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关于埋地钢质管道腐蚀防护的几个问题

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问:管道运行维护过程中发现多起三层PE外防腐层黏结力不佳、双环氧防腐层吸水率过高等问题,主要原因是什么?如何改进?

答:从国内外管道工程来看,3PE防腐层的早期失黏并不罕见。业界对此已开展多年研究。根据现场调查和室内试验研究,黏结力下降乃至完全丧失大多表现为底层环氧粉末与管体金属的剥离,主要原因有以下几种:

(1)管道表面处理不良,包括残留污垢、蚀锈、灰尘、盐分、潮湿、锚纹深度不符合要求等,都会影响防腐层与钢表面的黏结。

(2)熔结环氧粉末固化问题,只有其完全固化,才能获得最佳性能。如果熔融黏结过程中温度控制出现偏差,温度过低会导致固化不完全;温度过高则可能导致环氧树脂热氧化分解。

(3)环氧粉末质量问题,主要成膜物环氧树脂型号偏差、成分不足、采用落地粉等。

因此,良好的钢管表面处理质量、准确控制固化温度和时间、采用高质量的环氧粉末、禁止回掺使用落地粉等,是确保3PE防腐层黏结有效的根本因素。另外通过涂装前材料的高温长期阴极剥离、热水浸泡等关键指标的性能测试可以筛选出好的材料。特别需要说明的是,我个人是不相信物美价廉的,好东西一定不是最便宜的,不要让低价中标成为我们选商的条件,要给予生产厂商合理的利润空间,互利才能共赢。

熔结环氧粉末属于典型的无定型高分子聚合物,在长期水环境下,水分子由表面逐步向涂层内部扩散并到达管体金属表面,降低涂层附着力而导致涂层失效。该类防腐层吸水率高是其本身特性决定的,湿热环境中更为明显。如果防腐层本身存在质量问题,固化程度不够或交联密度过低等,则更易于水的渗透。要想获得良好的环氧粉末涂层性能,首先要选择其适用的环境,湿热环境慎用;其次要选择高质量的环氧粉末。满足标准只是最低要求,通过高温长期阴极剥离指标性能测试可以很好地判断涂层的长期性能;还有就是严格控制施工质量,包括表面处理、涂装工艺、涂装过程控制及检验等。


问:站场埋地设施相对复杂,外防腐层种类、规格较多,站场阴极保护运行和维护也存在接地、屏蔽等问题,如何更好地对站场管道进行外腐蚀控制有效性评价?

答:站场管道通常密集布置,很难获得均匀的阴极保护电流分布,也不容易像干线管道那样确定保护末端,同一区域有可能同时存在过保护、欠保护问题。其腐蚀控制有效性的评价需要准确、足量的测试数据,更关键的在于测试点的选取。囿于美观要求,站场内不太可能设置太多的测试桩,但是可以设置简易测试点并安装参比管方便测试。建议在对站场区域阴极保护系统调试期间,通过密间隔电位测试以确定测试点位置,至少应包括最低电位点、最高电位点、代表性位置等。此外站场区域阴极保护系统的保护对象结构复杂,系统波动比较频繁,降雨、场区喷洒水、维修改造扩建等都会影响系统运行和保护电流分布,因此需要密切关注系统输出的异常变化,其监控也至关重要。


问:现行规范只提供了大气环境防腐层的设计寿命,是否可以确定各类埋地管道防腐层的设计寿命,作为选择防腐层及后续运行维护的参考依据?运行中后期的管道如何通过更有效的防腐层评价与维护延长管道的运行寿命?

答:防腐层的使用寿命取决于防腐层材料性能、涂装质量、服役条件等多种因素。通常条件下,防腐层材料本身的衰变或老化是非常缓慢的,防腐层失效更多表现为外力损伤、吸水导致绝缘性能下降或剥离导致阴极保护屏蔽等。外力损伤可以进行局部修复;绝缘性能下降可以调整阴极保护输出或附加阴极保护,但当附加阴极保护变得不经济时防腐层必须重涂;而防腐层一旦剥离则重涂可能是唯一选择。重涂意味着原防腐层寿命终结。目前很难给出一个确定的使用寿命,国内外管道防腐层技术标准或规范也都没有明确的设计寿命指标。一般依据同类防腐层的实际使用情况可大致给出一个平均寿命。

通过管道检测可以发现管道本身以及防腐层存在的问题,内检测反映的是管道的整体情况,但只能间接判断防腐层的状况,而外检测可以直接判断防腐层状况,但通常只能代表局部,因此内外检测要相互结合。运行中后期更需要关注管道内检测结果,对比历次异常信号变化可以判断管体外腐蚀的活跃程度,并由此判断防腐层的状况。发现问题及早处理,确保管道的腐蚀控制有效。



问:目前管道行业在大力推进管道的数字化智能化,应该从哪些方面推进管道防腐专业的智能化发展?如何提高智能电位采集装置的可靠性?

答:就防腐专业而言,智能化主要还是从管道阴极保护数据的自动采集、有效传输、深度分析及充分利用等方面推进。目前新建管道大都安装了智能测试桩,数据的传输和存储基本不存在大的问题,但在数据的深度分析和充分利用方面还需要多做些工作。目前数据分析大多只是简单的数据比对和超限报警,数据利用也限于保护效果的判定。智能化程度还有待进一步提高,数据的利用也可以更充分深入。例如可将阴极保护数据采集与专业数值模拟软件相结合,实现在线仿真计算并自动提供解决方案,特别是对于杂散电流干扰段、多管并行敷设等复杂环境下的管道腐蚀控制具有重要意义。


问:直流干扰段,即使采用试片法仍难以准确测量管道极化电位(电位波动很大),如何采集真实电位?管道敷设在河道内难以开挖,更换远传测试桩试片及参比电极的施工难度较大,在近地表处埋设试片及参比电极,对测量结果的影响有多大?对试片和参比电极的布置有什么要求?

答:首先,在复杂杂散电流干扰段,最可靠的阴极保护有效性准则是腐蚀速率准则。当无法准确测量管道极化电位时,可以采用阴极保护试片法评估腐蚀速率。通常做法是埋设6个月以上的试片挖出来后,通过目视法或失重法评估阴极保护有效性,腐蚀速率准则是国际上公认的评价阴极保护有效性的第一准则。

其次,应该明确阴极保护试片测量出的极化电位,并不是管道的极化电位,这是两个不同的概念。绝大多数情况下,阴极保护试片和管道的极化电位并不相同,推荐参阅NACE SP0104。试片测量建议考虑以下四点:试片瞬间中断、设计合理的土壤管、参比电极尽可能靠近、合理延时读数。

关于河道内管道极化电位测试,试片法的核心是埋设在与管道相同的电解质环境中。因近地表土壤类型、含水量、含氧量等与穿越段管道实际埋深处土壤环境差异较大,埋在不同的电解质环境中,极化行为可能存在较大差异。

关于定向钻穿越段管道阴极保护的评价和监测问题,加拿大Corrosion Service 公司提出了利用穿越段地质孔开展监检测的方案,详见PRCI研究报告(PR-444-143603)。


问:输气管道压缩机出口埋地管道温度变化区间较大,且温度最高达到近100℃,管道阴极保护有效性评价方法有那些?

答:高温环境下的阴极保护有效性检测方法并没有什么不同,需要考虑的是:

(1)如果参比电极处在高温环境需要开展温度校正。

(2)高温环境下的阴极保护准则更负,建议极化电位控制到-950 mV以上。

(3)推荐埋设一些靠近管道的腐蚀试片。


问:站场区域阴极保护系统对站外干线管道阴极保护系统的干扰怎么消除?

答:站场区域阴极保护系统对站外干线管道阴极保护系统的干扰,一般采取以下防护措施:

(1)调整站内阴极保护系统各路输出,在确保保护电位达标的前提下,使总输出电流最小,降低干扰影响。

(2)改变干线阴极保护系统的电位控制点也就是通电点、零位接阴及控制参比电极的安装位置,使其远离站内保护系统的影响区域。

(3)如果干扰导致干线管道阴极保护系统输出减少,可在干线阴极保护系统电位控制点附近连接埋地钢制金属或硅铁阳极,吸收来自站内区域阴极保护系统的干扰电流;反之,可在控制点附近安装牺牲阳极提供补充保护,抑制干线阴极保护系统输出。但这些都需要通过现场试验确定要连接的埋地金属的规模。

(4)改变站内阴极保护系统的阳极地床位置或类型,该种方法适用于站场区域阴极保护试运行调试阶段,对于已投入运行的站场改造起来就比较麻烦。某些情况下,这种干扰是难以完全消除的,将其控制在一个可接受的程度即可。


问:阴极保护系统深井阳极地床设计深度是否会对阴极保护效果产生影响,是否有必要开展关系分析?

答:深井阳极地床的设计深度对阴极保护效果的影响是肯定的,首先是其保护电流辐射的范围,越深则范围越广;其次是保护电流分布的均匀性,特别是对于埋地金属结构较为密集的站场矿区等场合,深井阳极地床深度越大,电流分布得也就越均匀。但是设计深度的选择也需要根据地质条件是否适合、是否存在外部金属结构(避免或尽可能减少对其造成杂散电流干扰)、投资控制等因素来确定。因此有必要开展相关的关系分析,可以通过数值模拟来辅助设计。


问:关于GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》,管道与电力线路交叉时,在临近满足交叉角度55°这个要求时,是否需要增设排流装置?标准中提到“结合防护措施,交叉角度可适当减小”,小到多少是难以接受的?电力线路交叉时,开阔地区1个塔高的距离要求,是什么目的?电力线路交叉时,标准对小于220 kV输电线路的铁塔和电杆接地的最小距离统一为5米。是否已经考虑了不同地区的土壤电阻率、对地故障电流或雷电流的大小、故障持续时间、管道防腐层电气强度等因素?如何计算和评价其干扰程度?

答:影响管道交流感应电压的因素很多,主要有:负载电流、交流输电线与管道间距、平行长度、管道涂层质量、不平衡度、交叉角度等。可以看出,55°指标只是众多影响因素之一,并不能据此作为评价交流干扰强弱的唯一依据。推荐做法是根据实际参数开展仿真计算和排流方案优化。

电力线路交叉时,开阔地区1个塔高的距离要求是一个经验值。个人认为,一方面是为了防止杆塔倒地,砸落到管道上;另一方面为了减小断线和雷击故障的阻性干扰。

电力线路交叉时,标准对小于220 kV 输电线路的铁塔和电杆接地的最小距离统一为5米,也只是经验值。个人认为,5米还是太近了,确实应该根据最严苛的工况开展计算和评估。目前相关计算技术成熟,可以参见基于求解全时域麦克斯韦方程HIFREQ软件模块。


问:管道与工业排污渠临近时,考虑排污渠可能泄漏,是否需要采取保护措施?

答:工业污水通常腐蚀性很强,因此有必要采取保护措施。临近工业排污渠的管段建设时应选择加强级防腐层;运行期间加强管道检测,确保防腐层的完整性和阴极保护充分有效;安装阴极保护及腐蚀速率探头,监测保护电位和腐蚀速率,如果排污渠发生泄漏,强腐蚀性的工业污水一旦接触到探头很快就可发现,能及时处理。

另外,关于复杂环境下杂散电流干扰防护以及高温管道阴极保护有效性评价等问题,我事先和国家管网北方管道有限责任公司科技研究中心毕武喜博士探讨过,他的团队对此做过系统研究,有兴趣的同仁可找毕武喜博士进行深入交流。


           来源:《管道保护》2020年第6期(有改动)




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