淺談杭州燃氣鋼質管道陰保測試樁管理與維護

楊國華(杭州市燃氣集團有限公司，浙江 杭州 310017）

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淺談杭州燃氣鋼質管道陰保測試樁管理與維護

楊國華
(杭州市燃氣集團有限公司，浙江 杭州 310017）

摘 要：對杭州市鋼質燃氣管道陰保測試樁進行了系統普查，并分析了造成測試樁完好率不高的原因，提出了相應的應對措施，取得了一定的效果，在實際應用中具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：鋼質管道 腐蝕 測試樁

0 概述

金屬腐蝕廣泛的存在于我們的生活中, 國外統計結果顯示,各國因腐蝕造成的經濟損失已占各國國民生產總值的1%～5%。根據資料統計，我國的年腐蝕損失為5000多億元人民幣,年腐蝕損失約占GNP 的6%[1]。針對天然氣行業的腐蝕情況，《中國腐蝕調查報告》也進行了調查，以鄭州燃氣有限公司的腐蝕情況為例，1999年該公司對800多千米的庭院天然氣管網檢測中發現露鐵點20000多個，漏氣點200多個（絕大多數屬于腐蝕穿孔）。腐蝕不僅造成了資源的極大浪費，甚至還造成大量有用有毒物質的泄漏、爆炸，以及大規模的環境污染等，更有甚者一些腐蝕破壞事故還造成了人員傷亡等如2012年7月8日，鞍山DN500中壓燃氣管道腐蝕穿孔造成泄漏爆炸，致中長鐵路上行停運2小時，下行停運1小時；2013年11月22日，中石化青島東黃輸油管道因腐蝕造成泄漏爆炸，致使62人遇難，136受傷，直接經濟損失7.5億元。

國內燃氣行業發展到現在，管道材質由原先的鑄鐵管、鋼管逐漸向PE管改進，但由于PE管存在大口徑難熱熔等問題，目前杭州主城區管網仍有40%的管道為鋼管材質。現今，埋地鋼管的腐蝕控制采用防腐層+陰極保護的組合形式[2]，其中防腐層的狀況可以通過測量防腐層的絕緣電阻率來評價，陰極保護的狀況可以通過測量陰極保護電位來評價。而陰極保護電位的測量是通過與鋼管相連的測試樁進行的。正確的測量鋼質管道的管/地電位有3種意義[3]：①未施加陰極保護的管/地電位是衡量土壤腐蝕性的一個參數；②施加陰極保護的管/地電位是判斷陰極保護程度的一個重要參數；③當有干擾時，管/地電位的變化是判斷干擾程度的重要指標。可見陰保測試樁是陰極保護系統的重要組成部分，對判斷埋地鋼管的陰極保護效果起到至關重要的作用。

1 杭州燃氣鋼質管道陰保測試樁現狀及分析

杭州市現有埋地燃氣管道3558.4 km，其中中壓A鋼管779.743 km，中壓B鋼管305.531 km，低壓鋼管約500 km，綜合測試樁2021個，電位測試樁626個。在日常檢測中，我們發現部分測試樁存在著埋失如圖1所示、破損如圖2所示、氧化失效以及其他等等多種問題如圖3所示。

圖1 測試樁埋失

圖2 測試樁井蓋缺失、破損

圖3 氧化、埋深太深

因部分測試樁存在問題，在陰保電位測量過程中近35%的數據是通過閥門井測量所得，由于便攜式參比電極放于閥井內壁或電阻率較大的水泥、瀝青路面上，使測量的陰保電位存在一定的誤差，使測量的陰保電位存在偏差，影響著我們對埋地燃氣鋼管陰保狀態真實情況的判斷，致使管道存在腐蝕泄漏的隱患。

對此，杭州燃氣2013年起有針對性地對全市2600余只埋地燃氣管網測試樁進行了普查，重點調查了江干區1012只陰保測試樁，其中綜合測試樁782只，電位測試樁230只，分別占總測試樁的比例為77.3%和22.7%。對1012只測試樁調查結果數據統計發現：完好測試樁718只，完好率為70.9%。存在破損或腐蝕等問題的測試樁294只，占總數的29.1%。其中，破損（埋失）測試樁132只，腐蝕測試樁106只，分別占問題測試樁的44.9%和36.1%。調查過程中還發現測試樁倒伏、水泥澆筑、 測試樁內有水等問題（見表1 問題測試樁統計）。

表1 問題測試樁統計

通過表1我們發現，影響測試樁的完好率的主要有兩個方面，一是測試樁破損（埋失）；二是測試樁腐蝕。對此，杭州燃氣根據杭州市埋地燃氣管網所在區域分布情況結合陰保測試樁的自身因素，日常維保，外界影響等多方面，對影響陰保測試樁存在問題兩種情況進行了深入分析，發現測試樁所用銅片在杭州高溫高濕環境中容易腐蝕造成了測試樁不可用，另一個方面測試樁破損（埋失）主要是由于第三方施工建設造成的。

1.1 測試樁腐蝕原因分析

杭州燃氣發現測試樁材料的腐蝕問題主要集中在電路板和連接導線氧化腐蝕兩個方面。其中電路板氧化腐蝕主要是因為測試樁銅片及接線柱為黃銅材質，綜合曹楚南《中國材料的自然環境腐蝕》[M]、吳軍等《紫銅T2和黃銅H62在在熱帶海洋大氣環境中的早期腐蝕行為》[J]、李勇等《黃銅脫鋅腐蝕的研究進展》[J]及崔中雨等《在西沙嚴酷海洋大氣環境下紫銅和黃銅的腐蝕行為》[J]等專著或文獻的研究，紫銅（銅含量≥99%）與黃銅（Cu 61.56、Zn 38.43 和 Pb 0.006）的潮濕環境中均會發生氧化腐蝕，在表面生成腐蝕產物“銅綠”，但紫銅表面發生的腐蝕為均勻腐蝕，腐蝕產物腐蝕產物由內層致密的 Cu2O 及外層的 Cu2Cl(OH)3組成，而黃銅發生的為脫鋅腐蝕，腐蝕產物主要為ZnO 和Zn5(OH)8Cl22H2O，腐蝕產物層下的基體為20～50μm 厚度不等的脫鋅層，鋅的選擇性溶解使得富銅相與富鋅相之間產生了縫隙和裂紋。這種縫隙和裂紋的形成使得材料表面更容易受到進一步的腐蝕，使得黃銅脫鋅進一步向材料深處擴展，嚴重的會腐蝕穿孔。圖4、圖5為紫銅與黃銅的腐蝕形貌[4]。

圖4 紫銅的腐蝕形貌圖

圖5 黃銅的腐蝕形貌（有裂紋）

圖6 紫銅、黃銅的腐蝕速率對比圖[5]

同時，根據崔中雨等的研究在高溫、高濕的大氣環境中黃銅的腐蝕速率為5.90 μm/a，大于紫銅的腐蝕速率5.88μm/a。杭州市的地下水位偏高，平均在1.2m左右，土壤潮濕，雨水較多，年平均降雨量1435mm，平均相對濕度為76%，，結合紫銅、黃銅的腐蝕速率對比如圖6所示，我們確定杭州的海洋性氣候、溫度及濕度高的特點造成黃銅容易腐蝕。

1.2 測試樁破損（埋失）原因分析

隨著杭州城市的快速發展，特別是地鐵站點、秋石三期、紫之隧道等大型工程的相繼開工建設，第三方施工建設給測試樁的完好帶來了巨大的壓力。根據數據統計，在132只破損（埋失）的測試樁中，由第三方施工建設造成破損（埋失）101只，占比76.5%，其中破損71只，埋失30只。部分第三方施工單位在未及時通知燃氣公司的情況下盲目野蠻施工，造成測試樁埋失破損，等巡檢發現時，為時已晚。

2 應對措施

2.1 測試樁腐蝕問題的維修

（1）根據紫銅與黃銅的腐蝕速率分析，杭州燃氣在部分測試樁上用紫銅片試驗性替換黃銅片，如圖7、圖8所示；

（2）一些埋設時間較早的測試樁所用測試線為簡單的單層聚乙烯線，易滲水腐蝕。參考GB T 21448-2008 《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》中的規定，將測試樁的陰極線更換為4mm2雙層聚乙烯線，陽極線更換為16mm2雙層聚乙烯線，如圖9所示；（3）將綠化帶及小區內的埋入式測試樁更換為露出式不銹鋼測試樁，露出式不銹鋼測試樁顏色選用醒目的黃色，露出地面70cm。由于杭州地下水位偏高，環境潮濕，埋入式測試樁易遭受腐蝕，且巡查時不易被發現，而露出式測試樁將原先埋設于路面之下的測試樁元件整體抬升至地面以上，脫離了潮濕土壤和地下水的接觸，腐蝕的速率會大大減緩，具有醒目，不易腐蝕的優勢。

圖7 更換前（黃銅片）

圖8 更換后（紫銅片）

圖9 維修前、后的測試線

2.2 改善針對第三方施工的處理機制

隨著城市的快速的發展，第三方施工建設往往容易造成測試樁的破損或埋失，而且第三方施工不僅僅只對燃氣設施產生影響，對所有地下管線行業來說都是一個棘手的難題。針對此種情況，杭州燃氣通過2個方面改善對第三方施工造成測試樁損壞（被埋）的處理機制：

（1）在第三方施工前，由巡檢班人員利用PDA手機巡檢系統定位測試樁位置，如圖10所示；

圖10 測試樁定位圖（綠色圓點）

并在現場與施工人員進行確認，告知施工時應注意的事項，發放簽收安全告知書，提醒辦理監護手續。施工過程中，巡護人員加強施工地段的監護，發現測試樁損壞或埋失的，及時制止，并通過PDA手機上傳巡檢系統，最后再安排具有資質的施工單位對測試樁進行維修；

（2）測試樁分布范圍廣，巡檢人員有時對部分遭第三方破壞的測試樁無法及時發現。杭州燃氣借鑒調壓器數據遠傳監控的方法，并結合實際情況對陰保遠傳系統首次增設了預警裝置（圖11）所示；

圖11 陰保遠傳系統

遠傳裝置采集測試樁的各項數據，每隔五min通過GPRS網絡向用戶終端傳送，客戶端能實時查看所測得的陰保電位數據。當測試樁被第三方破壞后數據傳輸終止，服務器30min未收到傳輸數據后，會及時進行報警，向負責人員及時發送報警信息，便于巡護人員到現場查看，制訂處置措施。

3 結論與下步計劃

3.1 結論

通過以上措施，杭州燃氣陰保測試樁的完好率由以前的70.9%上升至86.9%，其中第三方施工造成測試樁的破損（埋失）率較近三年3%左右，大幅下降至1.58%，如圖12所示；

圖12 歷年第三方施工造成測試樁破損（埋失）情況

圖13 近三年搶修統計

提高測試樁的完好率可以有效的提高對燃氣鋼管腐蝕現狀的判斷，幫助公司盡早的采取措施預防事故的發生，將事后管理變為事前預防，減少搶修的頻率。從圖13中可以看出2012年及2013年，因腐蝕引起的搶修均達到10次以上，2014年測試樁維修后，加強了陰極保護測試樁的維護，提高了檢測數據的準確性，杭州燃氣能夠根據測得的數據及時準確的判斷埋地管線防腐層的優劣，提前采取相應的措施，避免腐蝕穿孔造成的搶修，2014年全年因腐蝕引起的搶修僅為5次。

3.2 下步計劃

（1）杭州燃氣在2015年將繼續跟蹤調查在江干區已更換的測試紫銅片的腐蝕情況，與其它未更換的黃銅片進行對比分析，分析紫銅片與黃銅片各自的腐蝕時效，驗證施的準確性，以決定下一步是否對全杭州市的測試樁黃銅測試片進行更換；

（2）在今后繼續跟蹤在陰極保護遠傳系統上增加的埋失報警功能使用情況，分析是否存在系統漏洞，經確認系統完善后，將分批次逐步擴大到全杭州市埋地燃氣鋼管測試樁安裝試用；

（3）針對測試樁埋失后無法定位查找，只能補加測試樁的現象，杭州燃氣擬借鑒CJJ/T153-2010《城鎮燃氣標志標準》中涉及的利用電子信息標識器標識地下管線的方法，在拱墅區選取20個測試樁埋設普通電子標識器進行埋失、查找試驗，試驗成功后將在新建管線測試樁中埋設該電子標識器；

參考文獻

[1]柯偉.中國腐蝕調查報告［M］.北京：化學工業出版社，2003: 2-5.

[2]CJJ95-2013,城鎮燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規程[S],2013.

[3]胡士信．陰極保護工程手冊［M］．北京：化學工業出版社，1999：194．

[4] 崔中雨,肖葵,董超芳等.西沙嚴酷海洋大氣環境下紫銅和黃銅的腐蝕行為[J].中國有色金屬學報，2013,23(3)：742-749．

[5] 曹楚南.中國材料的自然環境腐蝕［M］．北京：化學工業出版社，2005: 124．

中圖分類號：TU 996

文獻標識碼：A

DOI：10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.04.015.04

作者簡介：楊國華（1961-），男，浙江杭州人，工程師，本科，從事燃氣設備設施安全技術管理工作。

Discussion on the Management and Maintenance of Hangzhou Gas steel pipeline's cathodic protection test post

YANG Guo-hua
(Hangzhou Gas Group Co., Ltd.Hangzhou 310017, China)

Abstract：This paper has systematically surveyed the cathodic protection test posts of Hangzhou steel gas pipeline, and analyzed the reasons for the low rate of the test post's integrity, put forward the corresponding countermeasures, and achieved some results, having some reference in the practical application effect.

Keywords:steel pipe; corrosion; test post