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管道腐蚀!埋地钢制燃气管道外腐蚀整体解决方案

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左鑫 雷斌

埋地燃气管道是城市重要的地下基础设施之一,它具有不占空间、隐蔽性好和不易损坏等优点,在市政建设中得到了广泛应用.输气管道随着埋设年代久远,管道防腐层也会逐年老化.而外防腐层的老化、破损又会加速管体的腐蚀,若腐蚀严重则可能导致漏气,形成严重的安全隐患.为保障管网输送能力,确保输配管网安全运行,必须有一套完整的行之有效的外腐蚀防护的解决方案.

一、外腐蚀防护的整体解决方案

管道外壁发生的电化学腐蚀是埋地钢质燃气管道主要的安全隐患,也是管道外腐蚀防护的重点.目前国内对城市燃气管道广泛采取管道外加防腐层的防护措施,也就是将管道外壁整体绝缘,避免了电化学腐蚀发生的可能性,从而保证了管道外壁不会发生腐蚀.但是要保证管道外壁彻底绝缘,即外防腐层完全完成无一丝缺陷,实际上是很难实现的.因此,通常在外加防腐层的同时,对管道施加有效地阴极保护,可以弥补外防腐层的缺陷,确保管道外壁不会发生腐蚀.

外腐蚀防护的整体解决方案分为新建管道和运营管道两类.其工作流程如下:

腐蚀:徐州:供暖管道接连爆炸 原是管道腐蚀所致[流畅版]

新建管道:根据管道埋设施工设计进行前期勘探,包括土壤电阻率、管道自然腐蚀电位、杂散电流等数据的检测;设计阴极保护方案,包括采用何种阴极保护方式(主要有牺牲阳极和外加电流两种)、牺牲阳极的种类和数量、测试桩的埋设、杂散电流的排流方案等;埋设前外防腐层的完整性检测,主要采用电火花检测;按设计进行施工;竣工检测,主要是外防腐层完整性竣工检测、阴极保护系统参数检测等,用以确认防护方案实施的有效性.

运营管道:外防腐层的检测,包括防腐层破损定位和防腐层绝缘性能检测;阴极保护系统现状检测;管道腐蚀环境检测,包括土壤电阻率、管道自然腐蚀电位、杂散电流、土壤理化参数等数据的检测;管道剩余寿命分析;根据检测结果设计整改方案,包括外防腐层修复、阴极保护系统施加或修复、管道加强修复等;整改施工后的竣工检测,包括外防腐层完整性竣工检测、阴极保护系统参数检测等,用以确认整改修复方案实施的有效性.

二、重点环节的技术方法及原理说明

(一)外防腐层完整性检测

外防腐层可使管道与土壤介质绝缘隔绝,避免钢制管道与周围土壤发生电化学反应而造成腐蚀,是一种行之有效的物理防护方式,但在实际工程中防腐层受损、老化等情况不可避免.

防腐层状况检测与评价是地下管道管理的一项重要内容,通过检测与评估可以为管道维护管理以及制定维修计划提供可靠的科学依据.外防腐层完整性检测的主要内容就是检测防腐层的破损位置及防腐层的绝缘性能,从而为防腐层的修复提供依据.

防腐层状况检测与评价需要先进的科技导航手段来完成,从而达到快速检测、有效评价的目的.防腐层现状检测有多种方法,包括:直流电压梯度法( DCVG)、人体电容法、密间隔电位法、多频管中电流法( PCM)、C-Scan扫描法等.

(二)管道腐蚀环境检测

管道环境检测根据研究对象所处环境不同进行检测,又可分为大气环境、土壤环境和海水(工业水)环境.根据检测地点不同,又可分为现场检测和实验室模拟实验.常用检测方法主要有:直接观察法、无损检测法和在线检测法.

土壤环境中的金属构件的腐蚀属于电化学腐蚀范畴,腐蚀原电池是其最基本形式,因此能够促进腐蚀电池、影响腐蚀电池土壤理化性能的都能左右土壤腐蚀.因此,通过现场测试影响土壤腐蚀的几个重要因素(土壤电阻率测试、氧化还原电位测定、土壤PH值测定、腐蚀电位测量、土壤含盐含水量测定及杂散电流干扰测量),可以评估出管道所处土壤腐蚀环境的强弱,从而为制定管道腐蚀防护方案提供依据.

(三)阴极保护系统参数检测

金属在土壤中腐蚀主要为电化学过程.因金属晶粒不均匀、晶界缺陷等造成其化学不均匀性,加上土壤的电化学腐蚀环境,使得在金属一土壤相界面上形成多个腐蚀原电池,造成局部阳极为铁的溶解反应,局部阴极为氧的去极化反应:

阳极过程:Fe→Fe2++2e

阴极过程:02+2H20+4e→40H-

对钢质管道进行阴极保护,是通过外加阴极电流或与一个腐蚀电位低于铁自然电位的金属(如常用的镁阳极)偶接,将管道电位降至低于局部微阳极开路电位从而抑制腐蚀的发生.采用外防腐层加阴极保护方式联合防腐是一种经济而科学的防腐措施,有效的阴极保护措施可以弥补由于防腐层缺陷的形成的腐蚀隐患.

通常阴保现状检测包括:管地电位、牺性阳极开路电位、牺性阳极输出电流、牺性阳极接地电阻.

(四)管道剩余寿命分析

管道剩余寿命分析是管道风险评估中的重要指标,与管道的管径、原始壁厚、设计压力、剩余壁厚等参数有关.通过对管道腐蚀最强处或现状最弱处测量管道剩余壁厚、剩余强度等数据,结合管道的管径、原始壁厚、设计压力等计算出管道的腐蚀速率及剩余寿命,从而对管道的修复方案提供设计依据.

(五)管道综合评估及管道腐蚀修复方案

通过对管道腐蚀现状、管道剩余壁厚、管道剩余强度等参数的检测,结合腐蚀环境、外防腐层现状、阴保现状等检测结果,对管道的综合情况进行整体评估,判断管道的运营风险,估算管道的安全运营寿命.并以此为指导,进行管道的整治改造,对风险值较高的管段,加以整治,使之进入允许的风险范围内.主要的修复手段包括以下几方面:

1、管道外防腐层破损严重的管段,对符合国家防腐层大修标准的管段进行修复.根据老化破损面积不同可以采取不同的方式,管段距离较长,采取整体开挖,去除旧涂层,电动砂轮(确保管道基体强度满足要求,无泄露点)除杂物,重新制作防腐层.管段短小的部位,可以采取热缩带修复.修复后强化检验,保证质量.

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2、管道基体明显减薄、强度不足部分,采取整体更换管段或金属修补胶进行补强.这两种方式也是根据要修复的管段长度来综合考虑,较长管段整体减薄应采取换管的方式,局部区域的深层腐蚀坑采取金属修补胶的方式.

3、管道阴极保护系统缺失或无法有效保护管道时,要根据检测结果对银保系统进行整改,包括更换或添加牺牲阳极、加装测试桩以便随时监测等.

管道外腐蚀防护对管道的安全运营意义重大,本文通过对管道外腐蚀防护整体方案的简单论述,希望能对进行相关工作的同行提供一点参考,为管道安全工作尽一些绵薄之力.

作者单位:重庆燃气集团股份有限公司技术中心

山东正元地理信息工程有限责任公司

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