④ 特殊環境調查
表1 土壤腐蝕性綜合評價結果
Tab.1 Comprehensive estimation result of soil corrosivity
測試項目 | 測試點數量 | 測試值范圍 | SY/T 0087—95評價結果 | DIN 50929評價結果 |
單項評價 | 綜合評價指數B0 |
土壤類型 | 10 | 重壤土4個點，中壤土6個點 | — | Z1：-2～0 | -7～-12(腐蝕～強腐蝕) |
土壤電阻彰(Q·m) | 10 | 25～45 | 中 | Z2：-2 |
土壤含水質量分數/% | 10 | 18～67 | 中～較強 | Z3：-1～0 |
pH值 | 10 | 6.5～7.5 | 弱 | Z4：0 |
中性鹽含量/(mol·kg-1) | 10 | 4.23～26.13 | — | Z7：-1～-2 |
硫酸鹽含量/(mol·kg-1) | 10 | 4.67～11.78 | — | Z8：-1～-3 |
土壤總鹽含量/% | 10 | 0.067～0.210 | 中強 | — |
地下水情況 | 10 | 2處“有”，6處“干濕交替”，2處“無” | — | Z9：0～-2 |
還原菌 | 5 | 3處測試點存在 | — | — |
氧化還原電位/mV | 10 | -105～165 | 較高～強 | — |
腐蝕電流密度/(μA·cm-2) | 10 | 0.98～45.20 | 50%為中～強腐蝕 | — |
管道自然電位(相對銅-飽和硫酸銅參比電極)/V | 19 | -0.55～-0.72 | 強 | — | ? |
注：B0=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5+Z6+Z7+Z8+Z9，本次檢測中未測試Z5(酸堿度)和Z6(硫化物)2項指標。 |
? ??對管道沿線共測試10處直流與交流雜散電流干擾的大小，測試結果表明直流雜散電流干擾程度范圍為2.5～4.5 mV/m，交流雜散電流干擾程度范圍為4～11 V，屬于雜散電流影響程度中等[1]。
⑤ 管道修復、修理及更換
按照防腐層探測檢漏儀檢測結果，對防腐層缺陷部位開挖復核。對于外防腐層有缺陷的管段，剝離原有瀝青防腐層，并采用動力工具除銹至St3級，然后采用RD-6型冷纏膠帶防腐(膠帶厚度為1.15 mm)，進行8000 V電火花檢測。
腐蝕坑深小于20%壁厚的管段，采用補焊的手段增加管道強度，再采用RD-6型冷纏膠帶重新防腐。
腐蝕坑深大于等于20%壁厚的管段，更換成PE管。本次共更換42臺調壓箱之前的DN 25 mm管道約350 m，更換部分腐蝕嚴重的DN 100 mm管道約20 m。更換為PE管后將減少陰極保護中絕緣法蘭的數量，減小陰極保護電流并使腐蝕控制系統更加安全可靠。
?本次檢測過程中，管道一般的腐蝕坑深為0.2～0.8 mm部分DN 25 mm管道(新管壁厚為3.5 mm)壁厚只剩余1 mm左右，局部腐蝕速率約0.3 mm/a。
⑥ 陰極保護饋電試驗
將該小區分為東、西、北3區，在管道閥門處安裝絕緣法蘭，分別進行饋電試驗，采用APM-1型智能測試儀測試保護電位，消除測試過程中由于土壤存在電壓降導致的誤差[4]。陰極保護饋電試驗結果見表2.測試結果表明本小區防腐層絕緣電阻為50～300 Ω·m2，理論上對應陰極保護電流密度為1～10 mA/m2[5、6]，實際試驗結果表明保護電流密度為5～10 mA/m2，與理論值基本符合。
表2 陰極保護饋電試驗結果
Tab.2 Feeding test result for cathodic protection
區域 | 東區 | 西區 | 北區 |
管道表面積/m2 | 450 | 400 | 150 |
防腐層絕緣電阻/(Ω·m2) | 50～100 | 68～300 | 50～140 |
試驗輸出電壓/V | 25 | 14 | 10 |
試驗輸出電流/A | 3.5 | 1.8 | 1.2 |
饋電試驗電流密度/(mA·m-2) | 7.8 | 4.5 | 7.5 |
保護電位(CSE)/V | -O.95～-1.05 | -1.01～-1.07 | -0.98～-1.04 |
⑦ 陰極保護設計與測試
a. 電流密度。根據絕緣電阻和饋電試驗結果，陰極保護電流密度應選擇5～10 mA/m2，不同區域選擇不同的電流密度。
b. 陽極規格與設計壽命。土壤電阻率范圍為25～40 Ω·m，采用單支質量為8 kg和11 kg的鎂合金陽極，設計壽命為20年。
??? c. 測試樁。在合適的地點設置測試樁，以測量陽極的性能參數和保護電位。在測試樁處埋設長效硫酸銅參比電極和同管道材質的測試片。
??? d. 陰極保護系統參數的確定。根據以上的測試結果，陰極保護系統參數見表3。
??? e. 陽極性能參數測試。陽極性能參數測試結果見表4。測試中對比2002年、2004年和2006年3次測試結果，各項數據穩定，陰極保護參數符合規范要求。
表3 陰極保護系統參數
Tab.3 Parameters of cathodic protection system
區域 | 東區 | 西區 | 北區 |
饋電試驗電流/A | 3.5 | 1.8 | 1.2 |
饋電試驗電流密度/(mA·m-2) | 7.8 | 4.5 | 7.5 |
土壤電阻彰(Q·m) | 40 | 35 | 25 |
陽極數量/支 | 99 | 55 | 25 |
單支陽極規格/kg | 8 | 8 | 11 |
測試樁數量/支 | 3 | 1 | 1 |
表4 陽極性能參數測試結果
Tab.4 Test result of anode performance parameters
區域 | 東區 | 西區 | 北區 |
陽極組規格 | 3×8 kg | 3×8 kg | 3×11 kg |
測試時間 | 2002年11月 | 2004年8月 | 2006年4月 | 2002年11月 | 2004年8月 | 2006年4月 | 2002年11月 | 2004年8月 | 2006年4月 |
保護電位(CSE)/V | -1.25 | -1.18 | -1.15 | -1.27 | -1.22 | -1.20 | -1.26 | -1.20 | -1.20 |
陽極開路電位(CSE)/V | -1.61 | -1.62 | -1.61 | -1.59 | -1.60 | -1.61 | -1.60 | -1.59 | -1.60 |
陽極組輸出電流/mA | 110 | 100 | 105 | 105 | 98 | 95 | 120 | 110 | 120 |
測試片自然電位(CSE)/V | -0.67 | -0.70 | -0.68 | -0.64 | -0.62 | -0.61 | -0.57 | -0.60 | -0.62 |
3 結論
??? ① 該小區中壓在役管網改造是成功的。經過對中壓在役管網的修復、修理及更換，部分腐蝕嚴重的管道得到更換，陰極保護的設計與施工符合現行標準規定，預計該系統壽命大于25年。
??? ② 保護電流密度與防腐層的選擇、施工質量有密切關系。在新管道建設時，一定要嚴格執行現行標準，對每一環節進行質量控制。防腐層施工質量直接影響管道腐蝕速度與陰極保護電流密度。
??? ③ 對于部分防腐層施工質量非常差的埋地燃氣鋼質管網，應及時補充增加陰極保護措施。陰極保護方案的選擇必須依靠實際的檢測結果確定，應采用多種測試方法以確定陰極保護電流密度的大小，避免因陰極保護電流密度選擇不當而導致陰極保護系統失效。
??? ④ 對于壁厚為3.5 mm的中壓鋼質在役燃氣管網，建議逐步更換為PE管，以減少腐蝕穿孔的風險。
??? ⑤ 本項目的改造技術與經驗可運用于在役燃氣低壓、中壓、高壓鋼質管網腐蝕防護項目。
參考文獻：
[1] SY/T 0087—95，鋼質管道及儲罐腐蝕與防護調查方法標準[S].
[2] DIN 50929-3：1985，金屬腐蝕：在外部腐蝕條件下金屬材料的腐蝕概率：在土壤和水中的管道和構件[S].
[3] 張文奇.金屬腐蝕手冊[M].上海：上海科學技術出
[4] 胡士信，葛艾天，何悟忠，等.埋地鋼質管道陰極保護真實電位的測量技術[J].腐蝕與防護，2005，26(7)：297-301.
[5] (德)貝克曼W V，施文克W，普林茲W(著)，胡士信，王向農，徐快(譯).陰極保護手冊電化學保護的理論與實踐[M].北京：化學工業出版社，2005.
[6] 胡士信，徐快，孟憲級.陰極保護工程手冊[M].北京：化學工業出版社，1999.
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