防腐蚀技术在北京市天然气埋地钢质管道中的推广和应用.doc

防腐蚀技术在北京市天然气埋地钢质管道中的推广和应用徐达 刘颖李夏喜 吴国荣 颜丹平 冯军北京市天然气公司北京100011摘要本文深入分析了北京市天然气钢质管道腐蚀的原因，系统介绍r我公司为f避免管道发生腐蚀穿 孔事故、提高管网运行的安全性、延长管阿使用寿命，针对北京市天然气管道的腐蚀特点所推广和应用的 多种防腐技术措施及取得的效果。(主题词天然气管道腐蚀原因防腐蚀技术阴极保护刖舀随着城市现代化建设的发展，城市地下管道迅速增多各种管线纵横交错。这些管道埋设于地下， 长期受到外部土壤和内韶介质的强烈腐蚀而经常发生腐蚀泄漏事故，常精导致管道设备非计划性检修、更 换和工业非计划停产造成，巨大的直接和间接的经济损失。据统计，一个工业发达固家，每年由于金属 腐蚀的直接损失，就占国民经济总产值的4。为丁确保城市供水、供气、供油的安全，城市地下管道的 腐蚀及防护问题已经受到国际上的普遍重桃。自1987年成立北京市天然气公司以来天然气事业在首都北京得到迅速发展。北京市天然气公司目 前已拥有2100多公里的高、中、低压天然气管道。部分在役管道已进入腐蚀事故多发期。如：1996年， 学院路、第二外国语大学两段中压管道出现电化学腐蚀穿孔泄漏；1997年，亚运村、中央党校等地区的 中、低压管道发生电化学腐蚀泄漏穿孔：1998年，小关北路、高澜大厦一酒仙桥调压站天然气中压管道 多处拄生电化学腐蚀穿孔泄漏。北京市天然气管道腐蚀穿孔泄漏技生率逐年呈上升趋势，是影响管网安全 运行的主要危害之一。我公司为了避免管道发生腐蚀穿孔事故、提高管网运行的安全性、延长管6j使用寿命对北京市天 然气管道的腐蚀原因进行了广泛而深入的调研工作，针对管道腐蚀特点，推广和应用了多种防腐新技术， 取得了良好的效果。一、北京市天然气管道腐蚀与防护现状的调研(一)北京市天然气管道腐蚀现状调研统计 为了掌握北京市天然气管道的腐蚀状况保障安全生产，减少泄漏事故和舞源流失，坚持“安全第一预防为主”的原则我公司子1994年一1996年组织了以防腐专业技术人员为主体的调研队伍，对北 京市天然气现有地下管道进行了抽样调查。调查范离花北京市东、南、西、北、中选取11个有代表性的 小区和3条主干线批100公里进行现场挖掘、测定泺层现状，观察、分析管道机体的腐蚀现状，分析管道 腐蚀产物。涌奁结果统计如下：1、涂患颜色：通过调查分析发现聚乙烯夹克能保持长时间的光泽，不易老化：巧氧煤沥青滁层运行5 年内少部分变得灰暗，运行5年以上的大部分黼色灰碴；沥青玻璃布涂层颜色基本呈灰暗色，明显出 现老化另外，同一种涂层在粘土、糟壤土中容易变色在沙土、沙壤土中不易变色。2、涂层完整性：80个坑的抽样调查结果表明馀层完整性处于“完好”级的14个+占175；发生“轻 微变形的33个，占“；发生“变形”的26个，占325；发生“破裂损坏”的7个；占93，涂层厚度：按照国筠标准评定，85以上的综层厚度足合格的但是，由于涂层老化和施工质量问题， 约有12的稍薄，另3 9太薄 此3的涂层完全不合格。4、牯结力：将管道涂足用小刀割开舌形切口，用力撕切口的防腐层不易撕开且破口处的管面仍为漆膜覆盖的为合格：较易撕；：管面仍为漆膜覆盖，为基本合格；容易撕开，管面几乎无漆膜覆盖，为不合格。 调查结果表明：台备的19个占24；基本合格的29个，占35：不合格的_j2个，占405、绝缘电阻率：首先用乜火花检漏仪梭侧涂层针孔，测定涂层的漏电电压级别。然后选择代表点做包覆 试验，测定计算现有涂是的绝缘电阻事。调蠢结果是：耐击穿电压p15KV的58处，占725，泺层针孔 根多：l5KV击穿电压(jOKV的14处，占17 5：5 OKV击穿电压(=300KV的8处，占lo20个包覆试验测t：结果是：绝缘电阻率大于lOO酞乎方米的6处，占30；小于或等于1(30欧平方米的14处，占706、管道机体腐蚀状况：蛆过现场讽查表明，所调查区域的管道普遍存在点蚀和局部腐蚀；由于涂按破坏 而出现大面积漏铁的管道腐蚀相当严重：清华小医6号调查点。测得腐蚀坑直径达080cm第二外国 语大学1号探坑中管道肮蚀深度遮0 52cm。发生腐蚀的部位主要在管道的侧下部，雇蚀产物呈棕黄色。 管道周围杂散电流大的区j Z，发现腐蚀坑普遍较深。(二)管道腐蚀穿孔典型案咧 近几年北京市天然气占网中局部管p(如：第二外国语学院中压干线、燕莎地区中压干线等)发生了严重的腐蚀穿孔泄漏事觑。个别管段(细：学院路中压干线)连续三年出现腐蚀穿孔泄漏。发生泄漏的 管道虽然是在局部地区，赴是究其原因，具有一定的代表性。燕莎地区长约1180米的中压管道泄漏是 比较典型的电化学腐蚀穿彳l泄漏事故，下面作详细解析：1、管道基本情况 管道参数：从管道外观琮层观察发现现有滁层有不同程度的损伤，局部管道涂层失去保护作用，涂层现有厚度不均匀。通过超声测厚仪进行管道壁厚测量发现现有管道壁厚为6 370之间说明壁厚已有减薄。2、环墙因素 现场调研的地点共有四虹，分别在A、2I吐纪剧院南250米路东：B、21世纪饭店；C、高澜大厦东100米：D、高澜大厦东200米。土壤电阻率为12 56203欧米含水量平均值为19 30，古盐量平均值为L 15，pH值平均值为8 25。现场测得杂散电流情况萄北走向为O 60一5 OOmvm，东西走向为0 200 56mvm3、管道腐蚀情况东苑公寓段约700米管线开挖后发现管线腐蚀严重，全线出现20多处大小不一的穿孔泄漏，其中在不足【0米范围内便有凹处典型穿孔二、北京市天然气管线腐蚀危害及原因分析调查数据和分析结果清楚地查明，北京市天然气管道主要采用了三种管道防腐层，即：十沥青玻璃布 涂层t环氧煤沥青涂层+低密度聚乙烯溶层(绿央克)调查过程中发现涂屡的防腐效果出现了系列 的问题，甚至有的闷题已相当严重。例如：在所调查测量的区域内大部分管道涂层表面已产生了定程 度的变形个是n地区的管道涂层已发生严重破损，且使基底管道金属表面遭受到一定程度的士壤腐蚀和杂敞电流腐蚀特别是309医院小区和第二外国语学院小区r涂层破损严重，存在管道穿孔泄漏的危险， 管道涂层粘结力(附着力)是保证涂层防腐蚀功能的重要基础性能之一。在所调查测量的管段上，涂层一管道粘结力夫多数为不台格这种涂层如遇老化破损，管道金属将直接遭受土壤腐蚀：特别是涂层 起翘处，将产生闭塞性缝隙腐蚀，这种缝隙腐蚀将以比均匀全面腐蚀快得多的速度发展，极易导致管道穿 孔泄漏管道涂层的绝缘电阻率足评价涂层整体绝缘性能的重要指标。所调齑测量的管道在电火花检漏时， 其放电电压多数低于l5KV，泺层针7L较多：采用包覆试验获得的馀层面电阻率仅为4-180欧平方米， 电阻率很低涂层绝缘性能很差。这样的涂层易老化破损，对土壤腐蚀和杂散电流腐蚀敏感，管道腐蚀穿 孔泄漏的可能性较大。在被调查的多数地区中，撕开涂层后发现管道表面已严重腐蚀，腐蚀类型以点蚀、坑蚀和瓒疡腐蚀 为主也育发生金属变色和韧始麻点的状况，腐蚀产物多数为棕色a通过案例事故的数据分析，管道发生穿孔泄漏事故的原因主要有三个，一、管道沿线地下水位高，七 壤腐蚀性强二、管道沿线杂散电流大，且非常不规则尤其是直流电干扰强，三、涂层老化严重所测管 段的涂层面电阻率均在t000欧平方米以下目此，管道涂层破损或剥离处，极易导致固杂散屯流起的快 速宏电池腐蚀使管道发生多处腐蚀穿孔泄漏。学院路中压管道三年连缕泄漏事故通过现场观察、测试和实验室土壤理化性能分析，主要原因可 归纳为：A、局部管道(约20cm)没有舫腐滁层，造成典型的刀刃型腐蚀穿孔破坏。这种腐蚀彤态，主要 是由于管道没有防腐层的保护，除点蚀位置发生电化学溶解外，其下方也以很快的连度进行电解，B、土 壤腐蚀性属中强。C、局部管段所处位置杂散电流较大。D、管道沿线土壤差异较大，在北京医科大学西门 肓约40米处，发现管道周围质完全不同该处南是同填土，北是粘(基本上是原土)、土壤的明显差 异，是导致宏电池发生的主要原因之一。综合以上调盎分析结果，将管道腐蚀主要原因归纳为以下几个方面：(1)直接原因l、潆最的施工质量问题通过调查发现，管道运行几年涂层就出现凹凸不平，粘结力大部分不合播，甚至|二下两层皮，这说 明部分管道涂层施工质量本身不符台规范。2、管道在施工过程中遭到损伤 管道运输过程中极少部分涂层被刮伤。妇：北京科技大学小区、309医院小区和机场干线，发现涂层有不同程度的刮伤。同时发现，清华大学小匡和北方交通大学小区的管道存在披石块、泥块或坛片损伤的现象破损点容易导致管道发生电化学腐蚀穿孔泄漏。3、局部地区土壤干燥收缩奉高某些区域土壤的干燥收缩牢非常高而使其产生扭曲应力加于管道浓层上。使凉层产生裂纹或剥离。 第二外国语学院操坪东侧的探坑中发现管道涂层存在许多裂纹，大面积滁层剥离其主要原阕之一 是该处土壤比较干燥，收缩率很高造成强应力所至。4、局部地区目绕管线的壤腐虫性严重，造成微电池腐蚀。5、管道安装后，其它工程的施工而造成管道的涂层局部破损6、杂散电流的作用7，因管线沿线土壤类型的差异而导致宏屯池腐蚀【z)间接原因1、缺乏行业规范。国内还没有专门宰f对水、气、热地下管道的赜蕊标准一般是参考石油部的标准进行骑腐设计这 些标准不能完全满足城f地下管道防腐的需要2、防腐设计i；够掌管道防腐蚀设计是一个系统工程问题腐蚀泄漏事故大多数发生在土壤或管内介质腐蚀性严重、杂 散电流比较强的特殊区、段我国对地下管道的防腐设计，存在对管道外部环境和内介质的腐蚀性了解不 透、考虑不周的弱点，翘往使相同类型的管道防腐方案过于统一，玎：能凼地制宜、科学设计。3、管道防腐质控技。，和手段有待于提高国内的地下管道肪质控弱点主要表现在：一、是缺乏必要的舫弱检测手段和仅器设备；二、是执行防腐规范不够严格；三 质控不到位，睦有些施：水平低、责任性差的施工单位钻了空子4、缺乏必要的日常“护工作地下管道一旦施工：毕通过验收后，很少有汁划地检测管道涂屡和自身的腐蚀状况，只有在发生腐蚀泄漏时，才蜘忙进行，磬补，咀保管道继续安全运行。这种管理方式显然十分被动5、缺乏专业化防腐扭术队伍管道防腐蚀工程从设r、施工到运行管理足环环相扣、紧密相连的工作只有公司内部专门的防腐机 构来严格执行防腐规范和防腐管理规程才能取得较好的效果而我们的现状是管道防腐蚀设计和施工质量 得不到有力的保障无专J】的机构和防腐拉术人员进行日常管理三、加强北京市天然气管网防腐工作的措施北京市天然气公司通过大量的管道防腐调研工作，全面总结了正反两方面的经验教训，充分认识到： 应用管道防腐新技术，加强防腐管理工作，是提高管道安垒性减少腐蚀泄漏事故，延长管道寿命的重要 手段近几年我公司在加弛t北京市天然气管网防腐方面主要开展了以下几方面的工作。 t一)建立一支专业化防腐【程技术队伍1998年初，北京市天然气管网所成立了防腐室配备了专业技术人员，具体实施管道防腐工程质量 检测、防腐日常管理维护作，公司还专门拨出经费，组织防腐科研攻关小组和防腐新技术的推广应用工 作。截IV_至il 1999年5月底组织实施了85段麸200多公里的北京市天然气高中压新旧管道的阴极保护工 作，防腐技术人员对阴极侨护前期调研、设计、施工质量检查和验收等各个环节按有关规范进行了严格把 关，取得了较好的效果。细织实施了一系列的防腐涂层质量、杂散电流分布情况和典型腐蚀事故的调研分 析工作开发和应用了“北袁市天然气管网防腐管理系统”，该科研项目荣获1998年北京市公用局科技进 步一等奖(二)建立和完善了北京市，：然气管道防腐管理体系我公司根据北京市天然气管网腐蚀的特点，建立了“北京市管网防腐管理体系”该体系对防腐设计、 涂层质量检测、橡层补口技求、阴极保护工程质量检测、津层与阴极保护日常检测和维护管理等方面提出 了明确的要求，使北京市天然气管道防腐设计、施工、管理等一系列环节更规范化、科学化。1998年4月，北京市丘然气公司签发丁“关于对埋地天然气管线加设及追加阴极保护措施的通知” 文件t文件明确规定对新速及旧管线实施表面涂层和阴极保护双重保护措施，具体规定如下：(1)新建 高压管线(2)新建中低压调；站中压进口阀门前中压管线(3)新建楼前中低压调压箱前中压管线以上三 科l管线，除外橡层保护外必须加设阴极保护措施。(4)对已运行的高压管线及中压干线必须有计划、 分步骤的追加阴极保护拮施。4将地下管线双保护措施纳入企业规范在国内城市燃气行业尚属首次这是我公司总结管道防腐工作 正反两方面经验教训而制定的，是在北京市天然气管网推广应用阴极保护技术的有力拮施 (三)全面推广应用防腐蚀新技术和新产品近几年，我公司将多种防腐新技术、新产品应用在管道防腐中，取得了明显效果 I、防腐涂层新产品的应用传统的沥青玻璃布防腐层易吸永膨胀绝缘性能下降快，并且容易遭受细菌腐蚀一因此，近几年，我 公司推广应用了多种防腐淙层新产品。顺义14公里高压管道上采用了环氧粉末喷滁防腐层该涂层的特 点是，缘层薄、绝缘性能好、在士壤中耐老化、粘结力好中低压管道上主要采用粘结力强、耐老化捷 贞防腐股带。中关村至焦化厂35公里天然气高压管道及末四环2公里改线管道上采用聚乙烯夹克防腐层 这种防腐层绝缘性能良好、抗外力、粘结力强、耐老化等多种优点部分高中压管道上采用无机富锌底 漆，外加还氧煤沥青防腐层。2、阴极保护技术的应用自1997年以来，我公司对高中压旧管道有|十划、分步骤地追加阴极保护措施明前己基本完成了208 公里高压干线阴极保护技术改造工作。在实施阴极保护的工程中全部采用德国产的防静电、防雷击、免 维护的直埋式绝缘接头避免了绝缘法兰需经常维护维修且短期易失效的弱点，确保了阴极保护系统中绝 缘装置长期安全有效。3、排流装置的开发和应用由于电气化铁路沿线接地装置多，是杂散电流分布较强的区域，我公司与北京科技大学联合开发了 排流装置。具体做法是，