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埋地金属管道的防腐处理及效果监测技术研究

发表时间：2020/10/15 来源：《基层建设》2020年第19期作者：孙炎彬周金旺李超杨林杨梅竹

[导读] 摘要：本文介绍了埋地金属管道的加强级防腐层结合阴极保护的综合防腐蚀技术，指出该防腐保护技术的施工注意事项，并推荐了相应的防腐效果监测技术。

        中建三局第三建设工程有限责任公司湖北武汉 430074
        摘要：本文介绍了埋地金属管道的加强级防腐层结合阴极保护的综合防腐蚀技术，指出该防腐保护技术的施工注意事项，并推荐了相应的防腐效果监测技术。本文还介绍了埋地金属管道防腐层的其它检测技术及测量原理。
        关键词：埋地金属管道；防腐处理技术；阴极保护；效果监测技术
        在油气储运领域，埋地敷设管道的技术优点日益被公众所认可，随着人们对腐蚀认识不断加深和环保意识增强，埋地金属管道泄漏所引起的问题也日益受公众关注。对于机场机坪加油管道、油气田外长输管道、以及油气田内埋地集输干线管道等重要性很高的埋地金属管道，采用加强级防腐保护层结合阴极保护的综合防护技术，成为埋地金属管道防腐领域先进而又经济合理的方法，本文讨论的主要是埋地金属管道的防腐处理及效果监测技术。
        1.埋地管道防腐施工技术
        3PE防腐是三层结构聚乙烯防腐的简称，包括环氧粉末层、胶粘剂层、聚乙烯防腐层等三个防腐层。3PE防腐施工必须由专业防腐人员采用专用防腐设备进行，3PE防腐作业基本都在防腐厂进行，一般不能进行现场施工。加强级3PE防腐是指3PE的防腐等级，也指3PE防腐的厚度，凡是厚度大于等于1.0mm的防腐都可以称为加强级防腐。
        重要性程度较高的埋地管线，附近往往会有接地极电阻或建构筑物产生的杂散电流干扰，并引起杂散电流腐蚀，除了加强级防腐保护外，还必须对可能产生杂散电流干扰的位置采取排流措施。下面将介绍埋地管线进行阴极保护技术的实施步骤。
        （1）恒电位仪安装
        将恒电位仪安装在通风良好的设备间内。设备接线之前，首先弄清晰各接线柱，接线完毕之后，要仔细核对后才能给设备通电源调试。其安装包括：设备与阳极电缆、阴极电缆/零位接阴电缆、参比电缆的连接；设备电源的连接；设备接地的设置。电缆连接时应确保极性正确，并且确保电气接触导通良好。
        （2）通电点及参比电极安装
        通电点安装包括阴极电缆与管道焊接、零位电缆与管道焊接。阴极电缆、零位电缆采用铝热焊与管道连接，阴极、零位电缆焊接点需保持在200mm以上的距离。焊接要严格按照规范执行，不得虚焊或脱焊，通电点连接后必须用热溶胶加补伤片进行防腐绝缘处理；阴极、零位电缆从通电点引至防爆接线箱，再由防爆接线箱引入到阴极保护间，并与恒电位仪相关接线端子相连接。
        3PE防腐中有些弯头，或者不规则管体无法用3PE防腐工艺，现场少量3PE防腐无法用专业设备完成的，大多通过使用热收缩带防腐材料来代替3PE防腐，因此在埋地管道阴极保护领域会局部使用热溶胶或热缩带防腐。

        单根电缆焊点防腐施工图
        在通电点附近靠近管道300mm左右，埋设1支长效硫酸铜参比电极。埋设之前，将长效硫酸铜参比电极浸泡24小时。长效硫酸铜参比电极安装位置需跟土壤接触良好，安装位置不能存在石块、其他金属等影响参比电极精确度的物质。回填时采用细土回填，安装完成后将参比电缆引至防爆接线箱，再通过引至恒电位仪。
        （3）MMO 柔性阳极汇流电缆安装
        MMO 柔性阳极与电缆连接时，需通过铜管将连接电缆与柔性阳极电缆压接，然后采用“热熔胶+热收缩套”防腐防水处理。按照设计位置将阳极汇流电缆引至防爆接线箱，再通过防爆接线箱引至恒电位仪。
        （4）电缆敷设施工
        电缆应敷设于冻土层以下，并用铺砂盖砖保护。电缆间连接采用铜管压接，并用相应规格的电缆热缩套密封防腐；当电缆与设备或测试桩连接时，也通过压接铜鼻子方式连接。阴极保护电缆穿越飞行区外及库站内的道路时加DN50钢管保护，保护管两端至少各有300mm长于穿越段两端，电缆敷设完成后，保护管两端用沥青麻丝封堵。
        2.阴极保护在线监测技术及原理
        考虑到埋地输送管道运营数字化、智能化的需要，阴极保护电源设备和电位采集桩均具备信号传输功能，因此，阴极保护系统能够实现在线监测及自动调控功能，并设置了配套的阴极保护管理软件。阴极保护在线监控系统为成套控制显示设备，由工控机、显示器、信号转换器、信号采集仪、电缆及配套软件等组成。
        阴极保护系统持续运行时测量的构筑物对电解质（土壤）电位叫通电电位，是不真实的保护电位，它含有一定IR降。根据欧姆定律，由于电流的流动在参比电极与金属管道之间电解质（土壤）内产生的电压降叫IR降。通电电位由断电电位（即极化电位）和IR降构成。
        切断阴极保护电源后极化电位尚未衰减前立刻测得的电位叫断电电位，断电电位是评价管道阴极保护有效性最重要的参数。断电电位是真正意义上的阴极保护电位，是判定阴极保护系统运行是否合格的标准。
        通电情况下测得的管地电位由于包含测量点与参比电极之间的 IR 降，同时管线受杂散电流干扰，进一步加大了该 IR 降，因此通电电位并不能真实反映管线的阴极保护状态。我们测量断电电位，即断电瞬间极化电位尚未衰减前的管地电位作为衡量管线阴保状态的依据。
        断电电位测量方法：若通电电位比较平稳，则将便携极化探头通电一定时间极化后，断电读取万用表上断电瞬间的断电电位作好记录即可；若通电电位波动较大，则先测取一定时间段内通电电位的最大值、最小值和平均值，然后在通电情况下，当管道通电电位出现或者接近上述特征值时，将便携式极化探头断电，迅速读取万用表上显示的数字，该数值即为所对应的断电电位，做好记录。该便携式极化探头能够消除 IR 降，同时试片距离参比电极非常近，能够将杂散电流干扰降低到最小。最后根据测到的断电电位作保护电位，按照国标规范 GB/T 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中合格指标来判定阴极保护效果。
        3.其他防腐效果检测技术及原理
        （1）管道防腐层检测技术
        管道防腐层的性能检测、漏点查找以及埋深检测主要采用内外业一体化管道防腐层检测仪。该管道防腐层检测仪采用多频电流测量技术和ACVG（交流电位梯度）测量技术，可在非开挖的条件下对埋地管道防腐层进行现场绝缘性能评估和绝缘故障点定位，能够实时测量点距和GPS定位数据，能够传输并存储检测数据，能够在高清晰度彩色显示屏上实时显示电流曲线和ACVG曲线，并能够现场评估防腐层绝缘性能。
        检测原理：该管道防腐层检测仪的发射机将含有近于直流的超低频信号电流、管线定位电流，绝缘故障定位电流等多种频率的混频电流信号施加于目标管道上，混频电流沿着目标管道与大地构成电流回路传播，当防腐层不存在绝缘故障点时，管道中的混频电流随着传播距离的增加而均匀的衰减；当防腐层存在老化、破损等绝缘故障点时，目标管道将出现接地、与其他管道搭接等绝缘故障，目标管道中的混频电流从绝缘故障点泄漏到土壤或其他管线中。在防腐层绝缘故障点附近，管线电流由于电流泄漏将出现明显的电流陡降异常，土壤中的回流电流由于电流密度增大将出现明显的ACVG异常。
        该管道防腐层检测仪采用多频电流法测量管线电流。接收机通过感应线圈和高精度磁力仪测量出管线定位电流、检测仪信号电流及其电流方向、管线埋深等数据，并可在接受机上显示检测仪信号电流曲线。根据多频电流测量数据，可分析相邻两个测点之间管段的管线电流衰减情况，确定防腐层是否存在绝缘故障点；并可计算防腐层绝缘电阻，分级评价防腐层绝缘性能。
        （2）管道防腐层缺陷点检测技术
        该管道防腐层检测仪通过管中电流法和地面电场法实现管道外防腐层破损点的检测。
        检测原理：通过管道防腐层检测仪的发射机向埋地管道发送一个交流信号源（交变电流），当地下管道防腐层发生破损后，该处金属部分与大地相短路，在防腐层破损点处形成电流回路，将产生的破损点信号（交变电流）向地面辐射，此时管道破损点流出的交变电流信号使其周围土壤有了电压梯度，在地面上建立了一个近似球状的电位分布。越接近破损点的地面，电压梯度就越大，管道破损点正上方地面的电流密度就最大，电位最高。一般来说，管线的防腐层破损面积越大，其附近的电流密度越大，地面的电压梯度也就越大，根据这一原理就可准确地找到防腐层破损点。
        地面电场法是使用一个灵敏的毫伏表，测量插入地表的两个电极在地表水平的电压梯度平衡时的输出值。两个电极相距为55厘米，当其中一个极的电位比另一个高时，仪器就由此给出漏点方向并计算出电位的梯度值。
        为了便于解释和消除管道自身、大地电流及其他电干扰，该方法同时将两个频率的交变电信号加载到管道上。测量时，操作员沿管道的路由以一定的间隔，将电极插入地面，仪器的面板上会有一个方向箭头指示管线上破损点的位置，当跨过破损点时，箭头会变向，靠近破损点时，箭头稳定，并有相应的电场强度分贝值，指示出漏点的大小。当操作员继续前进而远离破损点时，而且电场强度的分贝值随着远离而逐渐变小返回复测，仔细追踪漏点，可以找到方向变化的确切位置，此时漏点就在两个电极的中间位置。