吳恩柏 王努馳 王科林 張 杰

（1. 中國(guó)石油四川石化分公司，四川 成都 611930；2. 沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180）

0 引言

隨著城市工業(yè)的發(fā)展、城市地下管網(wǎng)的規(guī)模也不斷擴(kuò)大，埋地管網(wǎng)的建設(shè)降低了企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)輸成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，但也將隱患埋藏在了地下，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)生了多起因埋地工業(yè)管道泄漏事件，個(gè)別事件造成公共財(cái)產(chǎn)損失、導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染事件，危害公民的生命安全，明確工業(yè)埋地管道泄漏原因，明確泄漏原因，采取有必要的檢測(cè)與防護(hù)措施，避免事故發(fā)生，保障工業(yè)管道運(yùn)行安全至關(guān)重要[1-3]。

目前，埋地鋼質(zhì)管道常采用外防腐層加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)，但泄漏在生產(chǎn)企業(yè)中經(jīng)常發(fā)生，近年來(lái)對(duì)埋地管道泄漏原因的研究也越來(lái)越多。2002年，中國(guó)石油西南油氣田輸氣科研所韓興平對(duì)埋地管道陰極保護(hù)有效性評(píng)估進(jìn)行研究分析，分析結(jié)果認(rèn)為管道涂層破損、老化失修、管線上陰極保護(hù)系統(tǒng)長(zhǎng)期故障，影響陰極保護(hù)有效性[4]；2018年，中國(guó)石化銷售有限公司華中分公司郭愛(ài)玲鄭京召開(kāi)展了湖南成品油管道雜散電流測(cè)試與防護(hù)措施研究，發(fā)現(xiàn)湖南成品油管道受到較嚴(yán)重的交、直流雜散電流干擾，其中有5個(gè)管段受到較嚴(yán)重的交流雜散電流干擾，3個(gè)管段受到較嚴(yán)重的直流雜散電流干擾；京廣鐵路、武廣高鐵、滬昆鐵路、城際鐵路等電氣化鐵路為交流干擾源，軌道交通地鐵為直流干擾源；提出了交流干擾和直流干擾應(yīng)分別采用固態(tài)去耦合器接地排流裝置和極性排流裝置措施，以降低雜散電流對(duì)輸油管道的影響[5]。

XX石化公用工程污水排水管線在投產(chǎn)僅8年時(shí)間，2020年和2021年先后在不同位置出現(xiàn)3次腐蝕泄漏（集中在三和一段21號(hào)測(cè)試樁至24號(hào)測(cè)試樁），引起了當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶不必要的恐慌和環(huán)保部門的關(guān)注。腐蝕泄漏點(diǎn)腐蝕速率超過(guò)0.8mm/年，遠(yuǎn)超國(guó)家規(guī)范GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》中關(guān)于腐蝕速率應(yīng)低于0.01mm/年的要求。2021年7月30日對(duì)泄漏位置進(jìn)行腐蝕檢查，如圖1所示：泄漏位置（處于焊縫東側(cè)約6cm處）封堵后工程師對(duì)泄漏管段進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)管線泄漏位置徑向12點(diǎn)、3點(diǎn)、9點(diǎn)方向管線壁厚未見(jiàn)明顯異常，在管線底部（6點(diǎn)方向）有6×8cm的減薄區(qū)域，最薄壁厚3.68mm，如圖2所示，同時(shí)在漏點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)局部腐蝕坑，坑深約4mm。

圖1 泄漏管段底部腐蝕形貌

圖2 測(cè)點(diǎn)分布圖

圖3 檢測(cè)示意圖

圖4 管道電位測(cè)試連線圖

圖5 土壤電阻率測(cè)量接線圖

1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)評(píng)估

為了明確污水排水管線腐蝕泄漏的原因，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)三和一段埋地污水管道進(jìn)行了：管道外防腐層完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)；陰極保護(hù)有效性檢測(cè)與評(píng)價(jià)；直流雜散電流干擾檢測(cè)與評(píng)價(jià)；交流雜散電流干擾檢測(cè)與評(píng)價(jià)；土壤腐蝕性評(píng)估及腐蝕檢查片埋設(shè)試驗(yàn)，檢測(cè)方法參照GB/T 21246《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》、GB 50991《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 40377-2021《金屬和合金的腐蝕 交流腐蝕的測(cè)定 防護(hù)準(zhǔn)則》。

1.1 管道外防腐層完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)

全線采用電流衰減/交流電壓梯度（P C M/ACVG）交流方法進(jìn)行管道走向、埋深測(cè)量，準(zhǔn)確定位缺陷點(diǎn)。PCM電流檢測(cè)間距不超過(guò)30m，A字架檢測(cè)間距不超過(guò)5m，GPS打點(diǎn)間距不超過(guò)30m。本次采用英國(guó)雷迪PCM+埋地管線防腐層檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行交流電流衰減法的檢測(cè)。應(yīng)用PCM接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，對(duì)管道外防腐層進(jìn)行完整性檢測(cè)。

1.2 陰極保護(hù)有效性檢測(cè)與評(píng)價(jià)

陰保站需檢測(cè)輔助陽(yáng)極地床接地電阻、校核長(zhǎng)效參比電極、對(duì)比恒電位儀面板顯示值與實(shí)測(cè)值、同步檢測(cè)恒電位儀輸出電流和通電點(diǎn)通電電位。對(duì)于存在進(jìn)站絕緣接頭和出站絕緣接頭的站場(chǎng)，需檢測(cè)是否存在跨接線，上下游絕緣接頭站外管道是否存在電位差。分析外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，包括：給定電位、通電點(diǎn)電位、輸出電流、輸出電壓，評(píng)價(jià)陰極保護(hù)系統(tǒng)工況，并提出改進(jìn)建議。

1.3 直流雜散電流干擾檢測(cè)與評(píng)價(jià)

對(duì)直流雜散電流干擾段，采用面積為6.5cm2試片進(jìn)行通斷電位測(cè)量。檢測(cè)工作應(yīng)包括以下內(nèi)容：逐樁測(cè)量管道不低于12小時(shí)通斷電位曲線，同一天測(cè)量的檢測(cè)點(diǎn)曲線應(yīng)按時(shí)間對(duì)齊，并在報(bào)告中提交曲線圖和數(shù)據(jù)附表。應(yīng)檢測(cè)明確直流雜散電流干擾的流入?yún)^(qū)、流出區(qū)、影響范圍、干擾程度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道存在明顯較強(qiáng)雜散電流干擾時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)時(shí)間不低于24小時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。用uDL2數(shù)據(jù)記錄儀采用地表參比法測(cè)量管道對(duì)地通/斷電電位。每個(gè)測(cè)試樁進(jìn)行管地電位測(cè)試，每秒采集一個(gè)管地電位數(shù)據(jù)。

1.4 交流雜散電流干擾檢測(cè)與評(píng)價(jià)

逐樁測(cè)量管道不低于12小時(shí)交流干擾，試片面積為1cm2；數(shù)據(jù)記錄儀需同步記錄交流干擾電壓和交流電流密度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道存在明顯較強(qiáng)雜散電流干擾時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)時(shí)間不低于24小時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.5 土壤腐蝕性評(píng)估

土壤電阻率的測(cè)試應(yīng)與管道交流電壓測(cè)試同時(shí)進(jìn)行，測(cè)試位置包括所有測(cè)試樁附近。土壤電阻率的數(shù)據(jù)測(cè)試方法是標(biāo)準(zhǔn)的Wenner四電極法。

1.6 腐蝕檢查片埋設(shè)試驗(yàn)

在泄漏管段現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)失重檢查片，以失重檢查片來(lái)模擬埋地管道防腐層破損點(diǎn)。采用管道陰極保護(hù)檢查片與失重檢查片，其中陰極保護(hù)檢查片通過(guò)測(cè)試樁實(shí)現(xiàn)與待測(cè)管道的電連接，獲得腐蝕速率及檢查片通電電位與斷電電位等參數(shù): 失重檢查片不和管道電連接，以獲得土壤環(huán)境中的自腐蝕速率。檢查片埋設(shè)時(shí)間為3個(gè)月，示意圖如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 管道外防腐層完整性

三線合一段21～24#測(cè)試樁之間管道的長(zhǎng)度為4376.76m，共檢測(cè)防腐層破損點(diǎn)11處，外防腐層破損點(diǎn)密度為0.25處/100m，依據(jù)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)總體評(píng)價(jià)》對(duì)外防腐層破損點(diǎn)密度分級(jí)評(píng)價(jià)為“2級(jí)”

2.2 陰極保護(hù)有效性

三線合一段2 1#測(cè)試樁處管道斷電電位在-0.85～-1.2V之間，陰極保護(hù)效果良好。三線合一段22#和24#處管道斷電電位正于-0.85V的時(shí)間超過(guò)25%，不符合規(guī)范要求。

2.3 直流雜散電流干擾

干擾源調(diào)查結(jié)果：污水處理廠外排水三線合一段管道距離地鐵3號(hào)線成都醫(yī)學(xué)院站約8.8km。污水處理廠外排水埋地管線全線受地鐵干擾。在成都地鐵運(yùn)行時(shí)間斷，管道通電電位波動(dòng)幅度較大；在地鐵停運(yùn)時(shí)間段，管道波動(dòng)幅度較小，如圖7所示。距離污水處理廠較遠(yuǎn)的三線合一段22#和24#電位較正，斷電電位不符合規(guī)范要求。

圖7 電位測(cè)試結(jié)果

2.4 交流雜散電流干擾

三線合一段管道平均交流電流密度均低于30A/m2，依據(jù)GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，交流干擾程度判定為“弱”，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

2.5 土壤腐蝕性

根據(jù)GB 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》判斷三線合一段21～24#之間管道共3處土壤腐蝕性強(qiáng)（占75%），1處土壤腐蝕性中（占25%），如表1所示。

表1 土壤腐蝕性檢測(cè)結(jié)果

2.6 腐蝕檢查片試驗(yàn)

由表2可知，陰極保護(hù)試片的通電電位平均值為-0.69V，平均斷電電位為-0.78V，通電電位正于斷電電位，說(shuō)明有電流從管道流出。

由表3可知，失重檢查試片平均腐蝕速率為0.22mm/a，陰保試片平均腐蝕速率為0.83mm/a，約為失重檢查片的4倍，其較高的腐蝕速率與管道流出的電流密切相關(guān)。

表3 腐蝕速率試驗(yàn)結(jié)果

從圖8、圖9可發(fā)現(xiàn)，失重檢查試片表面腐蝕較為均勻，表面較為光滑平整；陰極保護(hù)檢查試片表面腐蝕較為嚴(yán)重，且有局部腐蝕特征。

圖8 失重檢查片試片形貌

圖9 陰極保護(hù)檢查試片形貌

3 污水管道腐蝕泄漏原因及防護(hù)建議

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕檢查、檢測(cè)評(píng)估發(fā)現(xiàn)：泄漏點(diǎn)都位于兩節(jié)管段碰口的焊縫附近，且都處于管道底部，通過(guò)觀察，腐蝕都是由外向里發(fā)展，可以判斷，泄漏點(diǎn)及附近局部減薄是外部腐蝕引起的；三線合一段21～24#測(cè)試樁之間管道的長(zhǎng)度為4376.76m，共檢測(cè)防腐層破損點(diǎn)11處，說(shuō)明防腐層完好情況較差，是導(dǎo)致管道泄漏原因之一，有研究表明導(dǎo)致防腐層破損的原因有土壤的侵蝕、施工質(zhì)量欠佳等因素[6-8]，據(jù)了解，污水管道焊縫附近防腐層是在管道埋設(shè)施工期間完成，3PE施工工藝復(fù)雜，需要烘烤操作，若現(xiàn)場(chǎng)工人烘烤不均勻，易造成局部粘結(jié)不好，整體密封性下降，同時(shí)與出廠預(yù)制防腐層銜接處易存在薄弱點(diǎn)或滲漏點(diǎn)，加之施工期間焊接和拉拽等因素也會(huì)導(dǎo)致連接處防腐質(zhì)量存在缺陷，隨著土壤長(zhǎng)時(shí)間侵蝕破壞防腐涂層[9,10]；直流雜散電流干擾檢測(cè)結(jié)果證明該段管道受地鐵3號(hào)線直流干擾，導(dǎo)致管道保護(hù)電位波動(dòng)大，長(zhǎng)時(shí)間段未受到良好保護(hù)，是導(dǎo)致管道失效原因之一；土壤腐蝕性測(cè)試表明三線合一段21～24#之間管道處土壤腐蝕性強(qiáng)，也是導(dǎo)致管道加速失效原因之一；腐蝕檢查片試驗(yàn)表明，陰極保護(hù)試片通電電位正于斷電電位，說(shuō)明有電流從管道流出，其較高的腐蝕速率與流出的電流密切相關(guān)，而引起電流流出的根本原因在于管道受到地鐵雜散電流的干擾，防腐層破損點(diǎn)作為陽(yáng)極電位正向便宜，有穩(wěn)定的電流流出，加速管道腐蝕穿孔。

綜上可知，污水管道泄漏的原因主要是地鐵直流雜散電流的干擾導(dǎo)致管道防腐層破損位置未受到良好保護(hù)，加速了腐蝕的進(jìn)程，同時(shí)由于土壤腐蝕性強(qiáng)弱的差別，處于土壤腐蝕性較強(qiáng)的管段優(yōu)先發(fā)生腐蝕穿孔。為了防止此類腐蝕提出以下建議：

（1）三線合一段21～24#測(cè)試樁之間防腐層缺陷點(diǎn)11處，建議開(kāi)挖修復(fù)，同時(shí)對(duì)其余管段防腐層質(zhì)量進(jìn)行定期檢測(cè)和修復(fù)；

（2）在管道建設(shè)施工階段，嚴(yán)控防腐層施工質(zhì)量、保障回填后防腐層質(zhì)量完好；

（3）建議在管道末端進(jìn)行饋電實(shí)驗(yàn)：新建臨時(shí)輔助陽(yáng)極地床，利用便攜式恒電位儀為污水管線供電，采用數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)量管道通斷電位，評(píng)估陰極保護(hù)有效性；當(dāng)新建臨時(shí)陰保站后，管道電位均能達(dá)標(biāo)；后期根據(jù)饋電實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需在末端新建陰保站，防止地鐵雜散電流的干擾。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）三線合一段21～24#測(cè)試樁之間管道共檢測(cè)防腐層破損點(diǎn)11處，分級(jí)評(píng)價(jià)為“2級(jí)”，所處土壤環(huán)境腐蝕性強(qiáng)，建議進(jìn)行修復(fù)；

（2）三線合一段管道平均交流電流密度均低于30A/m2，交流干擾程度判定為“弱”，可不采取交流干擾防護(hù)措施；

（3）陰極保護(hù)試片通電電位正于斷電電位，失重檢查試片平均腐蝕速率為0.22mm/a，陰保試片平均腐蝕速率為0.83mm/a，約為失重檢查片的4倍；

（4）污水管道受地鐵直流雜散電流干擾、所處土壤環(huán)境腐蝕性強(qiáng)、防腐層施工質(zhì)量因素綜合導(dǎo)致污水管道泄漏。