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城镇燃气管道腐蚀状况调查与防护推荐实施要点

苑绍成

摘要：为减少或避免腐蚀事故的发生，有效延长管道的安全使用寿命，2003年建设部发布了行业标准《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》（CJJ 95-2003），指出了城镇燃气管道的防腐蚀工作主要技术内容：“环境腐蚀评估”“防腐层完整性检查”“阴极保护实施”等，本文仅就上述内容的具体实施做简要阐述。并提出最直接、最有效的埋地管道防腐层质量状况调查项目与实施方案，供选择实施。

一.引言

随着城市现代化建设的迅速发展，燃气管网已成为城市地下管线的主要成员，其安全可靠的运行日益受到世人关注。目前国内外输油、输气管道泄漏而引发的爆裂事故时有报道，在这些事故中由于管道腐蚀原因占很大比例。所以，为确保城镇燃气管道安全可靠运行，延长管道使用寿命，需要及时对地下管道进行腐蚀状况调查及防腐层质量检测，使其由未知做到已知，并采取有效的保护措施防患于未然。2003年建设部发布《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》（CJJ 95-2003）以下简称《规程》,指导了城镇燃气管道的防腐蚀工作。

本文拟从以下几方面，说明管道防腐蚀工作的必要性及主要内容：

(1) 埋地金属管道的腐蚀是不可避免的：

a.自然腐蚀（形成腐蚀原电池）；

b.电解腐蚀（形成电解腐蚀电池）。

(2) 埋地管道腐蚀状况调查项目：

a.“环境腐蚀性”调查与“土壤电阻率”；

b.管道腐蚀状况调查与测量管道“对地电位”；

c.管道防腐层质量状况调查与“埋地管道防腐层绝缘电阻”检测；

d.普测“埋地管道防腐层绝缘电阻”与防腐层损伤“检漏” 。

(3) 埋地管道防腐蚀措施：

a.外加电流阴极保护；

b.牺牲阳极保护。

二.埋地金属管道的腐蚀是不可避免的

作为石油、燃气的主要传输设施 — 金属管道，从敷设入地开始就遭受着存在于地中的各种复杂环境因素影响而形成腐蚀破坏，从腐蚀原因分析有如下两类：

a. 自然腐蚀（形成腐蚀原电池）：金属与地中腐蚀性物质接触，如：管道周围土壤、污水、地下水中含有的有机质、酸碱度、硫酸根离子、氯离子、硝酸根离子、钙镁离子等,由于这些腐蚀性物质的强弱及不均匀性必然会形成所谓“腐蚀原电池”，腐蚀发生在“腐蚀原电池”的“阳极”，表现为沿管道各点“电位”的差异，其电位差异越大则腐蚀性越强。

b. 电解腐蚀（形成电解腐蚀电池）：由于以大地为回路的配电装置，如：高压输电线路、通信网、高层建筑接地、变电站、地下电力电缆、地铁、电气化铁道等原因,造成流散于地中的直流和交流杂散电流干扰埋地管道,形成“电解腐蚀电池”，凡是有电流流出管道的部位为“阳极”，腐蚀均发生在“阳极”。

可见，金属管道只要埋于地下其腐蚀危害就是不可避免的，其区别仅在于：处于不同地段的管道遭受腐蚀程度不同，腐蚀穿孔速度不同。

三.埋地管道防腐层质量评价与“埋地管道防腐层绝缘电阻”

《规程》3.0.1条规定“城镇埋地钢质管道外表面必须涂覆防腐层，使其与腐蚀环境实现物理隔离，达到腐蚀控制的目的”，可见“防腐层”是防止金属管腐蚀的第一道防线。然而,对于输油、输气及水管道这类大口径管道，在制作、施工过程中不可避免地会出现缺陷、损伤，加之在埋地之后随着时间的流逝，因光、热、水、氧、电、细菌等环境因素影响，会使防腐层老化、开裂、剥离，随之腐蚀就成为不可避免的了，特别是出现“孔蚀”的情况，腐蚀电流会集中由“破损点”流出，其腐蚀速度将远大于大面积均匀腐蚀；对于燃气管道来说只要穿孔漏气，就会成为事故的隐患。为此，确保防腐层质量是管道防腐蚀管理的重点项目。

评价埋地管道防腐层质量状况之最重要、最直接的参数为“埋地管道防腐层绝缘电阻”值（单位Ω·m²），测量“埋地管道防腐层绝缘电阻”是管道防腐层质量评估的一项不可缺少的检测项目。

1995年我国制定发布了行业标准SY/T0087–95《钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法》及2004年发布实施的SY/T5918-2004《埋地钢质管道外防腐层修复技术规范》中，根据我国情况制定了“埋地管道防腐层绝缘电阻”与管道防腐层质量评价等级标准，如下表:

表 3·1 管道防腐层质量分级标准

防腐层质量等级	一级（优）	二级（良）	三级（可）	四级（差）	五级（劣）
防腐层绝缘电阻Ω·m²	≥10000	5000 ～ 10000	3000 ～ 5000	1000 ～ 3000	< 1000
损伤程度	基本无缺陷	轻微缺陷极少数破损	较轻损伤少数破损	较严重损伤需仔细“检漏”	相当大面积损伤需检修

可见，检测“埋地管道防腐层绝缘电阻”数据可为新老埋地管道防腐层检漏、修补、大修、工程验收提供可靠的依据，为管道防腐蚀管理和维护提供可靠的决策依据。

四.地下管道腐蚀状况调查推荐实施项目

1.埋地管道环境腐蚀性调查

影响管道腐蚀的环境因素较多（参阅《规程》第4章“腐蚀评价”）,如：腐蚀电流密度、氧化还原电位、土壤电阻率、土壤质地、含水量、pH值、硫酸盐离子、地中杂散电流等，其中有些项目检测方法十分复杂，而且上述单一因素都不能全面反映管道腐蚀状况。本文推荐选测其中的一项：土壤电阻率。土壤电阻率与管道腐蚀的关系，如下表4.1

表4.1 土壤电阻率与土壤腐蚀性分级

土壤腐蚀性级别	强	中	弱
土壤电阻率Ω·m	< 20	20～50	> 50

2.测量管道“对地电位”

埋地管道“对地电位”是众多“环境腐蚀因素”反映于管体的综合性参数，管道“对地电位”分为“直流对地电位”及“交流对地电位”, 其测量方法简便易行，测量时只需接触到金属管，如果“普测”管道连续多点“对地电位”，即可根据检测电位数值的大小及变化规律，分析各管段的腐蚀原因、腐蚀类别、腐蚀程度，从而指导排除影响管道腐蚀的外因，还可以指导采取阴极保护的措施、评价阴极保护效果。

3.“埋地管道防腐层绝缘电阻”与防腐层质量状况评价

“埋地管道防腐层绝缘电阻”是反映管道防腐层质量优劣的一个综合性参数，无论是防腐层破损、针孔、老化、开裂、剥离都会反映在防腐层绝缘电阻的数值上。因此，它是衡量防腐层质量好坏的尺度，如果准确的测量出“任意长”管段的防腐层绝缘电阻值，即可为判断管道防腐层质量提供依据，从而指导采取相应措施。

测量“管道防腐层绝缘电阻”采用列入行业标准的“变频选频法”，该方法具有简便、定量、准确的特点，可用于测量连续管道中的“任意长”管段，适用于不同管径、不同钢质、不同防腐绝缘材料、不同防腐层结构的管道；测量时不必开挖管道,不影响管道正常工作,不必关停外加电流阴极保护,不受管道有无分支影响,不受交流干扰影响。测量结果可按定量数据区分为：优、良、可、差、劣几个等级，作为质量评价标准。

“变频选频法”专用测量仪表“AY-508Ⅶ 型管道防腐层绝缘电阻测量仪”（国产）。该仪表为数字式显示；测量方法简单、快捷；测量结果准确、定量、重现性好；有定量评价标准，特别适宜“普查”。

4.检测“埋地管道防腐层绝缘电阻”与防腐层“检漏”

尽管埋地金属管道均有防腐绝缘层，然而由于生产、施工的原因，还是不可避免存在缺陷、损伤、破损、小孔，为了确保管道安全运行需要“检漏”，即检测“缺陷”点准确位置及分布状况以便修补。

防腐层“检漏”与测量“管道防腐层绝缘电阻”是确保管道防腐层质量不可缺少的两个检测项目，其区别在于：“检漏”是在未知“缺陷”点的情况下，沿管道上方“逐点”仔细检测，相似大海捞针，工作量较大；而测量“管道防腐层绝缘电阻”是沿管道“逐段”测量，可以较快的全面掌握管道防腐层质量状况，快速做出总体评价。

普测“管道防腐层绝缘电阻”可为“检漏”提供依据，还可以验证“检漏”与“补漏”的效果。所以，两者是相辅相成的。

“埋地管道防腐层绝缘电阻”与“防腐层检漏”之间的定量关系，在石油天然气行业标准SY/T 5919-94中规定如下表4.2：

表 4.2 不同等级防腐层采取的维护措施

防腐层等级	优	良	可	差	劣
绝缘电阻Ω·m²	≥10000	5000 ～ 10000	3000 ～ 5000	1000 ～ 3000	＜1000
对防腐层采取的“检漏”维护措施	每5年检漏修补一次	每3年为一周期进行检漏和修补作业	每年进行检漏和修补作业	加密测点，仔细检漏，进行小段测试	大修防腐层

五.城镇燃气管道腐蚀状况调查推荐实施方案

推荐城镇燃气管道腐蚀状况及防腐层质量状况调查项目，列于下表5.1

表5.1 埋地管道腐蚀状况调查推荐实施项目表

实施项目	测量内容	单位	选用仪表	注
一.环境腐蚀调查	土壤电阻率	Ω·m	ZC-8接地电阻测量仪	四极法
二.管道腐蚀原因调查	测量管道“对地电位”	V	FLUKE—189型万用表（袖珍数字万用表）	高阻 ≥10 kΩ；附：硫酸铜电极。
三.管道防腐层质量评估	测量“埋地管道防腐层绝缘电阻”	Ω·m²	AY-508 H型管道防腐层绝缘电阻测量仪（套）	变频选频法；任意长管段。定量分级；符合行业标准。
四.防腐层“检漏”	查找“漏点”	个数	地下管线防腐层探测检漏仪(国产)	逐点测量；可测量管道路由走向及埋深。

表5.1中推荐项目说明:

● 埋地管道环境腐蚀评估是一件非常复杂的事，花费很大功夫，还不一定能够清楚腐蚀具体程度，特别是其评估项目繁多，大部分需要专业实验室完成。为此，建议简化检测项目为：测量土壤电阻率和管道对地电位；

● “埋地管道防腐层绝缘电阻”数值是由绝缘层漏敷、缺陷数目和大小所决定，所以“任意长”一段管道，如果“缺陷”数量多，则“防腐层绝缘电阻”数值一定小；反之“防腐层绝缘电阻”数值高“缺陷”数量一定少；

● 测量“埋地管道防腐层绝缘电阻”及防腐层“检漏”是评估防腐层质量，相辅相成的两个方面，是确保管道防腐层质量不可缺少的两个检测项目，完全能够真实、有效反映管道防腐层质量状况，是节约人力、物力、财力的最佳选择；

● “变频选频法 - 埋地管道防腐层质量检测技术”是我国自主研发, 具有自主知识产权的创新技术，其测量结果是目前唯一“定量”的，符合我国行业标准；

● 埋地管道防腐层“检漏”，推荐选用国产SL-2088 地下管道防腐层探测检漏仪或ZB-2008地下管线防腐层探测检漏仪，该仪器检测“漏点”位置偏差 ≤ 10cm ；附有测量管道路由走向及埋深功能。

六.防腐蚀措施 - 阴极保护

按照建设部发布的《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》中：以下条文为强制性条文，必须严格执行：第3.0.1条“城镇燃气埋地钢质管道必须采用防腐层进行外保护”; 第5.3.5条“防腐管回填后必须对防腐层完整性进行检查”,也就是说埋地管道必须加防腐层,还必须对防腐层完整性进行检查，这个要求对在役管道更为重要; 第6.1.6条 “新建管道的阴极保护设计、施工应与管道的设计、施工同时进行，并同时使用”，也就是说管道加防腐层还是不够的，还必须外加“阴极保护”。

“阴极保护”分为外加电流和牺牲阳极两大类：

a.“外加电流阴极保护”基本原理是利用直流电源，向管道施加足够的阴极电流，即：直流电源的负极接埋地管道(金属管)；正极接“辅助阳极地线”,电流会沿管道纵向分散流入被保护管道，通过降低腐蚀电位，使管道腐蚀速率显著减小而实现电化学保护，达到防腐蚀保护的作用。

b.“牺牲阳极保护”的基本原理是：由一种“电极电位”比被保护管道电位更负的金属合金（牺牲阳极）与被保护管道联接，构成电化学电池，呈低电位为阳极，管道为阴极受到保护。

参考资料：

1) SY/T 5919-94 《埋地钢质管道干线电法保护技术管理规程》石油工业出版社

2) SY/T 0087-95 《钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准》石油工业出版社

3) SY/T 5918-2004 《埋地钢质管道外防腐层修复技术规范》石油工业出版社

4) CJJ 95-2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》建筑工业出版社

5) 《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》宣贯教材建设部标准定额研究所编 2004 中国计划出版社出版

6) 《地下金属管道的腐蚀与防护》高等学校教学用书 1998 石油工业出版社

7) 《阴极保护工程手册》 1998 化学工业出版社出版

8) 《地下管道和储罐管理维护实用技术》 2005 华南理工大学出版社出版

9) 《地下管线检测技术》 2006 中国石化出版社出版

10)《埋地钢管外防腐层绝缘电阻测试方法的比较》杨印臣防腐保温技术 2005.4

11)《埋地管道防腐层质量检测技术之“变频选频法”及其应用》防腐工程 2006.4

12)《埋地管道防腐层质量评价与管道防腐层绝缘电阻的关系》苑绍成 2006.9