蔣 志 張昌會 杜 涓 沈武冬 唐 詩 馬 蠡 何 沫

（1. 中國石油 西南油氣田分公司川中油氣礦工藝研究所，四川 遂寧 629000；2. 中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦管道與銷售部，四川 遂寧 629000；3. 中國石油 西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川 成都 610040）

0 引言

隨著外防腐層加外加電流（或犧牲陽極）陰極保護(hù)[1,2]的防腐技術(shù)在管道保護(hù)的廣泛運用，有些管線采用了采用了聯(lián)合陰保，但由于各種原因，忽視了犧牲陽極對外加電流陰保系統(tǒng)的影響，相應(yīng)在保護(hù)電位檢測方法、犧牲陽極性能檢測方面存在一些缺陷。同時，由于外防腐層破損，在硫酸鹽還原菌腐蝕作用下，以及局部陰保屏蔽影響下，保護(hù)電位即使負(fù)于-850mV，但局部管段仍存在較嚴(yán)重的外腐蝕。本文擬通過調(diào)查管線外腐蝕現(xiàn)狀，分析外腐蝕主要因素，提出了相應(yīng)的解決措施和技術(shù)思路。

1 腐蝕概況

根據(jù)智能檢測，該管線外腐蝕比較普遍，個別管段還比較嚴(yán)重。2016年3月智能檢測該管線共檢測到11213個金屬損失異常特征，其中8794處為外部金屬損失特征，且最集中的外部金屬損失位于44～48km之間的管道上，如圖1所示。

圖1 2016年檢測外部金屬損失圖

且通過與2010年智能檢測對比，外腐蝕有加重的趨勢。其中有增長跡象占31.4%，新增金屬損失占5.9%，如圖2所示。

2 原因分析

通過對可能造成管線外腐蝕的因素進(jìn)行檢測分析，其中管線材質(zhì)、土壤腐蝕性、陰保有效性評價中陰保機測試、絕緣接頭測試、雜散電流測試等未發(fā)現(xiàn)明顯問題，經(jīng)分析，主要原因如下：

圖2 2010年及2016年外部金屬損失變化對比

2.1 外防腐層破損嚴(yán)重

該管線1991年投產(chǎn)，采用石油瀝青外防腐層，由于投用時間長，防腐層老化失效，破損嚴(yán)重，2012年11月四川宇通公司對該管線部分管段開展防腐層PCM檢測、探坑檢測：A段2494m，5級防腐層有1128m，占45.2%；B段3030m，4級防腐層3030m，占100%； C段1056m，5級防腐層有1056m，占100%。

通過開挖也驗證了局部防腐層破損嚴(yán)重，如圖3所示。

圖3 外防腐層破損

外防腐層破損會加大陰保電流漏失，加快犧牲陽極損耗和陰保機輸出電流漏失。同時，在陰保不達(dá)標(biāo)段會引起土壤腐蝕。

對外腐蝕，智能檢測只能檢測目前管道外部金屬損失，不能判斷防腐層的優(yōu)劣，可能存在保護(hù)電位達(dá)標(biāo)情況下，外部金屬損失不大，但防腐層破損嚴(yán)重的情況，造成陰保電流大量流失漏失，從而對陰保系統(tǒng)造成不利影響。

2.2 犧牲陽極失效及陰保站附近的犧牲陽極對外加電流干擾

該管線1991年投產(chǎn)，同步采用犧牲陽極進(jìn)行陰極保護(hù)。但由于設(shè)計、建設(shè)原因，犧牲陽極直接與管道焊接連接，未設(shè)置犧牲陽極檢測樁，給后期的檢測維護(hù)帶來困難，故通過開挖探坑的方式進(jìn)行了檢測。

關(guān)閉強制電流后，對該管線其中10處犧牲陽極進(jìn)行測試：

管地電位：-0.92～-1.08V（注意：管地電位僅指犧牲陽極處電位，距離較遠(yuǎn)處管地電位會下降。

輸出電流：0.03～13.8mA ，大部分為0.1～0.4mA，輸出不足。

接地電阻：1.7～19.6Ω （大于10 Ω 較多，說明結(jié)殼現(xiàn)象較嚴(yán)重，不利于電流輸出）

根據(jù)以上檢測情況分析，犧牲陽極失效大致分以下兩種：

一種情況是有些正常輸出保護(hù)電流的犧牲陽極由于使用時間長，不斷消耗，導(dǎo)致保護(hù)電位、電流、開路電壓下降，導(dǎo)致失效；在犧牲陽極開路電位（指與其當(dāng)前的表面狀態(tài)所對應(yīng)的開路電位。根據(jù)華中科技大學(xué)汪世雷等人研究[3]，由于陽極極化電流的活化作用，犧牲陽極的表面狀態(tài)會產(chǎn)生巨大的變化，這種表面狀態(tài)所對應(yīng)的開路電位遠(yuǎn)負(fù)于初始開路電位）正于外加陰保電流的保護(hù)電位時，外加陰保電流會通過犧牲陽極泄放到大地（電流反轉(zhuǎn)）。開強制電流后，管地電位有微小變化，對4個開挖坑檢測，其中2處發(fā)現(xiàn)電流方向反轉(zhuǎn)（犧牲陽極開路電位正于外加電流電壓）。

還有一種情況是由于鋅合金陽極表面結(jié)殼、填料包的安裝、使用原因或安裝位置不合適等原因造成陽極表面密度低，腐蝕產(chǎn)物無法移走[4]，電流不能正常輸出，檢測出來開路電壓較高（有些還有-1.08V），雖然表面看起來比較完整（如圖4所示），但輸出電流只有幾個毫伏，不能滿足需要，從安裝起不久就處于失效狀態(tài)。對4個開挖坑檢測，其中2處電流未反轉(zhuǎn)（犧牲陽極開路電位負(fù)于外加電流電壓）。

此外，陰保站附近的犧牲陽極也可能造成對參比電極信號的干擾，使恒電位儀不能正常工作。

因此失效犧牲陽極會給陰保系統(tǒng)帶來不利影響，應(yīng)及時拆除。

圖4 犧牲陽極

2.3 硫酸鹽還原菌腐蝕

對管線局部腐蝕嚴(yán)重的管段，進(jìn)行了換管，同步開展了土壤腐蝕性檢測化驗、硫酸鹽還原菌經(jīng)取樣分析，（如表1所示）。發(fā)現(xiàn)一般管道腐蝕強的位置，土壤腐蝕性較強，同時還發(fā)現(xiàn)土壤中含硫酸鹽還原菌（如表2所示）。

根據(jù)GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中4.4.2節(jié)對陰極保護(hù)電位的規(guī)定，對存在硫酸鹽還原菌腐蝕風(fēng)險的缺氧土壤和水環(huán)境，最小保護(hù)保護(hù)電位應(yīng)達(dá)到-950mV。

采用面積為50cm2的極化探頭測試，換管段保護(hù)電位均未達(dá)-0.95V，除10號坑不是缺氧土壤和水環(huán)境外，其余換管段是由于硫酸鹽還原菌的存在，造成管線防腐層破損處嚴(yán)重的點蝕。10號坑管線腐蝕位于堡坎下，為絕緣層破損處陰保屏蔽造成大氣腐蝕。

此外，需要注意的是，由于犧牲陽極的存在，對保護(hù)電位測試也提出了特殊的要求，需要采用極化探頭或極化試片進(jìn)行測試，且其試片面積應(yīng)和管道防腐層漏失點面積匹配。

表1 土壤腐蝕性評級

表2 硫酸鹽還原菌測試結(jié)果

2.4 陰極保護(hù)屏蔽

在某些特殊位置，雖然管道保護(hù)電位達(dá)標(biāo)，但由于可能存在陰保屏蔽，管道仍然會發(fā)生外腐蝕。這是由于到達(dá)保護(hù)管線的陰極保護(hù)電流小于管道所需的最小保護(hù)電流造成的，陰保屏蔽可以發(fā)生在從陽極床到管道之間的任何地方，尤其是有較大絕緣電阻的熱縮套、防護(hù)涂敷層的脫粘失效點、堡坎下回填土不足處（如圖5所示）、金屬套管與管線連通導(dǎo)致陰保電流不能在被保護(hù)管線上形成回路較常見[5]。

圖5 堡坎下回填土不足造成陰保屏蔽

2.5 局部特殊埋設(shè)環(huán)境

（1）局部腐蝕嚴(yán)重管段在38.82～39.77Km處較為集中。是因為檸檬園土地整改造成管線部分裸露或淺埋，部分埋在土里（如圖6所示）。由于裸露或淺埋部分（裸露部分防腐層老化更快），氧氣易擴散到管道防腐層缺陷處，形成（大）陰極，而埋地部分氧氣到達(dá)少，（防腐層老化相對慢，只有局部漏損），形成（?。╆枠O，因此腐蝕環(huán)境和“小陽極、大陰極”現(xiàn)象加速了腐蝕的發(fā)展。 造成局部腐蝕極為嚴(yán)重。本次40%的換管段就集中在距聯(lián)合站38821.2～39774m段（長952.8m）局部腐蝕嚴(yán)重管段；

圖6 檸檬園部分管道露出地表

（2）腐蝕集中段檢測情況及分析

均勻腐蝕集中管段位于44～48Km，局部腐蝕嚴(yán)重管段在38.82～39.77 48Km處較為集中（如圖7所示），互不重合。

圖7 腐蝕集中段分布

均勻腐蝕嚴(yán)重段位于沱牌鎮(zhèn)附近，為涪江河灘地，地下水位高，周圍不遠(yuǎn)是沱牌酒廠，土壤腐蝕性較嚴(yán)重。且絕緣層老化失效，保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)，造成普遍的均勻腐蝕。

根據(jù)以上分析，該管線外腐蝕根本原因是局部保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)（尤其是土壤含硫酸鹽還原菌且位于缺氧土壤和水環(huán)境最小保護(hù)電位應(yīng)達(dá)到-950mV），而防腐層破損、犧牲陽極失效漏失保護(hù)電流是其主要因素。

3 建議

（1）拆除管線失效犧牲陽極，避免成為漏電點；

（2）定期檢測、修復(fù)防腐層。有資料指出，保護(hù)效果80%以上由防腐層提供，陰保作為補充，因此必須定期進(jìn)行外防腐層檢測、及時修復(fù)防腐層缺陷點。不能采用智能清管檢測代替PCM等方法對外防腐層的檢測；

（3）后期防腐層修復(fù)完成后，局部若仍達(dá)不到保護(hù)電位，可補充高純鋅犧牲陽極，但要注意犧牲陽極遠(yuǎn)離輔助陽極。同時在埋設(shè)點設(shè)置測試樁，以利于保護(hù)電位、開路電位等參數(shù)測試（保護(hù)電位測試建議采用參比管法）；

（4）對于線路存在硫酸鹽還原菌腐蝕的管道，建議將保護(hù)電位設(shè)置在-950～-1200mV；

（5）保護(hù)電位測試選用的極化探頭或極化試片面積應(yīng)和管道防腐層漏失點面積匹配；

（6）及時對管線陰保屏蔽段進(jìn)行整改，避免保護(hù)電位達(dá)標(biāo)但仍然腐蝕的現(xiàn)象；

（7）對因土地改造施工，造成管道一段裸露一段埋地，形成氧濃差電池，同時該段因施肥等因素，土壤腐蝕性強，部分還存在硫酸鹽還原菌，造成管道較嚴(yán)重局部腐蝕。對形成不利腐蝕環(huán)境的局部腐蝕嚴(yán)重段（38.82～39.77Km）進(jìn)行改管，避免形成“小陽極、大陰極”，造成腐蝕加??；

（8）加強對高后果區(qū)、人員密集區(qū)（凈化廠出站、沱牌鎮(zhèn)附近）及腐蝕集中段的腐蝕監(jiān)測，確保本質(zhì)安全。包括定期采用PCM檢測防腐層破損情況、極化試片（探頭）檢測保護(hù)電位等。