劉玲莉

《管道保護》編輯部：腐蝕防護是管道管理一項極其重要的基礎(chǔ)性工作，其有效性直接關(guān)系到管道服役壽命，對于保障石油天然氣輸送安全和公共安全意義重大。近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展和管道里程的增加，特殊埋設(shè)環(huán)境、交直流干擾、涂層老化剝離等問題大量出現(xiàn)，也給管道腐蝕防護工作提出了新的挑戰(zhàn)。為此，我們特別邀請管道行業(yè)知名的防腐專家、原中石油管道科技研究中心總工程師劉玲莉女士，就埋地鋼質(zhì)管道防腐方面的有關(guān)技術(shù)問題與廣大讀者交流探討，敬請關(guān)注并參與討論。（郵箱： guandaobaohu@163.com）

問： 管道運行維護過程中發(fā)現(xiàn)多起三層PE外防腐層黏結(jié)力不佳、雙環(huán)氧防腐層吸水率過高等問題，主要原因是什么？如何改進？

劉玲莉： 從國內(nèi)外管道工程來看， 3PE防腐層的早期失黏并不罕見。業(yè)界對此已開展多年研究。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)試驗研究，黏結(jié)力下降乃至完全喪失大多表現(xiàn)為底層環(huán)氧粉末與管體金屬的剝離，主要原因有以下幾種：

（1）管道表面處理不良，包括殘留污垢、蝕銹、灰塵、鹽分、潮濕、錨紋深度不符合要求等，都會影響防腐層與鋼表面的黏結(jié)。

（2）熔結(jié)環(huán)氧粉末固化問題，只有其完全固化，才能獲得最佳性能。如果熔融黏結(jié)過程中溫度控制出現(xiàn)偏差，溫度過低會導致固化不完全；溫度過高則可能導致環(huán)氧樹脂熱氧化分解。

（3）環(huán)氧粉末質(zhì)量問題，主要成膜物環(huán)氧樹脂型號偏差、成分不足、采用落地粉等。

因此，良好的鋼管表面處理質(zhì)量、準確控制固化溫度和時間、采用高質(zhì)量的環(huán)氧粉末、禁止回摻使用落地粉等，是確保3PE防腐層黏結(jié)有效的根本因素。另外通過涂裝前材料的高溫長期陰極剝離、熱水浸泡等關(guān)鍵指標的性能測試可以篩選出好的材料。特別需要說明的是，我個人是不相信物美價廉的，好東西一定不是最便宜的，不要讓低價中標成為我們選商的條件，要給予生產(chǎn)廠商合理的利潤空間，互利才能共贏。

熔結(jié)環(huán)氧粉末屬于典型的無定型高分子聚合物，在長期水環(huán)境下，水分子由表面逐步向涂層內(nèi)部擴散并到達管體金屬表面，降低涂層附著力而導致涂層失效。該類防腐層吸水率高是其本身特性決定的，濕熱環(huán)境中更為明顯。如果防腐層本身存在質(zhì)量問題，固化程度不夠或交聯(lián)密度過低等，則更易于水的滲透。要想獲得良好的環(huán)氧粉末涂層性能，首先要選擇其適用的環(huán)境，濕熱環(huán)境慎用；其次要選擇高質(zhì)量的環(huán)氧粉末。滿足標準只是最低要求，通過高溫長期陰極剝離指標性能測試可以很好地判斷涂層的長期性能；還有就是嚴格控制施工質(zhì)量，包括表面處理、涂裝工藝、涂裝過程控制及檢驗等。

問： 站場埋地設(shè)施相對復雜，外防腐層種類、規(guī)格較多，站場陰極保護運行和維護也存在接地、屏蔽等問題，如何更好地對站場管道進行外腐蝕控制有效性評價？

劉玲莉： 站場管道通常密集布置，很難獲得均 勻的陰極保護電流分布，也不容易像干線管道那樣確定保護末端，同一區(qū)域有可能同時存在過保護、欠保護問題。其腐蝕控制有效性的評價需要準確、足量的測試數(shù)據(jù)，更關(guān)鍵的在于測試點的選取。囿于美觀要求，站場內(nèi)不太可能設(shè)置太多的測試樁，但是可以設(shè)置簡易測試點并安裝參比管方便測試。建議在對站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)調(diào)試期間，通過密間隔電位測試以確定測試點位置，至少應包括最低電位點、最高電位點、代表性位置等。此外站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的保護對象結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)波動比較頻繁，降雨、場區(qū)噴灑水、維修改造擴建等都會影響系統(tǒng)運行和保護電流分布，因此需要密切關(guān)注系統(tǒng)輸出的異常變化，其監(jiān)控也至關(guān)重要。

問： 現(xiàn)行規(guī)范只提供了大氣環(huán)境防腐層的設(shè)計壽命，是否可以確定各類埋地管道防腐層的設(shè)計壽命，作為選擇防腐層及后續(xù)運行維護的參考依據(jù)？運行中后期的管道如何通過更有效的防腐層評價與維護延長管道的運行壽命？

劉玲莉： 防腐層的使用壽命取決于防腐層材料性能、涂裝質(zhì)量、服役條件等多種因素。通常條件下，防腐層材料本身的衰變或老化是非常緩慢的，防腐層失效更多表現(xiàn)為外力損傷、吸水導致絕緣性能下降或剝離導致陰極保護屏蔽等。外力損傷可以進行局部修復；絕緣性能下降可以調(diào)整陰極保護輸出或附加陰極保護，但當附加陰極保護變得不經(jīng)濟時防腐層必須重涂；而防腐層一旦剝離則重涂可能是唯一選擇。重涂意味著原防腐層壽命終結(jié)。目前很難給出一個確定的使用壽命，國內(nèi)外管道防腐層技術(shù)標準或規(guī)范也都沒有明確的設(shè)計壽命指標。一般依據(jù)同類防腐層的實際使用情況可大致給出一個平均壽命。

通過管道檢測可以發(fā)現(xiàn)管道本身以及防腐層存在的問題，內(nèi)檢測反映的是管道的整體情況，但只能間接判斷防腐層的狀況，而外檢測可以直接判斷防腐層狀況，但通常只能代表局部，因此內(nèi)外檢測要相互結(jié)合。運行中后期更需要關(guān)注管道內(nèi)檢測結(jié)果，對比歷次異常信號變化可以判斷管體外腐蝕的活躍程度，并由此判斷防腐層的狀況。發(fā)現(xiàn)問題及早處理，確保管道的腐蝕控制有效。

問： 目前管道行業(yè)在大力推進管道的數(shù)字化智能化，應該從哪些方面推進管道防腐專業(yè)的智能化發(fā)展？如何提高智能電位采集裝置的可靠性？

劉玲莉： 就防腐專業(yè)而言，智能化主要還是從管道陰極保護數(shù)據(jù)的自動采集、有效傳輸、深度分析及充分利用等方面推進。目前新建管道大都安裝了智能測試樁，數(shù)據(jù)的傳輸和存儲基本不存在大的問題，但在數(shù)據(jù)的深度分析和充分利用方面還需要多做些工作。目前數(shù)據(jù)分析大多只是簡單的數(shù)據(jù)比對和超限報警，數(shù)據(jù)利用也限于保護效果的判定。智能化程度還有待進一步提高，數(shù)據(jù)的利用也可以更充分深入。例如可將陰極保護數(shù)據(jù)采集與專業(yè)數(shù)值模擬軟件相結(jié)合，實現(xiàn)在線仿真計算并自動提供解決方案，特別是對于雜散電流干擾段、多管并行敷設(shè)等復雜環(huán)境下的 管道腐蝕控制具有重要意義。

問： 直流干擾段，即使采用試片法仍難以準確測量管道極化電位（電位波動很大），如何采集真實電位？管道敷設(shè)在河道內(nèi)難以開挖，更換遠傳測試樁試片及參比電極的施工難度較大，在近地表處埋設(shè)試片及參比電極，對測量結(jié)果的影響有多大？對試片和參比電極的布置有什么要求？

劉玲莉： 首先，在復雜雜散電流干擾段，最可靠的陰極保護有效性準則是腐蝕速率準則。當無法準確測量管道極化電位時，可以采用陰極保護試片法評估腐蝕速率。通常做法是埋設(shè)6個月以上的試片挖出來后，通過目視法或失重法評估陰極保護有效性，腐蝕速率準則是國際上公認的評價陰極保護有效性的第一準則。

其次，應該明確陰極保護試片測量出的極化電位，并不是管道的極化電位，這是兩個不同的概念。絕大多數(shù)情況下，陰極保護試片和管道的極化電位并不相同，推薦參閱NACE SP0104。試片測量建議考慮以下四點：試片瞬間中斷、設(shè)計合理的土壤管、參比電極盡可能靠近、合理延時讀數(shù)。

關(guān)于河道內(nèi)管道極化電位測試，試片法的核心是埋設(shè)在與管道相同的電解質(zhì)環(huán)境中。因近地表土壤類型、含水量、含氧量等與穿越段管道實際埋深處土壤環(huán)境差異較大，埋在不同的電解質(zhì)環(huán)境中，極化行為可能存在較大差異。

關(guān)于定向鉆穿越段管道陰極保護的評價和監(jiān)測問題，加拿大Corrosion Service 公司提出了利用穿越段地質(zhì)孔開展監(jiān)檢測的方案，詳見PRCI研究報告（PR-444-143603）。

問： 輸氣管道壓縮機出口埋地管道溫度變化區(qū)間較大，且溫度最高達到近100℃，管道陰極保護有效性評價方法有那些？

劉玲莉： 高溫環(huán)境下的陰極保護有效性檢測方法并沒有什么不同，需要考慮的是：

（1）如果參比電極處在高溫環(huán)境需要開展溫度校正。

（2）高溫環(huán)境下的陰極保護準則更負，建議極化電位控制到-950 mV以上。

（3）推薦埋設(shè)一些靠近管道的腐蝕試片。

問： 站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對站外干線管道陰極保護系統(tǒng)的干擾怎么消除？

劉玲莉： 站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對站外干線管道陰極保護系統(tǒng)的干擾，一般采取以下防護措施：

（1）調(diào)整站內(nèi)陰極保護系統(tǒng)各路輸出，在確保保護電位達標的前提下，使總輸出電流最小，降低干擾影響。

（2）改變干線陰極保護系統(tǒng)的電位控制點也就是通電點、零位接陰及控制參比電極的安裝位置，使其遠離站內(nèi)保護系統(tǒng)的影響區(qū)域。

（3）如果干擾導致干線管道陰極保護系統(tǒng)輸出減少，可在干線陰極保護系統(tǒng)電位控制點附近連接埋地鋼制金屬或硅鐵陽極，吸收來自站內(nèi)區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的干擾電流；反之，可在控制點附近安裝犧牲陽極提供補充保護，抑制干線陰極保護系統(tǒng)輸出。但這些都需要通過現(xiàn)場試驗確定要連接的埋地金屬的規(guī)模。

（4）改變站內(nèi)陰極保護系統(tǒng)的陽極地床位置或類型，該種方法適用于站場區(qū)域陰極保護試運行調(diào)試階段，對于已投入運行的站場改造起來就比較麻煩。某些情況下，這種干擾是難以完全消除的，將其控制在一個可接受的程度即可。

問： 陰極保護系統(tǒng)深井陽極地床設(shè)計深度是否會對陰極保護效果產(chǎn)生影響，是否有必要開展關(guān)系分析？

劉玲莉： 深井陽極地床的設(shè)計深度對陰極保護效果的影響是肯定的，首先是其保護電流輻射的范圍，越深則范圍越廣；其次是保護電流分布的均勻性，特別是對于埋地金屬結(jié)構(gòu)較為密集的站場礦區(qū)等場合，深井陽極地床深度越大，電流分布得也就越均勻。但是設(shè)計深度的選擇也需要根據(jù)地質(zhì)條件是否適合、是否存在外部金屬結(jié)構(gòu)（避免或盡可能減少對其造成雜散電流干擾）、投資控制等因素來確定。因此有必要開展相關(guān)的關(guān)系分析，可以通過數(shù)值模擬來輔助設(shè)計。

問： 關(guān)于GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》，管道與電力線路交叉時，在臨 近滿足交叉角度55°這個要求時，是否需要增設(shè)排流裝置？標準中提到“結(jié)合防護措施，交叉角度可適當減小”，小到多少是難以接受的？電力線路交叉時，開闊地區(qū)1個塔高的距離要求，是什么目的？電力線路交叉時，標準對小于220 kV輸電線路的鐵塔和電桿接地的最小距離統(tǒng)一為5米。是否已經(jīng)考慮了不同地區(qū)的土壤電阻率、對地故障電流或雷電流的大小、故障持續(xù)時間、管道防腐層電氣強度等因素？如何計算和評價其干擾程度？

劉玲莉： 影響管道交流感應電壓的因素很多，主要有：負載電流、交流輸電線與管道間距、平行長度、管道涂層質(zhì)量、不平衡度、交叉角度等�？梢钥闯�， 55°指標只是眾多影響因素之一，并不能據(jù)此作為評價交流干擾強弱的唯一依據(jù)。推薦做法是根據(jù)實際參數(shù)開展仿真計算和排流方案優(yōu)化。

電力線路交叉時，開闊地區(qū)1個塔高的距離要求是一個經(jīng)驗值。個人認為，一方面是為了防止桿塔倒地，砸落到管道上；另一方面為了減小斷線和雷擊故障的阻性干擾。

電力線路交叉時，標準對小于220 kV 輸電線路的鐵塔和電桿接地的最小距離統(tǒng)一為5米，也只是經(jīng)驗值。個人認為， 5米還是太近了，確實應該根據(jù)最嚴苛的工況開展計算和評估。目前相關(guān)計算技術(shù)成熟，可以參見基于求解全時域麥克斯韋方程HIFREQ軟件模塊。

問： 管道與工業(yè)排污渠臨近時，考慮排污渠可能泄漏，是否需要采取保護措施？

劉玲莉： 工業(yè)污水通常腐蝕性很強，因此有必要采取保護措施。臨近工業(yè)排污渠的管段建設(shè)時應選擇加強級防腐層；運行期間加強管道檢測，確保防腐層的完整性和陰極保護充分有效；安裝陰極保護及腐蝕速率探頭，監(jiān)測保護電位和腐蝕速率，如果排污渠發(fā)生泄漏，強腐蝕性的工業(yè)污水一旦接觸到探頭很快就可發(fā)現(xiàn)，能及時處理。

另外，關(guān)于復雜環(huán)境下雜散電流干擾防護以及高溫管道陰極保護有效性評價等問題，我事先和國家管網(wǎng)北方管道有限責任公司科技研究中心畢武喜博士探討過，他的團隊對此做過系統(tǒng)研究，有興趣的同仁可找畢武喜博士進行深入交流。

作者簡介： 劉玲莉，女， 1964年10月生，教授級高級工程師，原中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心 總工程師1985年7月畢業(yè)于天津大學腐蝕與防護專業(yè)，先后就職于中國石油天然氣總公司管道局管道科學研究院、中國石油天然氣股份有限公司管道分公司管道科技研究中心。主要從事油氣管道腐蝕與防護、完整性管理、管道檢測評價、油氣管道安全運行配套技術(shù)研究以及中國石油集團公司油氣儲運專業(yè)科技規(guī)劃、油氣儲運標準化等工作。作為審查專家參與國家應急管理部（原國家安監(jiān)局）組織的新建油氣管道安全條件審查、安全設(shè)施設(shè)計審查及安全驗收審查等。作為主審專家參與近年來大部分新建油氣管道初步設(shè)計（防腐專業(yè)）審查以及漠大二線、中俄東線、閩粵支干線等管道的施工質(zhì)量督查，主持了防腐專業(yè)絕大部分CDP文件的審查以及部分技術(shù)標準審查。