④ 特殊环境调查
表1 土壤腐蚀性综合评价结果
Tab.1 Comprehensive estimation result of soil corrosivity
测试项目 | 测试点数量 | 测试值范围 | SY/T 0087—95评价结果 | DIN 50929评价结果 |
单项评价 | 综合评价指数B0 |
土壤类型 | 10 | 重壤土4个点，中壤土6个点 | — | Z1：-2～0 | -7～-12(腐蚀～强腐蚀) |
土壤电阻彰(Q·m) | 10 | 25～45 | 中 | Z2：-2 |
土壤含水质量分数/% | 10 | 18～67 | 中～较强 | Z3：-1～0 |
pH值 | 10 | 6.5～7.5 | 弱 | Z4：0 |
中性盐含量/(mol·kg-1) | 10 | 4.23～26.13 | — | Z7：-1～-2 |
硫酸盐含量/(mol·kg-1) | 10 | 4.67～11.78 | — | Z8：-1～-3 |
土壤总盐含量/% | 10 | 0.067～0.210 | 中强 | — |
地下水情况 | 10 | 2处“有”，6处“干湿交替”，2处“无” | — | Z9：0～-2 |
还原菌 | 5 | 3处测试点存在 | — | — |
氧化还原电位/mV | 10 | -105～165 | 较高～强 | — |
腐蚀电流密度/(μA·cm-2) | 10 | 0.98～45.20 | 50%为中～强腐蚀 | — |
管道自然电位(相对铜-饱和硫酸铜参比电极)/V | 19 | -0.55～-0.72 | 强 | — | |
注：B0=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5+Z6+Z7+Z8+Z9，本次检测中未测试Z5(酸碱度)和Z6(硫化物)2项指标。 |
对管道沿线共测试10处直流与交流杂散电流干扰的大小，测试结果表明直流杂散电流干扰程度范围为2.5～4.5 mV/m，交流杂散电流干扰程度范围为4～11 V，属于杂散电流影响程度中等[1]。
⑤ 管道修复、修理及更换
按照防腐层探测检漏仪检测结果，对防腐层缺陷部位开挖复核。对于外防腐层有缺陷的管段，剥离原有沥青防腐层，并采用动力工具除锈至St3级，然后采用RD-6型冷缠胶带防腐(胶带厚度为1.15 mm)，进行8000 V电火花检测。
腐蚀坑深小于20%壁厚的管段，采用补焊的手段增加管道强度，再采用RD-6型冷缠胶带重新防腐。
腐蚀坑深大于等于20%壁厚的管段，更换成PE管。本次共更换42台调压箱之前的DN 25 mm管道约350 m，更换部分腐蚀严重的DN 100 mm管道约20 m。更换为PE管后将减少阴极保护中绝缘法兰的数量，减小阴极保护电流并使腐蚀控制系统更加安全可靠。
本次检测过程中，管道一般的腐蚀坑深为0.2～0.8 mm部分DN 25 mm管道(新管壁厚为3.5 mm)壁厚只剩余1 mm左右，局部腐蚀速率约0.3 mm/a。
⑥ 阴极保护馈电试验
将该小区分为东、西、北3区，在管道阀门处安装绝缘法兰，分别进行馈电试验，采用APM-1型智能测试仪测试保护电位，消除测试过程中由于土壤存在电压降导致的误差[4]。阴极保护馈电试验结果见表2.测试结果表明本小区防腐层绝缘电阻为50～300 Ω·m2，理论上对应阴极保护电流密度为1～10 mA/m2[5、6]，实际试验结果表明保护电流密度为5～10 mA/m2，与理论值基本符合。
表2 阴极保护馈电试验结果
Tab.2 Feeding test result for cathodic protection
区域 | 东区 | 西区 | 北区 |
管道表面积/m2 | 450 | 400 | 150 |
防腐层绝缘电阻/(Ω·m2) | 50～100 | 68～300 | 50～140 |
试验输出电压/V | 25 | 14 | 10 |
试验输出电流/A | 3.5 | 1.8 | 1.2 |
馈电试验电流密度/(mA·m-2) | 7.8 | 4.5 | 7.5 |
保护电位(CSE)/V | -O.95～-1.05 | -1.01～-1.07 | -0.98～-1.04 |
⑦ 阴极保护设计与测试
a. 电流密度。根据绝缘电阻和馈电试验结果，阴极保护电流密度应选择5～10 mA/m2，不同区域选择不同的电流密度。
b. 阳极规格与设计寿命。土壤电阻率范围为25～40 Ω·m，采用单支质量为8 kg和11 kg的镁合金阳极，设计寿命为20年。
c. 测试桩。在合适的地点设置测试桩，以测量阳极的性能参数和保护电位。在测试桩处埋设长效硫酸铜参比电极和同管道材质的测试片。
d. 阴极保护系统参数的确定。根据以上的测试结果，阴极保护系统参数见表3。
e. 阳极性能参数测试。阳极性能参数测试结果见表4。测试中对比2002年、2004年和2006年3次测试结果，各项数据稳定，阴极保护参数符合规范要求。
表3 阴极保护系统参数
Tab.3 Parameters of cathodic protection system
区域 | 东区 | 西区 | 北区 |
馈电试验电流/A | 3.5 | 1.8 | 1.2 |
馈电试验电流密度/(mA·m-2) | 7.8 | 4.5 | 7.5 |
土壤电阻彰(Q·m) | 40 | 35 | 25 |
阳极数量/支 | 99 | 55 | 25 |
单支阳极规格/kg | 8 | 8 | 11 |
测试桩数量/支 | 3 | 1 | 1 |
表4 阳极性能参数测试结果
Tab.4 Test result of anode performance parameters
区域 | 东区 | 西区 | 北区 |
阳极组规格 | 3×8 kg | 3×8 kg | 3×11 kg |
测试时间 | 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 |
保护电位(CSE)/V | -1.25 | -1.18 | -1.15 | -1.27 | -1.22 | -1.20 | -1.26 | -1.20 | -1.20 |
阳极开路电位(CSE)/V | -1.61 | -1.62 | -1.61 | -1.59 | -1.60 | -1.61 | -1.60 | -1.59 | -1.60 |
阳极组输出电流/mA | 110 | 100 | 105 | 105 | 98 | 95 | 120 | 110 | 120 |
测试片自然电位(CSE)/V | -0.67 | -0.70 | -0.68 | -0.64 | -0.62 | -0.61 | -0.57 | -0.60 | -0.62 |
3 结论
① 该小区中压在役管网改造是成功的。经过对中压在役管网的修复、修理及更换，部分腐蚀严重的管道得到更换，阴极保护的设计与施工符合现行标准规定，预计该系统寿命大于25年。
② 保护电流密度与防腐层的选择、施工质量有密切关系。在新管道建设时，一定要严格执行现行标准，对每一环节进行质量控制。防腐层施工质量直接影响管道腐蚀速度与阴极保护电流密度。
③ 对于部分防腐层施工质量非常差的埋地燃气钢质管网，应及时补充增加阴极保护措施。阴极保护方案的选择必须依靠实际的检测结果确定，应采用多种测试方法以确定阴极保护电流密度的大小，避免因阴极保护电流密度选择不当而导致阴极保护系统失效。
④ 对于壁厚为3.5 mm的中压钢质在役燃气管网，建议逐步更换为PE管，以减少腐蚀穿孔的风险。
⑤ 本项目的改造技术与经验可运用于在役燃气低压、中压、高压钢质管网腐蚀防护项目。
参考文献：
[1] SY/T 0087—95，钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准[S].
[2] DIN 50929-3：1985，金属腐蚀：在外部腐蚀条件下金属材料的腐蚀概率：在土壤和水中的管道和构件[S].
[3] 张文奇.金属腐蚀手册[M].上海：上海科学技术出
[4] 胡士信，葛艾天，何悟忠，等.埋地钢质管道阴极保护真实电位的测量技术[J].腐蚀与防护，2005，26(7)：297-301.
[5] (德)贝克曼W V，施文克W，普林兹W(著)，胡士信，王向农，徐快(译).阴极保护手册电化学保护的理论与实践[M].北京：化学工业出版社，2005.
[6] 胡士信，徐快，孟宪级.阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版社，1999.
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