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城市埋地钢质管道外覆盖层安全质量状况分级问题的探讨

文档作者：孙敬清1 ,何仁洋2 ,汤　磊2 ,杨　永1 ,钱才富1 文档来源： 1. 北京化工大学 2. 中国特种设备检测研究中心		点击数：	更新时间： 2022年11月19日
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基金项目:国家“十五”科技攻关项目(2001BA803B03 - 02)
收稿日期:2004 - 02 - 17 　　收修改稿日期:2004 - 03 - 20
城市埋地钢质管道外覆盖层安全质量状况分级问题的探讨
孙敬清1 ,何仁洋2 ,汤　磊2 ,杨　永1 ,钱才富1
(1. 北京化工大学,北京　100029 ;2. 中国特种设备检测研究中心,北京　100013)
　　摘要:对目前城市埋地钢质管道外覆盖层安全质量状况分级评价现状、分级等级以及分级评价指
标进行了探讨和总结,提出了分级级别划分的方法,给出了用电流衰减法对石油沥青进行分级的参数
和部分具体数值,并对分级尚存的问题进行了讨论。
关键词:外覆盖层;埋地钢质管道;分级评价
中图分类号:TE973. 6 　　文献标识码:A 　　文章编号:1004 - 9614 (2004) 04 - 0008 - 04
Study on Classification Assessment Methodology of Safety Quality
for Protective Coating of Buried Steel Pipelines
SUN Jing2qing1 , HE Ren2yang2 , TANGLei2 ,YANG Yong1 , QIAN Cai2fu1
(1.Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029 ,China ;
2. China Center of Special Equipment Inspection and Research ,Beijing 100013 ,China)
Abstract :The summary of the classification assessment methodology of the safety quality for the protective coating of the buried
steel pipelines at home and abroad was discussed. The class level and classification method as well as the assessment indicator was given.
It also presented the parameters and the level value of the classification assessment for the petroleum asphaltum coating by using AC/ DC
Current Attenuation Survey. Predicated the research themes about assessment methodology for the classification in future.
Key Words :Protective Coating ;Buried Steel Pipelines ;Classification Assessment Methodology
1 　引言
随着国内能源类型的转变, 管道的应用越来越
多。目前, 长输管道与多数公用管道采用了钢质管
道埋地敷设方式。为了延长管道使用寿命、降低运
营成本, 埋地钢质管道普遍采用涂敷外覆盖层加阴
极保护的联合防腐措施。涂敷外覆盖层是为了加大
腐蚀电流回路中的电阻, 从而减小腐蚀电流; 而阴
极保护则是以消耗外加能量(电能或化学能) 来换
取对材料的保护[1 ] 。正确涂敷的外覆盖层应该为埋
地构件提供99 %的保护需求, 而余下的1 %才由阴极
保护(CP) 提供, 因此外覆盖层的质量决定着防腐
效果。实践证明: 对于外覆盖层较差的管道, 管道
本体的安全性能也较差。因此, 准确地评价外覆盖
层的安全质量等级, 有助于正确地进行压力管道的
运行维护与检验, 对于管道使用单位以及政府安全
监察机构行使相应职责, 确保管道安全运行有着重
要的指导意义[2 - 3 ] 。对城市埋地钢质管道外覆盖层
安全质量状况分级评价现状、分级等级以及分级评
价指标进行探讨, 并提出了针对石油沥青安全质量
状况的分级雏形。
2 　外覆盖层安全质量分级状况
国内关于外覆盖层安全质量分级评价的标准较
少,只有10 a 前原中国石油天然气总公司制订的针对
石油沥青外覆盖层的分级评价行业标准[4 ] ( SY/
T5918 —94) ,该标准从绝缘电阻率、老化程度及表现等
2 个方面将外覆盖层分为5 级。绝缘电阻测量方法
有:电位差法、管中电流法、变频选频法;而老化程度
及表现分级主要是从外观表象进行涂层分级评价,见
表1。
该标准的特点是:只针对石油沥青涂层,所提出
的绝缘电阻测量方法在城市范围内使用具有较大的
局限性,没有涉及当前常用的检测技术。因此,急需
提出一个新的标准来填补这个空白。
　　由于不同质量的外覆盖层所需的保护电流密度
不同, 文献[5 ] 提出利用保护所需要的最小电流密
度进行分级, 见表2。但保护电流密度不容易测得
(需要开挖) , 特别是在城市地区, 受杂散电流的干
扰严重。
　2004 年
　第4 期
管道技术与设备
Pipeline Technique and Equipment
2004 　
No14 　
表1 　电法测量防腐层绝缘电阻率的等级划分[ 4] 　Ω·m2
防腐层等级
电位差法测得
绝缘电阻率
管内电流法和
选频变频法
测得电阻率
老化程度及表现
一级(优) > 5 000 > 10 000 基本无老化
二级(良) 2 500～5 000 5 000～10 000 老化轻微,无剥离和损坏
三级(一般) 1 500～2 500 3 000～5 000
老化较轻,基本完整, 沥
青发脆
四级(差) 500～1 500 1 000～3 000
老化较严重,有剥离和较
严重的吸水现象
五级(劣) < 500 < 1 000
老化和剥离严重,轻剥即
掉
表2 　依据实现阴极保护所需要的最小电流量划分　mA/ m2
防腐(涂) 层等级最小电流密度
极好0100～0105
好0105～0111
中等0111～0122
差0122～1108
非常差1108～2158
　　美国NACE Standard TM0102 —2002[6 ]提出利用电
导率进行分级,见表3。可见,该分级方法是针对土壤
电阻率为10 Ω·m 的土壤环境,且没有注明适用于何
种外覆盖层。
表3 　10 Ω·m土壤电阻率下外覆盖层电导系数与
外覆盖层质量对应关系表μS/ m2
外覆盖层质量规格化的电导系数取值范围
极好< 100
好101～500
一般501～2 000
差> 2 000
　　NACE RP0502 —2002[7 ]则提出应按每种不同间接
检测方法分别进行分级,见表4 ,并提出了具体的程序
与步骤。但该标准没有说明每个级别的具体数值,也
没有注明适用于何种外覆盖层,仅提出了要考虑的一
些参数及其变化程度。
表4 　腐蚀程度分类标准
工具/ 环境轻微中等严重
CIS ,蓬松潮湿土壤较小的下降,但开关电位高于CP
标准
中等下降,或关电位低于CP 标准大幅度下降,或开关电位低于CP
标准
DCVG,蓬松潮湿土壤较小电压降;当CP 开关时,处于
阴极
中等电压降。当CP 关时,处于中
性
较大电压降,当CP 开关时,处于
阳极
ACVG/ Pearson ,蓬松潮湿土壤较小电压降中等电压降较大电压降
电磁法较低信号损失中等信号损失较高信号损失
交流电衰减法一定长度的管道,衰减较小一定长度的管道,衰减中等一定长度的管道,衰减较大
　　综上所述,除了SY/ T5918 —94 指出是针对石油沥
青外覆盖层的标准,其余均未提出是适合于哪种外覆
盖层的,而国内目前较常使用的外覆盖层种类有:石
油沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末、挤出聚乙烯、3 层
聚乙烯涂层、聚乙烯防腐带、环氧煤沥青等[8 ] ,不同类
型的外覆盖层绝缘电阻值不一样,因此需对分级问题
进行讨论。
3 　分级评价级别的讨论
分级评价的目的是为了更好地把握外覆盖层的
状况,分级评价的原则应科学、合理、可操作性强,还
应结合企业、安全监察部门的需求,更好的为企业、政
府、社会服务。本着这个目的,安全状况等级应进行
如下划分:
(1) Ⅰ级:外覆盖层制造资料齐全,设计、制造、检
验符合有关法规和标准要求;在设计条件下能安全使
用。
(2) Ⅱ级:外覆盖层制造、检验资料不全,设计、制
造、检验质量基本符合有关法规和标准要求。
①新建、大修后的外覆盖层:存在某些不危及安
全且难以纠正的缺陷,但取得设计、使用单位同意,经
检验单位监督检验,出具证书,在设计条件下能安全
使用。
②在用管道外覆盖层:材质、强度、结构基本符合
有关法规和标准要求,存在某些不符合有关规范和标
准的问题和缺陷,经检验单位检验,报告结论为在3～
6 a 的检验周期内和规定的使用条件下能安全使用。
(3) Ⅲ级:外覆盖层设计、制造、检验不符合有关
法规和标准要求及存在其他严重缺陷等问题,但使用
单位采取有效措施,经检验单位检验,可在1～3 a 检
验周期内在限定的条件下使用。
(4) Ⅳ级:缺陷严重,严重危及管道安全运行,应
立即修复。
4 　分级指标的讨论
NACE RP0502 —2002[7 ] 指出,管道外覆盖层的安
全质量状况评价应从间接检测和直接检测两个方面
着手。
4. 1 　间接检测
间接检测评价分级主要是针对不开挖检测结果
　　　　
　第4 期孙敬清等:城市埋地钢质管道外覆盖层安全质量状况分级问题的探讨9　　
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进行的评价,所考虑的指标为绝缘电阻、破损点分布
密度、电流衰减率。这些分级提标具有适用性与可操
作性。
4. 1. 1 　绝缘电阻评级法
对于石油沥青外覆盖层,参照SY/ T5918 —94 ,根
据大量数据分析统计与现场开挖比对,提出了分级指
标,并将5 级改为4 级,见表5。
表5 　绝缘电阻等级划分表Ω/ m2
属性级别M 属性级别M
良1 > 10 000 差3 2 200 < M ≤5 000
可2 5 000 < M ≤10 000 劣4 ≤2 200
　　注:测试方法为AC/ DC 电流衰减技术
4. 1. 2 　破损点分布密度评级法
单位长度上破损点的个数是划分外覆盖层性能
评价级别的参量之一, 城市燃气管道上宜以“处/ 百
米”为单位。相邻的最小距离不超过2 倍管道中心埋
深的2 个破损点宜当作一处。推荐的级别划分见表
6。
表6 　破损点密度分级方法10 - 2处/ m
属性级别P 属性级别P
无1 0 较多3 1 ≤P ≤2
较少2 0 < P < 1 多4 > 2
4. 1. 3 　电流衰减率Y 评级法
采用电流衰减率Y (单位: dB/ m) 评级,具有直观
性,能够有效排除建立Rg 模型所产生的系统误差。
但需要考虑周围环境、管体直径与壁厚等因素,针对
不同地区的条件与管线条件,确定出不同的分级范
围,这也是NACE RP0502 —2002[7 ]的规定。检测时,向
管道加载的电流强度随距离的增加而衰减,在管径、
管材、土壤环境不变的情况下,外覆盖层对地的绝缘
性越好,则电流损失越少,衰减亦越小;反之,若外覆
盖层损坏,如老化、脱落,绝缘性能越差,电流损失越
严重,衰减也越大。因此,根据电流衰减率可以判断
外覆盖层的状况。英国雷迪公司和DYNALOG公司提
出利用Y 值判断外覆盖层质量, 具有一定的适用性。
从理论上分析, Y 值评判外覆盖层质量最直接、最公
正。　　　
针对上海地区的环氧煤沥青外覆盖层,推荐的级
别划分见表7。
表7 　电流衰减率分级方法(环氧煤沥青外覆盖层) 　dB/ m
属性级别Y 属性级别Y
良1 ≥01011 差3 01015 < Y ≤01023
可2 01011 < Y ≤01015 劣4 > 01023
4. 2 　直接检测评定分级
4. 2. 1 　按老化程度分级
外覆盖层的老化程度与其绝缘电阻大小相关联,
需要进行直接检测。参照SY/ T5918 —94 ,评价指标见
表8。
表8 　老化性能评价指标
属性级别状态
无老化1 色泽明亮,粘结力强,无脆化,无龟裂,无剥离
轻度老化2
色泽略暗,粘结力较强,轻度脆化,少见龟裂,无
剥离
明显老化3
色泽暗,粘结力差,发脆,显见龟裂,轻度剥离或
充水
严重老化4 粘结力极差,明显脆化与龟裂,严重剥离或充水
4. 2. 2 　按电火花检测分级
耐击穿电压是表征外覆盖层性能优劣的参量之
一,与外覆盖层的厚度、密实程度(针孔率) 、材料体电
阻率等因素有关。
国家现行行业标准要求在不同的施工阶段,对外
覆盖层要进行多次电火花针孔检测。对于在用埋地
管道外覆盖层,完全采纳安装时要求的检验标准不切
实际,初步拟定:在电火花低于某一门槛值时,进行分
级时需考虑电火花检测电压的影响,而高于该门槛
值,则不予考虑。
4. 2. 3 　按外覆盖层厚度分级
按照外覆盖层质量技术标准,厚度是衡量外覆盖
层性能的必要指标。在分级标准中必须纳入分级指
标。初步拟定采用针对某一门槛值,在此值以下,定
为3 级或4 级,此值以上,不影响定级。这需要查询相
关标准,并进行现场调研。
5 　分级评价方法存在的问题
由上所述,采用直接检测法和间接检测法对外覆
盖层进行分级具有可行性,但尚有下列问题需进一步
研究。主要有以下问题:
(1) 如何确定除石油沥青以外的外覆盖层的绝缘
电阻值级别是该分级方法推广的基本条件。由于不
同的外覆盖层绝缘性能不一样,如新涂敷的3 层PE
的绝缘电阻值≥100 000 Ω·m2 ,环氧粉末的绝缘电阻
值≥50 000 Ω·m2 ,石油沥青的绝缘电阻值≥10 000 Ω·
m2 ,环氧煤沥青的绝缘电阻值≥5 000 Ω·m2 . 因此,在
评价时需要分别确定其级别值,并进行试验证。
(2) 电流衰减率Y 分级的具体数值以及与管道直
径、壁厚之间的关系尚需继续研究。以Y 值作为分级
指标时,可以针对具体管道,根据衰减率大小先开挖1
段或2 段作为参考点,实际确定外覆盖层状况与电位
　　　　
　1　0 Pipeline Technique and Equipment Aug12004　
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衰减率之间的关系,根据外覆盖层的实际状况进行分
级,这样确定的标准只能是一定范围内的相对指标。
为避免管道直径的影响,采用每平方米电流衰减
率作为分级标准,能更准确地反映涂层的状况。
(3) 外覆盖层厚度分级门槛值如何确定,如何与
其他分级指标相结合。由于外覆盖层的厚度对保护
效果影响程度不确定,因此需进一步研究,确定出相
应厚度门槛值。
6 　结束语
通过对城市埋地钢质管道外覆盖层安全质量状
况分级评价现状、分级等级以及分级评价指标进行的
研究,提出了分级级别划分方法,列出了电流衰减法
对石油沥青外覆盖层分级的参数和具体数值,并对分
级尚存的问题进行了探讨。随着管道外覆盖层检测
水平的发展,质量状况分级的标准应尽早完善,这样
不仅对检测有指导意义,也为管理经营者提供可靠的
信息。
参　考　文　献
[1 ] 　张勇. 阴极保护若干基础问题的研究及其在评价管道涂层上的应
用: [硕士学位论文] . 北京:石油大学,1997.
[2 ] 　何仁洋. 我国压力管道的运行维护与检验技术研究. 锅炉压力容
器安全技术,2003 (4) :1 - 4.
[3 ] 　何仁洋,孙敬清. 埋地燃气管道综合检验检测技术研究. 管道技术
与设备,2003 (4) :31 - 33.
[4 ] 　SY/ T5918 —94 　埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术规定.
[5 ] 　奥斯特罗夫A G. 腐蚀控制手册. 王向农,张清玉译. 北京:石油工
业出版社,1988.
[6 ] 　NACE TM0102 —2002 　Measurement of protective coating electrical con2
ductance on underground pipelines.
[7 ] 　NACE RP0502 —2002 　Pipeline external corrosion direct assessment
methodology.
[8 ] 　卢绮敏. 石油工业中的腐蚀与防护. 北京:化学工业出版社,2001.
(上接第7 页)
显。原油中加入的破乳剂浓度越大,实验温度越高,
原油的预脱水率越大。
3. 2 　回掺高温底水预脱水工艺方案实验结果与分析
该方法的实验结果如图3 所示。
图3 　回掺底水预脱水工艺中试实验曲线
高一联原油的油样含水率为42 % ,取油样进站温
度为47 ℃,排放底水样温度为70 ℃. 预脱水温度按油
样进站温度和排放底水样温度的混合比例确定。
从图3 的结果可以看出,当回掺底水1513 %时,
油水比为50∶50 ,原油乳状液呈现出非常稳定的油包
水型(W/ O) 乳状液,在低温状态下很难破乳,预脱水
率几乎为0。当回掺底水3212 %时, 油水比达到
40∶60 ,原油乳状液结构稳定性遭到破坏,由油包水型
(W/ O) 转变为水包油型(O/ W) [3 ] ,随着回掺底水量增
加,其黏度迅速下降,预脱水率也不断增加,从而加快
了油水分离的速度。当回掺底水4912 %时,油水比达
到30 ∶70 , 沉降时间仅为3 h , 其预脱水率达到了
6519 %以上,进一步说明了随着回掺底水量增加,加快
了破坏原油乳状液结构稳定性的速度,使预脱水率也
不断增加,从而加快了油水分离的速度。
预脱水率计算公式为[4 ]
< =
VZ - VD
VO (1 - VD) ×100 % 　　VZ ≥VD
0 　　　　　　　　　　VZ < VD
式中:

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