公用工程污水管道腐蚀泄漏原因及对策.pdf

TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.09 SEP.202396腐蚀研究Corrosion Research技术公用工程污水管道腐蚀泄漏原因及对策吴恩柏1王努驰1王科林2张 杰2（1.中国石油四川石化分公司，四川 成都 611930；2.沈阳中科韦尔腐蚀控制技术有限公司，辽宁 沈阳 110180）摘 要：20202021年期间，国内某石化公司公用工程部厂外污水排水管线不同位置先后出现3次外腐蚀泄漏。管道检测、试验、评估及分析表明，腐蚀泄漏原因为该埋地管受附近地铁直流杂散电流干扰，造成管道管地电位正向偏移，保护电位不达标，另外管道表面防腐层缺陷，加速管道腐蚀，从而导致泄漏；并根据腐蚀泄漏原因，提出了相关防护建议措施。关键词：污水管道土壤腐蚀阴极保护杂散电流中图分类号：TE88 文献标识码：A DOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2023.09.096.05Reasons and Countermeasures for Corrosion and Leakage of Sewage Pipelines in Public WorksWU En-bai1,WANG Nu-chi1,WANG Ke-lin2,ZHANG Jie2(1.Petrochina Sichuan Petrochemical Company,Chengdu 611930,China;2.Shenyang ZKwell Corrosion Control Technology Co.,Ltd.Shenyang 110180,China)Abstract:During the period from 2020 to 2021,there were three external corrosion leaks in different locations of the sewage drainage pipeline outside the utility department of a petrochemical company.After inspection,testing,evaluation,and analysis of the pipeline,it was found that the corrosion leakage was caused by the interference of nearby subway DC stray current,which caused the pipeline s ground potential to shift forward and the protection potential to not meet the standard.In addition,the defect of the pipeline s surface anti-corrosion layer accelerated pipeline corrosion,leading to leakage;Based on the reasons for corrosion leakage,relevant protective measures have been proposed.Key words:sewage conduit;soil corrosion;cathodic protection;stray current作者简介：吴恩柏(1973)，男，辽宁盖州人，高级工程师，硕士，主要研究方向为设备管理。0 引言随着城市工业的发展、城市地下管网的规模也不断扩大，埋地管网的建设降低了企业的生产运输成本，提高了企业的经济效益，但也将隐患埋藏在了地下，据统计，近年来，国内外发生了多起因埋地工业管道泄漏事件，个别事件造成公共财产损失、导致严重的环境污染事件，危害公民的生命安全，明确工业埋地管道泄漏原因，明确泄漏原因，采取有必要的检测与防护措施，避免事故发生，保障工业管道运行安全至关重要1-3。目前，埋地钢质管道常采用外防腐层加强制电流阴极保护的联合保护，但泄漏在生产企业中经常发生，近年来对埋地管道泄漏原因的研究也越来越多。2002年，中国石油西南油气田输气科研所韩兴全面腐蚀控制第37卷第09期 2023年09月97腐蚀研究Corrosion Research技术平对埋地管道阴极保护有效性评估进行研究分析，分析结果认为管道涂层破损、老化失修、管线上阴极保护系统长期故障，影响阴极保护有效性4；2018年，中国石化销售有限公司华中分公司郭爱玲郑京召开展了湖南成品油管道杂散电流测试与防护措施研究，发现湖南成品油管道受到较严重的交、直流杂散电流干扰，其中有5个管段受到较严重的交流杂散电流干扰，3个管段受到较严重的直流杂散电流干扰；京广铁路、武广高铁、沪昆铁路、城际铁路等电气化铁路为交流干扰源，轨道交通地铁为直流干扰源；提出了交流干扰和直流干扰应分别采用固态去耦合器接地排流装置和极性排流装置措施，以降低杂散电流对输油管道的影响5。XX石化公用工程污水排水管线在投产仅8年时间，2020年和2021年先后在不同位置出现3次腐蚀泄漏（集中在三和一段21号测试桩至24号测试桩），引起了当地农户不必要的恐慌和环保部门的关注。腐蚀泄漏点腐蚀速率超过0.8mm/年，远超国家规范GB/T 21447-2018钢质管道外腐蚀控制规范中关于腐蚀速率应低于0.01mm/年的要求。2021年7月30日对泄漏位置进行腐蚀检查，如图1所示：泄漏位置（处于焊缝东侧约6cm处）封堵后工程师对泄漏管段进行了详细调查，发现管线泄漏位置径向12点、3点、9点方向管线壁厚未见明显异常，在管线底部（6点方向）有68cm的减薄区域，最薄壁厚3.68mm，如图2所示，同时在漏点附近发现局部腐蚀坑，坑深约4mm。图1 泄漏管段底部腐蚀形貌 图2 测点分布图1 现场检测评估为了明确污水排水管线腐蚀泄漏的原因，在现场对三和一段埋地污水管道进行了：管道外防腐层完整性检测与评价；阴极保护有效性检测与评价；直流杂散电流干扰检测与评价；交流杂散电流干扰检测与评价；土壤腐蚀性评估及腐蚀检查片埋设试验，检测方法参照GB/T 21246埋地钢质管道阴极保护参数测量方法、GB 50991埋地钢质管道直流干扰防护技术标准、GB/T 40377-2021金属和合金的腐蚀 交流腐蚀的测定 防护准则。1.1 管道外防腐层完整性检测与评价全线采用电流衰减/交流电压梯度（PCM/ACVG）交流方法进行管道走向、埋深测量，准确定位缺陷点。PCM电流检测间距不超过30m，A字架检测间距不超过5m，GPS打点间距不超过30m。本次采用英国雷迪PCM+埋地管线防腐层检测系统进行交流电流衰减法的检测。应用PCM接收机和发射机，对管道外防腐层进行完整性检测。图3 检测示意图TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.09 SEP.202398腐蚀研究Corrosion Research技术 图4 管道电位测试连线图1.2 阴极保护有效性检测与评价阴保站需检测辅助阳极地床接地电阻、校核长效参比电极、对比恒电位仪面板显示值与实测值、同步检测恒电位仪输出电流和通电点通电电位。对于存在进站绝缘接头和出站绝缘接头的站场，需检测是否存在跨接线，上下游绝缘接头站外管道是否存在电位差。分析外加电流阴极保护系统运行参数，包括：给定电位、通电点电位、输出电流、输出电压，评价阴极保护系统工况，并提出改进建议。1.3 直流杂散电流干扰检测与评价对直流杂散电流干扰段，采用面积为6.5cm2试片进行通断电位测量。检测工作应包括以下内容：逐桩测量管道不低于12小时通断电位曲线，同一天测量的检测点曲线应按时间对齐，并在报告中提交曲线图和数据附表。应检测明确直流杂散电流干扰的流入区、流出区、影响范围、干扰程度。当发现管道存在明显较强杂散电流干扰时，应扩大监测时间不低于24小时进行监测。用uDL2数据记录仪采用地表参比法测量管道对地通/断电电位。每个测试桩进行管地电位测试，每秒采集一个管地电位数据。1.4 交流杂散电流干扰检测与评价逐桩测量管道不低于12小时交流干扰，试片面积为1cm2；数据记录仪需同步记录交流干扰电压和交流电流密度。当发现管道存在明显较强杂散电流干扰时，应扩大监测时间不低于24小时进行监测。1.5 土壤腐蚀性评估土壤电阻率的测试应与管道交流电压测试同时进行，测试位置包括所有测试桩附近。土壤电阻率的数据测试方法是标准的Wenner四电极法。图5 土壤电阻率测量接线图 图6 试验示意图1.6 腐蚀检查片埋设试验在泄漏管段现场埋设失重检查片，以失重检查片来模拟埋地管道防腐层破损点。采用管道阴极保护检查片与失重检查片，其中阴极保护检查片通过测试桩实现与待测管道的电连接，获得腐蚀速率及检查片通电电位与断电电位等参数:失重检查片不和管道电连接，以获得土壤环境中的自腐蚀速率。检查片埋设时间为3个月，示意图如图6所示。2 结果与分析2.1 管道外防腐层完整性三线合一段2124#测试桩之间管道的长度为4376.76m，共检测防腐层破损点11处，外防腐层破损点密度为0.25处/100m，依据GB/T 19285-2014埋全面腐蚀控制第37卷第09期 2023年09月99腐蚀研究Corrosion Research技术地钢质管道腐蚀防护工程检验总体评价对外防腐层破损点密度分级评价为“2级”2.2 阴极保护有效性三 线 合 一 段 2 1#测 试 桩 处 管 道 断 电 电 位在-0.85-1.2V之间，阴极保护效果良好。三线合一段22#和24#处管道断电电位正于-0.85V的时间超过25%，不符合规范要求。2.3 直流杂散电流干扰干扰源调查结果：污水处理厂外排水三线合一段管道距离地铁3号线成都医学院站约8.8km。污水处理厂外排水埋地管线全线受地铁干扰。在成都地铁运行时间断，管道通电电位波动幅度较大；在地铁停运时间段，管道波动幅度较小，如图7所示。距离污水处理厂较远的三线合一段22#和24#电位较正，断电电位不符合规范要求。2.4 交流杂散电流干扰三线合一段管道平均交流电流密度均低于30A/m2，依据GB/T 50698-2011埋地钢质管道交流干扰防护技术标准，交流干扰程度判定为“弱”，可不采取交流干扰防护措施。2.5 土壤腐蚀性根据GB 21447-2018钢质管道外腐蚀控制规范判断三线合一段2124#之间管道共3处土壤腐蚀性强（占75%），1处土壤腐蚀性中（占25%），如表1所示。2.6 腐蚀检查片试验由表2可知，阴极保护试片的通电电位平均值为-0.69V，平均断电电位为-0.78V，通电电位正于断电电位，说明有电流从管道流出。由表3可知，失重检查试片平均腐蚀速率为0.22mm/a，阴保试片平均腐蚀速率为0.83mm/a，约为失重检查片的4倍，其较高的腐蚀速率与管道流出的电流密切相关。从图8、图9可发现，失重检查试片表面腐蚀较为均匀，表面较为光滑平整；阴极保护检查试片表面腐蚀较为严重，且有局部腐蚀特征。表1 土壤腐蚀性检测结果区段桩号土壤电阻率（m）土壤腐蚀性三线合一段21#23.55中三线合一段22#14.13强三线合一段23#9.42强三线合一段24#7.536强表2 阴极保护试片通电电位试验结果编号391#392#393#VonVoffVonVoffVonVoff阴极保护试片电位（V）-0.68-0.81-0.70-0.78-0.69-0.76图7 电位测试结果TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.09 SEP.2023100腐蚀研究Corrosion Research技术3 污水管道腐蚀泄漏原因及防护建议通过现场腐蚀检查、检测评估发现：泄漏点都位于两节管段碰口的焊缝附近，且都处于管道底部，通过观察，腐蚀都是由外向里发展，可以判断，泄漏点及附近局部减薄是外部腐蚀引起的；三线合一段2124#测试桩之间管道的长度为4376.76m，共检测防腐层破损点11处，说明防腐层表3 腐蚀速率试验结果类型数据参数阴保试片编号391#392#393#平均值腐蚀速率（mm/a）0.860.890.750.83失重检查试片编号394#395#396#平均值腐蚀速率（mm/a）0.1350.2680.2560.220完好情况较差，是导致管道泄漏原因之一，有研究表明导致防腐层破损的原因有土壤的侵蚀、施工质量欠佳等因素6-8，据了解，污水管道焊缝附近防腐层是在管道埋设施工期间完成，3PE施工工艺复杂，需要烘烤操作，若现场工人烘烤不均匀，易造成局部粘结不好，整体密封性下降，同时与出厂预制防腐层衔接处易存在薄弱点或渗漏点，加之施工期间焊接和拉拽等因素也会导致连接处防腐质量存在缺陷，随着土壤长时间侵蚀破坏防腐涂层9,10；直流杂散电流干扰检测结果证明该段管道受地铁3号线直流干扰，导致管道保护电位波动大，长时间段未受到良好保护，是导致管道失效原因之一；土壤腐蚀性测试表明三线合一段2124#之间管道处土壤腐蚀性强，也是导致管道加速失效原因之一；腐蚀检查片试验表明，阴极保护试片通电电位正于断电电位，说明有电流从管道流出，其较高的腐蚀速率与流出的电流密切相关，而引起电流流出的根本原因在于管道受到地铁杂散电流的干扰，防腐层破损点作为阳极电位正向便宜，有稳定的电流流出，加速管道腐蚀穿孔。综上可知，污水管道泄漏的原因主要是地铁直流杂散电流的干扰导致管道防腐层破损位置未受到良好保护，加速了腐蚀的进程，同时由于土壤腐蚀性强弱的差别，处于土壤腐蚀性较强的管段优先发生腐蚀穿孔。为了防止此类腐蚀提出以下建议：（1）三线合一段2124#测试桩之间防腐层缺陷点11处，建议开挖修复，同时对其余管段防腐层质量进行定期检测和修复；（a）394#（b）395#（a）391#（b）392#（c）396#（c）393#图8 失重检查片试片形貌图9 阴极保护检查试片形貌（下转第112页）TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.09 SEP.2023112腐蚀研究Corrosion Research技术（5）同一时间段内，西二线和西三线KP77-KP103管段沿线所有监测点的电位波动方向同步电位正向偏移，电流流出管道；电位负向偏移，电流流入管道。因此，该管段上并不存在明显区分的电流流入段或流出段；（6）在西二线KP87和KP97测试桩处通过ER腐蚀速率探头测得试片腐蚀速率均远小于0.01mm/y，表明在当前的地磁干扰强度下，西二线现有阴极保护水平可有效降低地磁干扰导致的腐蚀风险。基于内检测结果得到西二线地磁干扰段的外部金属损失的平均增长速率为0.1757mm/y，远大于利用ER探头测得的腐蚀速率值。考虑到内检测检出的外部金属损失可能属于稳定缺陷，而且检测精度一般为10%wt，因此全寿命腐蚀增长速率值具有相当的保守性；（7）西三线两轮内检测缺陷对比结果表明，在地磁干扰段的3个检出外部金属损失缺陷均为稳定缺陷，深度未发生变化。而根据全寿命腐蚀增长速率计算得到平均增长速率同样为0.176mm/y，同样具有相当的保守性。参考文献1 翟维枫,梁志珊,左信,毕武喜,蓝卫.地磁暴引起的埋地管道管地电位“波节”和“纠缠”分布特征J.石油学报,2020,41(08):1001-1010.2 宋丹,薛炳森,程国生.利用Hp分量预测空间环境地磁活动指数KpJ.空间科学学报,2013,33(02):151-157.3 Australian Standard.AS 2832.1-2015,Cathodic protection of metals Part 1:Pipes and cablesS.4 International Standard.ISO 21857-2021,Petroleum,petrochemical and natural gas industries-Prevention of corrosion on pipeline systems influenced by stray currentsS.（2）在管道建设施工阶段，严控防腐层施工质量、保障回填后防腐层质量完好；（3）建议在管道末端进行馈电实验：新建临时辅助阳极地床，利用便携式恒电位仪为污水管线供电，采用数据记录仪测量管道通断电位，评估阴极保护有效性；当新建临时阴保站后，管道电位均能达标；后期根据馈电实验结果，需在末端新建阴保站，防止地铁杂散电流的干扰。4 结语（1）三线合一段2124#测试桩之间管道共检测防腐层破损点11处，分级评价为“2级”，所处土壤环境腐蚀性强，建议进行修复；（2）三线合一段管道平均交流电流密度均低于30A/m2，交流干扰程度判定为“弱”，可不采取交流干扰防护措施；（3）阴极保护试片通电电位正于断电电位，失重检查试片平均腐蚀速率为0.22mm/a，阴保试片平均腐蚀速率为0.83mm/a，约为失重检查片的4倍；（4）污水管道受地铁直流杂散电流干扰、所处土壤环境腐蚀性强、防腐层施工质量因素综合导致污水管道泄漏。参考文献1 黄健陵,田苾.基于模糊事故树的施工现场地下管线泄漏风险分析J.安全与环境学报,2017,17(6):7.2 路炜,文玉梅,李平.埋地异型供水管段泄漏定位方法J.给水排水,2008,34(8):4.3 龙媛媛,柳言国,杨为刚等.埋地管道泄漏检测技术的综合应用J.石油化工腐蚀与防护,2009,26(2):3.4 韩兴平.阴极保护有效性评价技术的应用研究J.全面腐蚀控制,2002(10):10-15.5 郭爱玲，郑京召.湖南成品油管道杂散电流干扰检测评价及防护措施J.油气田地面工程.2018,(9).6 徐欣,许立宁,柳伟.埋地管线防腐层性能评价研究进展J.腐蚀科学与防护技术,2011,23(4):4.7 何俊峰.埋地管线防腐层破损原因探讨J.全面腐蚀控制,2021,35(12):3.8 陈鑫.埋地管线防腐层破损原因分析及检测方法J.石油和化工设备,2019,22(7):2.9 郭生武,方军锋,郝晓晨等.埋地钢质管道外防腐层的腐蚀机理J.油气储运,2003,22(8):4.10 罗锋,解红军,王国丽等.长输管道工艺站场埋地管线腐蚀原因及防护对策探讨J.全面腐蚀控制,2011,25(5):4.（上接第100页）