分享：埋地輸氣管道的腐蝕數(shù)據(jù)淺析

隨著城市的迅速發(fā)展，地鐵線路陸續(xù)規(guī)劃開通、高壓輸電線陸續(xù)建設(shè)，越來越多的油氣管道投入使用，各線路不可避免會(huì)發(fā)生平行或交叉。近年來，很多研究者發(fā)現(xiàn)，軌道交通和高壓線會(huì)對(duì)埋地管道產(chǎn)生雜散電流，管道破損點(diǎn)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)增加[1-8]。同時(shí)關(guān)于雜散電流對(duì)管線腐蝕行為規(guī)律、機(jī)理等方面的研究報(bào)道也日益增多[9-13]，例如在地鐵運(yùn)行條件下，管道通電電位和斷電電位在日間均大幅波動(dòng)，在夜間均呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，偏移情況與地鐵運(yùn)行頻次高度或顯著相關(guān)[9]。高壓輸電線路會(huì)形成交流雜散電流，在以農(nóng)田為主的地形環(huán)境中，采用網(wǎng)狀地床可以起到明顯排流作用，有效降低交流電壓[11]，研究成果能夠有效指導(dǎo)管線腐蝕監(jiān)測(cè)和防護(hù)。 

筆者以某城市埋地輸氣管線為研究對(duì)象，結(jié)合雜散電流干擾及治理的情況，對(duì)全線陰保樁的測(cè)試數(shù)據(jù)以及開挖驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)的防腐蝕層破損點(diǎn)腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以期通過分析管道全線陰保狀態(tài)，為后續(xù)管線安全運(yùn)營提供指導(dǎo)。 

1.   干擾源調(diào)查及治理

某城市埋地輸氣管線投產(chǎn)于2006年，全長78 km，輸送介質(zhì)無腐蝕性。綜合考慮歷史內(nèi)檢測(cè)、外檢測(cè)結(jié)果以及開挖環(huán)境因素等，選取缺陷點(diǎn)開挖驗(yàn)證，共發(fā)現(xiàn)41處防腐蝕層破損，伴隨著本體呈現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象。 

投產(chǎn)至今，管道沿線陸續(xù)安裝了131處陰保測(cè)試樁，每季度采集一次陰保數(shù)據(jù)，結(jié)果表明管道受到一定程度的雜散電流干擾。根據(jù)雜散電流干擾調(diào)查情況，管道的干擾源包括直流干擾源和交流干擾源，其中直流干擾源主要為地鐵（于2010年開始陸續(xù)運(yùn)行），交流干擾源主要為高壓交流輸電線，干擾源與管道存在多處交叉和并行，如圖1所示。 

圖  1  管道與干擾源的分布示意圖

Figure  1.  Distribution of pipeline and interference source

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，2017年底，該管道采取新增陰保站和增加排流點(diǎn)等措施以減緩管道的雜散電流干擾，新增1號(hào)陰保站（78#測(cè)試樁位置）在地鐵干擾時(shí)段采用恒流模式，地鐵非干擾時(shí)段采用恒位模式[8]；新增2號(hào)陰保站（閥室E）采用恒壓模式運(yùn)行，整改工作于2018年6月完成，測(cè)試結(jié)果表明，管道達(dá)到有效的陰極保護(hù)。以34#測(cè)試樁（閥室A和閥室B之間）的測(cè)試數(shù)據(jù)為例，經(jīng)過整改，管道斷電電位波動(dòng)變小，最大波動(dòng)范圍由2017年2季度的0.5 V變?yōu)?018年4季度的0.34 V，交流電流密度實(shí)測(cè)值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，同時(shí)，腐蝕速率明顯下降，目前ER探頭測(cè)得最小腐蝕速率為0.001 2 mm/a，且在小范圍內(nèi)波動(dòng)，如圖2所示。 

圖  2  34#測(cè)試樁的測(cè)試結(jié)果

Figure  2.  Test results of test pile No.34: (a) power-off potential; (b) interference caused by scattered current; (c) corrosion rate

2.   腐蝕情況分析

2.1   陰保樁的日常檢測(cè)數(shù)據(jù)

每季度采集的數(shù)據(jù)是不斷變化并趨于穩(wěn)定的，按公式（1）~（4）統(tǒng)計(jì)陰保有效性和雜散電流干擾不同程度的頻次等數(shù)據(jù)。 

由圖3可見，經(jīng)過整改，測(cè)試管段欠保護(hù)率顯著下降，最新檢測(cè)顯示全線無欠保護(hù)樁，表明整改措施有效。此外，過保護(hù)率大幅上升，過保護(hù)率超過50%的占全線總測(cè)試樁的22.9%，這是由于直流雜散電流干擾太嚴(yán)重。為保證全線管道得到有效陰極保護(hù)，調(diào)整恒電位儀并進(jìn)行極性排流。 

圖  3  整改前后，測(cè)試管段的陰極保護(hù)欠保護(hù)率和過保護(hù)率

Figure  3.  Underprotection rate (a) and overprotection rate (b) of cathodic protection of the pipeline section before and after rectification obtained from

由圖4可見：測(cè)試管段的交流干擾較輕微，絕大多數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明電流密度<30 A/m2（安全范圍），僅16#測(cè)試樁在某一季度測(cè)得電流密度為45.4 A/m2（中等干擾），中等及以上干擾的測(cè)試樁占比9%，表明治理前干擾問題不顯著。治理后，中等（30~100 A/m2）和強(qiáng)干擾（≥100 A/m2）的測(cè)試樁數(shù)量明顯增加，49#和97#測(cè)試樁干擾最強(qiáng)烈?，F(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，新增干擾源（如高壓線路、軌道交通等）是導(dǎo)致干擾加劇的主因，數(shù)據(jù)變化與實(shí)際環(huán)境高度吻合，驗(yàn)證了檢測(cè)的敏感性。 

圖  4  整改前后，測(cè)試管段的交流干擾程度

Figure  4.  The degree of communication interference experienced by the pipe section before and after rectification: (a) the proportion of communication interference level in the middle; (b) the proportion of communication interference level in the strong

2.2   防腐蝕層破損點(diǎn)

開挖驗(yàn)證結(jié)果表明：腐蝕坑和腐蝕產(chǎn)物均出現(xiàn)在雜散電流治理前，治理后僅發(fā)現(xiàn)少量浮銹，且后續(xù)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯新增或生長的腐蝕缺陷。由圖5可見，腐蝕坑和腐蝕產(chǎn)物零散分布于25~30 km、35~40 km、50~60 km和75~80 km處管段，未集中出現(xiàn)于特定管段，其分布特征可能與分散的干擾源（交叉或并行段）相關(guān)。 

圖  5  管道開挖情況及干擾源分布

Figure  5.  Pipeline excavation situation and distribution of interference

2.3   腐蝕坑

2處腐蝕坑均是雜散電流治理前開挖發(fā)現(xiàn)的，基本情況詳見表1。治理前，80#樁電位為-1.273 4~-0.461 2 V，82#樁的電位為-1.347 4~-0.516 7 V，電位波動(dòng)較大，表明管道受到一定程度的直流雜散電流干擾；交流電流密度實(shí)測(cè)值均小于30 A/m2，交流干擾程度弱。腐蝕形貌均為局部腐蝕，呈現(xiàn)為光滑且邊緣較整齊的圓形腐蝕坑，為典型的雜散電流導(dǎo)致的腐蝕特征[1]。因此，分析判斷腐蝕坑是因?yàn)橹绷麟s散電流干擾。治理后，電位波動(dòng)明顯減少，管道受到有效保護(hù)。 

表  1  腐蝕坑基本情況

Table  1.  Basic information of pits

3.   結(jié)論

管道表面的腐蝕坑是由于直流雜散電流干擾，采取新增陰保站和增加排流點(diǎn)的措施可以減緩管道的雜散電流干擾，一旦周圍出現(xiàn)新的干擾源，管道的檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生明顯變化。因此，分析管道的腐蝕數(shù)據(jù)可以更有效地指導(dǎo)管線的腐蝕監(jiān)測(cè)與防護(hù)，為全線管道的有效運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，深入挖掘數(shù)據(jù)具有重要意義。

文章來源——材料與測(cè)試網(wǎng)