北京某區(qū)域中低壓管網(wǎng)近年腐蝕泄漏情況 收集整理了北京某區(qū)域中低壓管網(wǎng)于2016~2020年間的腐蝕泄漏情況,并進(jìn)行了數(shù)據(jù)的整理和電子化,剔除了無效數(shù)據(jù),對整理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明,2016~2020年間,中低壓管網(wǎng)區(qū)約發(fā)生了324次腐蝕泄漏,2018~2019年間的泄漏次數(shù)最多,每年近90起,2016年的次數(shù)最少,僅37起。 外腐蝕泄漏的影響因素 服役時(shí)間的影響 服役時(shí)間是影響管道腐蝕行為的重要因素。隨著服役時(shí)間的延長,防腐蝕層逐漸老化,性能下降,會(huì)對管道腐蝕造成嚴(yán)重影響。 由圖1可見:管道腐蝕泄漏事件數(shù)量有兩個(gè)峰值區(qū)域。當(dāng)管道的服役時(shí)間為11~18年時(shí),失效泄漏事件最多,其中服役時(shí)間為15年的管道發(fā)生的腐蝕泄漏次數(shù)最多,為13次;其次是服役時(shí)間為26~28年的管道,腐蝕泄漏超過6次。 圖1 管道發(fā)生腐蝕泄漏事件數(shù)量隨管道服役時(shí)間的變化關(guān)系 目前,燃?xì)夤艿赖脑O(shè)計(jì)壽命一般為30年,隨著服役時(shí)間的延長,腐蝕風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加,不過針對服役25年以上的管道,大部分會(huì)有整改(大修)措施,經(jīng)過大修整改之后管道的泄漏頻次會(huì)有所下降。 管道壓力等級(jí)的影響 不同壓力等級(jí)埋地管道的腐蝕泄漏頻次不同, 對中低壓管道的腐蝕泄漏事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明:低壓管道泄漏次數(shù)為276次,占管道泄漏事件總量的85.2%;中壓管道泄漏次數(shù)為48次,占比為14.8%。對于低壓管道來說,由于防腐蝕層質(zhì)量較差和沒有施加有效的陰極保護(hù)兩方面原因,其出現(xiàn)高頻泄漏;中壓管道部分施加了陰極保護(hù),故泄漏發(fā)生相對較少。 防腐蝕層質(zhì)量的影響 防腐蝕層是防止服役埋地管道腐蝕的重要屏障,其類型和完好程度直接決定了管道的使用壽命。目前,燃?xì)夤艿莱S梅栏g層有瀝青類、膠帶類、環(huán)氧粉末、3PE等。 瀝青類防腐蝕層具有設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟,成本較低,施工過程不會(huì)對環(huán)境造成破壞等優(yōu)點(diǎn)。然而,瀝青防腐蝕層厚度不均勻,隨著服役時(shí)間的延長,防腐蝕層易脆裂,且抗沖擊性能比較差;膠帶類防腐蝕層具有操作簡單,成本低廉的優(yōu)點(diǎn),但易發(fā)生防腐蝕層剝離;3PE是比較完善的防腐蝕結(jié)構(gòu),具有優(yōu)良的化學(xué)防腐蝕性能和較高的力學(xué)性能,尤其是耐磨性和附著力最佳,但其成本相對較高。 通過調(diào)查不同防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)發(fā)現(xiàn):瀝青類防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)最多,為280次,占比為87%;其次是膠帶類防腐蝕層管道,泄漏次數(shù)為27次,占比為8.4%;3PE防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)為14次,占比為4.3%;環(huán)氧粉末防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)最少,只有4次,占比僅為0.3%。 防腐蝕層的服役年限也嚴(yán)重影響了其壽命與腐蝕風(fēng)險(xiǎn),在調(diào)查中,瀝青防腐蝕層管道的平均服役年限最長,約為23年;膠帶類防腐蝕層管道的平均服役年限約為16年;3PE防腐蝕層管道的平均服役年限最短,約為12年。 陰極保護(hù)的影響 陰極保護(hù)是防護(hù)埋地燃?xì)夤艿劳飧g的重要技術(shù),目前,高壓埋地燃?xì)夤艿榔毡椴捎昧岁帢O保護(hù),部分中壓管道也采取了陰極保護(hù),但大部分低壓管道沒有采取陰極保護(hù)。本調(diào)查中,沒有施加陰極保護(hù)的管道失效次數(shù)約為310次,占比為95.7%;而施加陰極保護(hù)管道的失效次數(shù)僅有14次。由此可見,施加陰極保護(hù)對管道保護(hù)具有顯著效果。 對施加了陰極保護(hù)但仍然發(fā)生腐蝕泄漏的管道進(jìn)行分析,結(jié)果表明陰保失效即電位正于-850 mV(相對于銅/硫酸銅參比電極)的約占30%,受到雜散電流干擾而導(dǎo)致管道腐蝕泄漏的約占43%。 雜散電流的影響 目前,雜散電流是影響埋地管道腐蝕的重要因素,其中直流雜散電流更是影響社區(qū)低中壓管道腐蝕的主要因素。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)域95.7%發(fā)生腐蝕泄漏的低中壓管道沒有陰極保護(hù),對于無陰極保護(hù)的管道,其附近的地電位梯度是衡量管道所受雜散電流強(qiáng)度的重要指標(biāo)。 GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》指出,當(dāng)?shù)仉娢惶荻炔钪荡笥? mV/m時(shí),雜散電流的干擾程度為強(qiáng)。本調(diào)查中發(fā)現(xiàn),62%發(fā)生腐蝕泄漏的管道附近的地電位梯度差值大于5 mV/m,這更表明對于沒有陰極保護(hù)的管道,雜散電流的強(qiáng)弱是影響管道腐蝕的重要影響因素。 土壤電阻率對管道腐蝕 泄漏的影響 土壤腐蝕性也是影響埋地鋼質(zhì)管道腐蝕的重要因素之一,而土壤電阻率是表征土壤腐蝕性的重要參數(shù)。GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》指出:當(dāng)土壤電阻率小于20 Ω·m時(shí),土壤腐蝕性為強(qiáng),當(dāng)土壤電阻率大于或等于20 Ω·m時(shí),土壤腐蝕性為中等或弱。 對本工作調(diào)查區(qū)域埋地燃?xì)夤艿栏浇耐寥离娮杪蔬M(jìn)行調(diào)查,結(jié)果表明土壤電阻率小于20 Ω·m時(shí),埋地管道發(fā)生的腐蝕泄漏次數(shù)為4次,占比2.3%;當(dāng)土壤電阻率大于等于20 Ω·m時(shí),埋地管道發(fā)生的腐蝕泄漏次數(shù)為169次,占比97.7%。雖然整個(gè)被調(diào)查區(qū)域的土壤腐蝕性為中等或弱,但仍然有大量中低壓埋地管道發(fā)生了腐蝕泄漏,這表明土壤腐蝕性不是影響這些管道發(fā)生腐蝕泄漏的關(guān)鍵因素,還存在其他影響因素導(dǎo)致管道發(fā)生腐蝕泄漏。 管道腐蝕泄漏特征分析 根據(jù)現(xiàn)場泄漏搶修的調(diào)查結(jié)果,不同服役年限腐蝕泄漏管道的宏觀腐蝕形貌差異很大。如圖2所示:部分管道的腐蝕泄漏是由均勻腐蝕造成的,其特點(diǎn)是防腐蝕層大面積老化,管道整體均存在明顯腐蝕,另一部分管道的腐蝕泄漏是由局部腐蝕穿孔造成的,其特點(diǎn)是管道僅局部有嚴(yán)重腐蝕;且服役時(shí)間超過30年的腐蝕泄漏管道整體呈均勻腐蝕,服役時(shí)間未超過20年的腐蝕泄漏管道呈現(xiàn)局部腐蝕穿孔。 (a) 均勻腐蝕 (b) 局部腐蝕穿孔 (c) 服役年限超過30年 (d) 服役年限不超過20年 圖2 腐蝕泄漏管道的宏觀形貌 管道腐蝕形貌的差異是因?yàn)楦g原因及腐蝕機(jī)理不同,均勻腐蝕可能是由于管道在土壤中的自然腐蝕,管道壁厚均勻減薄,最終管道發(fā)生泄漏;而局部腐蝕可能是因?yàn)楣艿婪栏g層存在破損點(diǎn),進(jìn)而有外部電流從破損點(diǎn)流入,從另一個(gè)破損點(diǎn)流出,在流出部分發(fā)生腐蝕,最終導(dǎo)致管道的局部腐蝕穿孔。 結(jié)論 (1) 對于北京地區(qū)中低壓管道,防腐層類型、陰極保護(hù)情況是其腐蝕泄漏的最關(guān)鍵影響因素,對于無陰保且防腐蝕層質(zhì)量差的管道,雜散電流強(qiáng)度是管道泄漏的關(guān)鍵影響因素; (2) 服役時(shí)間為11~18年管道的泄漏頻次最高,其次為服役26~28年的管道; (3) 瀝青類防腐蝕層的防護(hù)效果最差;3PE防腐蝕層的防護(hù)效果最好; (4) 無陰極保護(hù)的管道腐蝕泄漏頻發(fā),占比95.7%;而施加有效陰極保護(hù)后,管道泄漏事件極少,說明陰極保護(hù)對于外腐蝕控制的效果顯著; (5) 強(qiáng)雜散電流干擾是影響管道腐蝕泄漏的影響因素之一; (6) 現(xiàn)場管道腐蝕泄漏的形貌存在很大差異,說明中低壓管網(wǎng)腐蝕泄漏的原因和腐蝕過程存在差異,具體原因有待更為細(xì)致的測試分析。
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