2023年《安全管理论文》之在役中压燃气钢质管道腐蚀防护.docx

在役中压燃气钢质管道腐蚀防护 ：按照SY/T 0087—95等标准，对某小区在役中压燃气钢质管道进行腐蚀防护，包括腐蚀评价、管道及防腐层修复与修理、管道更换、阴极保护馈电试验等。关键词：阴极保护；保护电流密度；牺牲阳极；馈电试验Corrosion Prevention of In-service Medium Pressure Gas Steel PipelineWANG Ya-ping，LI Zhi，ZHANG Yan，HE Wei，HUANG Jun(Wuhan Research Institute of Materials Protection，Wuhan 430030，China)Abstract：According to Standard for Investigation Method of Corrosion and Protection of Steel Pipelines and Tanks (SY/T 0087—95)and other standards，the corrosion prevention of the in-service medium pressure gas steel pipeline in a residential area is carried out，including corrosion estimation，renovation and repair of pipeline and anticorrosive layer，pipeline replacement，cathodic protection，feeding test and so on.Key words：cathodic protection；protection current density；sacrificial anode；feeding test    某小区中压燃气庭院管网于1995年建成通气，管材为钢管，材质为Q235B钢，规格为DN 25～200 mm，总长约3.4 km，共有64台中-低压调压箱。管道外外表采用石油沥青特加强级防腐，未采取阴极保护措施。    2022年—2022年，该小区发生过数次中压管道腐蚀穿孔泄漏，经及时抢修，未造成较大损失。2022年公司在对该小区中压管网进行腐蚀调查的根底上，进行改造，经过对在役管道进行修复、修理及更换，消除平安隐患。1 腐蚀防护技术方案依据SY/T 0087—95钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准和SY/T 0019—97埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计标准，并引用德国DIN 50929标准。主要测试管道外防腐层绝缘电阻、外防腐层缺陷位置与程度、土壤环境腐蚀性、特殊环境，然后修复管道防腐层缺陷、更换局部腐蚀严重管道、进行阴极保护馈电试验，最后设计并安装牺牲阳极，具体技术方案见图1。        测试方法：管道外防腐层绝缘电阻运用变频-选频法测量，外防腐层缺陷位置与程度运用SL-6型地下管道防腐层探测检漏仪确定，土壤环境腐蚀性主要测试土壤电阻率、pH值、是否有硫酸盐复原菌等内容，特殊环境主要测试交流与直流杂散电流的干扰程度，阴极保护馈电试验运用直流恒电位仪以确定实际阴极保护电流密度的大小。    修复方法：对于外防腐层有缺陷的管段，剥离原有沥青防腐层，并采用动力工具除锈至St3级，然后采用RD-6型冷缠胶带防腐。修理方法：腐蚀坑深小于20%壁厚的管段，采用补焊的手段增加管道强度，再采用RD-6型冷缠胶带重新防腐。更换方法：腐蚀坑深大于等于20%壁厚的管段，更换成PE管。完成所有测试、修复、修理及更换工作后，对全部钢质管网采取阴极保护措施。2 腐蚀防护检测结果    ① 防腐层绝缘电阻        管道防腐层绝缘电阻是衡量防腐层质量的重要参数，防腐层绝缘电阻越高，其屏蔽防护效果越好。由于管道上的支管、阀门、凝水缸较多，运用变频-选频法受到一定限制，本次选择不含支管、阀门、凝水缸的局部管段测试绝缘电阻，共测试10段管道的防腐层绝缘电阻。变频-选频法测量防腐层绝缘电阻值为50～300 Ω·m2，防腐层属于“劣〞等级[1]，说明管道外防腐层绝缘性能非常差。    ② 外防腐层缺陷位置       应用地下管道防腐层探测检漏仪(SL-6型)对 管道全线进行检测。检漏仪增益档调整为300 mV档，约60%管段探测到防腐层缺陷。这些漏点长度为1～20 m不等，集中在三通、弯头和规格为DN 25 mm的管段。主要原因为原施工过程中焊缝处防腐质量不合格，管道运行过程中局部管段外防腐层被其他单位施工损坏未及时修复。③ 土壤环境腐蚀性测试按照腐蚀防护技术方案测试各项指标，按照行业标准SY/T 0087—95钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准和德国标准DIN 50929—3：1985金属腐蚀：在外部腐蚀条件下金属材料的腐蚀概率：在土壤和水中的管道和构件(以下简称DIN50929标准)对土壤的腐蚀性进行综合评价，本次测试DIN 50929标准中的7项指标，土壤腐蚀性综合评价结果见表1。    DIN 50929标准综合考虑影响土壤腐蚀性的各项因素，将12项指标分别用Z1～Z12表示，每项根据现场实际分别打分，然后将每项指标综合加权得到评价分级[2]。    按照SY/T 0087—95评价，土壤环境的各单项指标除pH值评价属“弱〞外，其他单项指标腐蚀性评价根本上处于“中～强〞程度。按照DIN 50929评价，综合评价指数B0的范围为-7～-12，说明管道全线土壤腐蚀性属于“腐蚀～强腐蚀〞级别。在这种土壤环境中,钢铁的平均腐蚀速率为0.10～0.20 mm/a，局部腐蚀速率大于0.2 mm/a[3]，实际开挖检测结果与理论一致。 ④ 特殊环境调查表1 土壤腐蚀性综合评价结果Tab.1 Comprehensive estimation result of soil corrosivity测试工程测试点数量测试值范围SY/T 0087—95评价结果DIN 50929评价结果单项评价综合评价指数B0土壤类型10重壤土4个点，中壤土6个点—Z1：-2～0-7～-12(腐蚀～强腐蚀)土壤电阻彰(Q·m)1025～45中Z2：-2土壤含水质量分数/%1018～67中～较强Z3：-1～0pH值106.5～7.5弱Z4：0中性盐含量/(mol·kg-1)104.23～26.13—Z7：-1～-2硫酸盐含量/(mol·kg-1)104.67～11.78—Z8：-1～-3土壤总盐含量/%100.067～0.210中强—地下水情况102处“有〞，6处“干湿交替〞，2处“无〞—Z9：0～-2复原菌53处测试点存在——氧化复原电位/mV10-105～165较高～强—腐蚀电流密度/(μA·cm-2)100.98～45.2050%为中～强腐蚀—管道自然电位(相对铜-饱和硫酸铜参比电极)/V19-0.55～-0.72强— 注：B0=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5+Z6+Z7+Z8+Z9，本次检测中未测试Z5(酸碱度)和Z6(硫化物)2项指标。    对管道沿线共测试10处直流与交流杂散电流干扰的大小，测试结果说明直流杂散电流干扰程度范围为2.5～4.5 mV/m，交流杂散电流干扰程度范围为4～11 V，属于杂散电流影响程度中等[1]。⑤ 管道修复、修理及更换按照防腐层探测检漏仪检测结果，对防腐层缺陷部位开挖复核。对于外防腐层有缺陷的管段，剥离原有沥青防腐层，并采用动力工具除锈至St3级，然后采用RD-6型冷缠胶带防腐(胶带厚度为1.15 mm)，进行8000 V电火花检测。腐蚀坑深小于20%壁厚的管段，采用补焊的手段增加管道强度，再采用RD-6型冷缠胶带重新防腐。腐蚀坑深大于等于20%壁厚的管段，更换成PE管。本次共更换42台调压箱之前的DN 25 mm管道约350 m，更换局部腐蚀严重的DN 100 mm管道约20 m。更换为PE管后将减少阴极保护中绝缘法兰的数量，减小阴极保护电流并使腐蚀控制系统更加平安可靠。 本次检测过程中，管道一般的腐蚀坑深为0.2～0.8 mm局部DN 25 mm管道(新管壁厚为3.5 mm)壁厚只剩余1 mm左右，局部腐蚀速率约0.3 mm/a。⑥ 阴极保护馈电试验将该小区分为东、西、北3区，在管道阀门处安装绝缘法兰，分别进行馈电试验，采用APM-1型智能测试仪测试保护电位，消除测试过程中由于土壤存在电压降导致的误差[4]。阴极保护馈电试验结果见表2.测试结果说明本小区防腐层绝缘电阻为50～300 Ω·m2，理论上对应阴极保护电流密度为1～10 mA/m2[5、6]，实际试验结果说明保护电流密度为5～10 mA/m2，与理论值根本符合。表2 阴极保护馈电试验结果Tab.2 Feeding test result for cathodic protection区域东区西区北区管道外表积/m2450400150防腐层绝缘电阻/(Ω·m2)50～10068～30050～140试验输出电压/V251410试验输出电流/A3.51.81.2馈电试验电流密度/(mA·m-2)7.84.57.5保护电位(CSE)/V-O.95～-1.05-1.01～-1.07-0.98～-1.04⑦ 阴极保护设计与测试a. 电流密度。根据绝缘电阻和馈电试验结果，阴极保护电流密度应选择5～10 mA/m2，不同区域选择不同的电流密度。b. 阳极规格与设计寿命。土壤电阻率范围为25～40 Ω·m，采用单支质量为8 kg和11 kg的镁合金阳极，设计寿命为20年。    c. 测试桩。在适宜的地点设置测试桩，以测量阳极的性能参数和保护电位。在测试桩处埋设长效硫酸铜参比电极和同管道材质的测试片。    d. 阴极保护系统参数确实定。根据以上的测试结果，阴极保护系统参数见表3。    e. 阳极性能参数测试。阳极性能参数测试结果见表4。测试中比照2022年、2022年和2023年3次测试结果，各项数据稳定，阴极保护参数符合标准要求。表3 阴极保护系统参数Tab.3 Parameters of cathodic protection system区域东区西区北区馈电试验电流/A3.51.81.2馈电试验电流密度/(mA·m-2)7.84.57.5土壤电阻彰(Q·m)403525阳极数量/支995525单支阳极规格/kg8811测试桩数量/支311表4 阳极性能参数测试结果Tab.4 Test result of anode performance parameters区域东区西区北区阳极组规格3×8 kg3×8 kg3×11 kg测试时间2022年11月2022年8月2023年4月2022年11月2022年8月2023年4月2022年11月2022年8月2023年4月保护电位(CSE)/V-1.25-1.18-1.15-1.27-1.22-1.20-1.26-1.20-1.20阳极开路电位(CSE)/V-1.61-1.62-1.61-1.59-1.60-1.61-1.60-1.59-1.60阳极组输出电流/mA1101001051059895120230120测试片自然电位(CSE)/V-0.67-0.70-0.68-0.64-0.62-0.61-0.57-0.60-0.623 结论    ① 该小区中压在役管网改造是成功的。经过对中压在役管网的修复、修理及更换，局部腐蚀严重的管道得到更换，阴极保护的设计与施工符合现行标准规定，预计该系统寿命大于25年。    ② 保护电流密度与防腐层的选择、施工质量有密切关系。在新管道建设时，一定要严格执行现行标准，对每一环节进行质量控制。防腐层施工质量直接影响管道腐蚀速度与阴极保护电流密度。    ③ 对于局部防腐层施工质量非常差的埋地燃气钢质管网，应及时补充增加阴极保护措施。阴极保护方案的选择必须依靠实际的检测结果确定，应采用多种测试方法以确定阴极保护电流密度的大小，防止因阴极保护电流密度选择不当而导致阴极保护系统失效。    ④ 对于壁厚为3