电位、直流电流、交流电压、交流电流的参数（如表4所示）来判断是否符合要求。

表4 阴保有效性检测

2 腐蚀防护系统评价

首先构造矩阵：

式中：B——权重系数；

bij——权重因子。

再利用矩阵进行权重分配，经过模糊计算得到的腐蚀防护系统综合评价结果A=[a_j](j=1,2,3,4)，具有一定模糊性，为了能准确评价腐蚀防护系统的状况，对评价集中的评价等级采用百分制记分的方法进行量化处理，即用评语90≤c_1≤100（代表一级）、80≤c_2＜90（代表二级）、70≤c_3＜80（代表三级）、60≤c_4＜70（代表四级）表示，从而得到评语的分数向量C，计算评语得分为S，计算评语的高、中、低得分，用它们的平均值S̅作为评价管道腐蚀防护系统状况等级的依据，最后，由计算出的S̅值所在的评语区间作为评级腐蚀防护系统等级的依据。如果管道压力大于0.8 MPa，则需要进行管道合于使用评价，该评价系统包括应力校核、剩余强度评估、超标缺陷安全评定和剩余寿命预测4个功能模块，可选择其中1个或多个模块，生成一份包含所选模块的报告。应力校核：出现多种危险情况或认为必要时进行；剩余强度评估/超标缺陷安全评定：针对危害管道结构完整性的缺陷进行，可确定管道最大允许工作压力；剩余寿命预测：针对含腐蚀的缺陷管道进行，根据预测结果，可确定下次检验时间。管道检验完成后汇总资料，所有收集的管道基础资料、宏观检查信息、检验检测原始数据等资料，均会体现在检测报告中。埋地公用管道检验结束后，检测方要在规定的时间日内提供合法合规的全面检验报告。检验结果汇总完成后，检验人员逐一对检测结果按照报告格式录入汇总形成完整的报告，检验人员要准确、真实填写报告内容，质量负责人和技术负责人要对报告内容按照细则内容核对报告是否完整。待报告完成后，委托单位要对报告核验并验收，验收合格后双方约定检验的状况。

3 结语

通过先进技术和设备对埋地管道腐蚀环境、防腐层系统评价、阴保有效性、杂散电流天然气埋地管道进行综合分析，结合现场实际，对管道运行提出具体的意见。将埋地管道风险评估的数据记录和分析计算等过程软件化，用户在系统的帮助下可以快速完成埋地管道风险预评估和再评估，通过计算权重和检验一致性对腐蚀防护系统进行综合评价，按照模糊评价方法计算得出每个管段的腐蚀防护系统等级，系统后台自动完成并生成报告。腐蚀防护系统功能完好，满足设计要求，在6 年的检验周期内能有效使用。