淶源縣城鎮燃氣中壓管網陰極保護調查研究及整改評價

劉子洋 孫長富 郭彥明 王翔東 于海昆 劉兆鵬 劉曉龍

（青島鋼研納克檢測防護技術有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

城鎮燃氣管網是指自門站至用戶的全部設施構成的系統，包括門站或氣源廠壓縮機站、儲氣設施、調壓裝置、輸配管道、計量裝置、管理設施、監控系統等組成。相比其他的系統，輸配管道由于多地采用地下埋設的方式鋪設，巡檢人員無法直觀的發現埋地管道正在發生的破壞，因此埋地管道的安全問題越來越引起運營管理單位的關注[1]。

淶源縣中壓管網陰極保護工程建設至今已有8年，目前陰極保護電位大部分不滿足國家相關標準的要求，本次陰極保護范圍為絕緣裝置外所有埋地鋼質燃氣中壓管線，部分管道現已投入使用8年，管道采用3PE外防腐層與陰極保護聯合保護方式，陰極保護采用犧牲陽極保護法，管線共設置陰極保護測試樁30處，經現場檢測部分管段陰極保護電位存在未達標現象。淶源縣中壓管網沿線人口較密集，安全要求較高，一旦燃氣管道出現腐蝕穿孔破裂，不僅會引起爆炸、火災、人身傷亡等災難性事故，還可能由于大面積停氣。因此，對管網的運營和施工作業提出了更高的要求。

對于埋地管網進行陰極保護設計及作業時要求管線防腐層質量必須達到有關行業技術標準（如涂層面電阻率必須大于10000 ?.m2等），陰極保護系統的電絕緣設施安全可靠。同時也必須對所敷設管道周圍土壤腐蝕性、雜散電流情況、管道防腐層狀況進行詳細的勘測研究，最后再做出科學合理的設計，并嚴格按照有關設計文件和行業標準施工，以使陰極保護充分發揮作用。

而對于要進行陰極保護整改的大多數在役管網情況要復雜的多，首先埋地管道經多年服役后涂層狀況發生了很大變化，如針孔和露鐵點增多擴大，涂層開裂、起翹、溶脹、粉化等，以及粘結力和附著力下降，這些都導致涂敷層綜合防腐蝕性能下降。因而陰極保護設計時，必須對現狀管道的涂層面電阻率進行實際測定，或進行電流需要量實驗，以精確確定陰極保護所需的保護電流密度；其次，對于沒有施加陰極保護的現狀管線，過去一般不會考慮管道的電絕緣問題。而陰極保護要求必須將被保護管段與非保護管段或其它金屬構筑物實現可靠的電絕緣，確保施加的保護電流限定在被保護管段，避免不必要的電流漏失，保證管道達到規定的保護電位范圍[2,3]。

1 檢測內容及結果分析

針對淶源縣中壓管網陰極保護系統系統性檢測，本次檢測以GB 21448-2018《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》[4]和GB 21246-2020《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》[5]為依據，重點檢測如下內容：

（1）陰極保護電位測量：通電電位，斷電電位；

（2）犧牲陽極有效性檢測：陽極開路電位，陽極輸出電流；

（3）應用漏電率檢測法對部分電位不達標管段電流走向進行測定，從而測量出分支管道是否絕緣；

通過系統地檢測，匯總各測試點陰保檢測數據如表1所示。

表1 各測點測試結果

表1（續）

通過對全線30處陰保測點斷電電位進行測試，可以發現共有19處測點（藍色標記）陰保電位不達標，其中濱湖一期酒店側面測試點疑似管道線斷裂，無法測量管道電位信息。

同時，對部分測點犧牲陽極開路電位及輸出電流進行測試，陽極開路電位均正常，保護不達標測點犧牲陽極輸出電流較大基本在30mA以上（陰極保護系統合格的陽極輸出電流為10～20mA），造成犧牲陽極消耗過快，為了滿足陰極保護系統設計和服役年限的需要，需對原有陰極保護系統陽極消耗進行補充。

此外，本次檢測還利用DM發射機對中醫院西墻、福源盛景路北和東購物口4處電位不達標測點進行電流走向檢測。其原理在于DM發射機將含有近于直流的超低頻信號電流（3Hz，4Hz）、管線定位電流（98Hz，128Hz，512Hz，640Hz），絕緣故障定位電流（6Hz，8Hz）等多種頻率的混頻電流信號施加于目標管道上，混頻電流沿著目標管道與大地構成電流回路傳播，可通過接受機在管道上方接收管道電流，跟蹤電流流向，電流在管道絕緣接頭處被阻隔，從而可以判斷管道絕緣情況[6,7]。檢測發現，在中醫院附近分支管道分走了大量的電流，造成友和嘉苑對面、福源盛景路北、中醫院西墻這幾處測點電位不達標。東購門口的分支管道分走部分電流，造成該測點電位不達標，源容源北絕緣接頭接線錯誤導致絕緣接頭跨接，電流流向小區。

2 治理措施分析及實施

綜合系統地采集管道信息，分析現有的測試結果，發現管道陰保電位不達標主要由以下兩方面原因：

首先，管道的電絕緣情況，主管道與部分支線管道間無電絕緣，主管道陰保電流大量流失，造成陰保電位不達標。需要對主管道與支線的絕緣情況進行全面系統排查，對無絕緣的支線管道采取絕緣改造措施。

其次，部分管段陽極數量不足以提供足夠的保護電流保護管道，需要綜合評估被保護管道的防腐層質量，現有陽極數量保護有效性。

綜合以上兩方面問題，制定了針對性的整改措施及實施方案。

第一步：管道防腐層系統性檢測及絕緣有效性評估。

對管道防腐層進行全面評估，包括防腐層質量檢測、防腐層破損點定位、管道路由埋深檢測等。通過評估防腐層質量為后續陽極增補提供電流密度取值依據。

對主管道與支線的絕緣情況進行全面評估，判斷是否加裝有絕緣接頭并評估絕緣有效性，為后續絕緣整改提供依據。

第二步：絕緣裝置整改。

絕緣裝置整改有加裝絕緣接頭和絕緣法蘭改造兩種方法。

其中絕緣接頭整體直埋，具有壓力等級高，壽命長，免維護等特點，但施工需停氣動火，協調及施工難度相對較大。絕緣法蘭改造主要針對支線入戶調壓箱的法蘭進行絕緣改造，法蘭絕緣改造相對簡單，無需停氣動火，成本較低，但后期法蘭維護過程中容易對絕緣墊片造成損壞，影響絕緣效果，需定期檢測維護。

綜合以上兩種方案，建議對工業用戶采用加裝絕緣接頭的措施（工業用戶停氣影響相對較小）；居民用戶建議對調壓箱法蘭進行絕緣改造。另外部分管線上焊接有接地扁鐵，也會造成保護電流的部分流失，需排查斷開管線上的接地扁鐵。

加裝絕緣接頭的管段，需設置絕緣接頭測試井，并設置絕緣接頭保護裝置（可采用埋地式火花間隙）。

第三步：陰極保護追加

管道絕緣改造完成后，對全線陰保電位進行測試，對電位仍不達標的管段進行陰極保護追加，由于管道前期陰極保護采用鎂合金犧牲陽極，建議對未達標管道仍采用犧牲陽極補加，可利用現有陰保測試樁或追加的絕緣接頭測試樁實現陽極安裝，協調及開挖工作相對較小，且無需動火作業。

3 整改效果評價

通過對管道防腐層漏點檢測，共計發現5處，隨后對管道進行開挖修復，對管道加裝絕緣接頭兩處，設置絕緣接頭測試井，并設置絕緣接頭保護裝置（采用埋地式火花間隙），放置14Kg的鎂合金犧牲陽極32支，共計加裝8處，對一處測試樁斷線處進行開挖整改。

整改完成后對陰極保護電位及DM電流走向重新檢測，如表2所示，管道全線陰保電位合格，斷電電位達到-0.85～-1.2V的標準區間。

表2 各測點測試結果

表2（續）

4 結語

通過對淶源縣城鎮燃氣中壓管網陰極保護存在問題進行系統地調查研究，總結出管道中壓管網陰保不達標的常見問題，并對該問題提出了解決方案。通過對中壓管道防腐層系統性檢測及絕緣有效性評估、絕緣裝置整改和陰極保護追加等措施進行淶源縣城鎮燃氣中壓管網整改，解決了中壓管網陰保不達標問題，確保了燃氣管網的平穩運行。