公用工程污水管道腐蚀泄漏原因及对策

时间：2024-08-31

吴恩柏王努驰王科林张杰

（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）

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6×8cm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

图3 检测示意图

图4 管道电位测试连线图

图5 土壤电阻率测量接线图

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（P C M/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。

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。

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。

图6 试验示意图

2 结果与分析

2.1 管道外防腐层完整性

三线合一段21～24#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。

图7 电位测试结果

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21～24#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。

表1 土壤腐蚀性检测结果

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。

表3 腐蚀速率试验结果

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。

图8 失重检查片试片形貌

图9 阴极保护检查试片形貌

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21～24#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21～24#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21～24#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；

（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。