浅析直埋钢质供水管道外防腐层检测与防护

【摘 要】直埋钢质供水管作为一项民生性的基础设施，主要是用于为百姓生活供水。直埋钢质供水管主要被埋在地下，往往容易被腐蚀，从而严重地影响供水管道系统的功能。因此，往往会在直埋钢质供水管的管道加上一层防腐层，预防其被腐蚀遭遇损坏。而对直埋钢质供水管道外防腐层进行检测与防护，就能及时发现直埋钢质供水管道外防腐层是否完好或者出现问题，并且能够及时地采取防护措施。本文结合我单位实际情况，对直埋钢管的腐蚀因素及外防腐层状况检测的目的、任务和主要检测内容进行介绍，阐述了目前国内外常用的几种用于埋地钢管防腐层状况检测的方法和设备，最后再探讨如何对直埋钢质供水管道外防腐层进行防护。通过对直埋钢质供水管道外防腐层检测与防护的探讨，为我单位提高对直埋钢质供水管道外防腐层检测水平和采取科学、合理和有效的防护措施提供理论支持。

【关键词】埋地钢管；腐蚀因素；多频管中电流法；检测；防护

引言

神华准能公用事业公司是集采、供水，供暖、供浴、污水处理于一体的服务型事业单位。有地下深井泵站两座，承担向中心区居民住户提供生活饮用水任务；地表取水泵站坐落于黄河边缘，直径800mm的主供水管线蜿蜒起伏，跨越壕沟、桥梁和公路多处，全长20余公里，承担着向各周边生产企业提供工业供水任务；各类管线遍及中心区方圆30公里范围。由于中心区地处河床地段，管道长年浸泡在水中腐蚀严重，跑冒事故频发，严重影响采、供水生产给企业带来困扰，维护检修工作量和费用之大，可想而知。因此，加强对我单位（神华准能公用事业公司）直埋钢质供水管道外防腐层进行检测和防护是我单位应该给予高度重视的一项工作。

1 公司的直埋钢质供水管道腐蚀状况分析

1.1 公司直埋钢质供水管道腐蚀情况

神华准能公用事业公司是集采、供水，供暖、供浴、污水处理于一体的服务型事业单位，其拥有大量的地下管道，这些管道大多埋设于地下。地表供水泵站主供水管线蜿蜒起伏穿越黄土壕沟及桥梁公路等高回填地段。但是，公司中心区范围的管道所埋地段大多处于河床地段，使得管道长年被浸泡在水中，这就使得管道被严重地遭到腐蚀，沿管道内壁会逐渐形成锈垢并不断增厚，使水的过流断面减少，流动阻力增加，压力升高，就很容易导致管道泄露、爆裂等事故。另外，由于管道内的水沿锈垢流动，锈垢也会影响到供水的质量，从而影响到公司职工乃至周边百姓的健康。

1.2 腐蚀因素分析

近几年，对公司直埋钢质供水管道腐蚀情况统计与调查分析，腐蚀直埋钢质供水管道的因素主要有以下几个：

（1）腐蚀性介质因素

由于管道直埋于潮湿的土壤中，并且其常年浸没在污水环境中，管道所埋的环境中有一些介质，比如：O2、CO2、H2S、SO2、Cl2等类，导致管道被腐蚀。比如O2的腐蚀作用主要由于管道内输送的水中或者管沟内的存在积水，积水中含有溶解氧，使得钢铁被氧化。由于氧对管道的腐蚀比较强烈而且速度较快，因此，管道的腐蚀穿孔常是因为氧的腐蚀。H2S的对管道的腐蚀主要表现为H2S对管道的电化学腐蚀（H2S S2C+2H+），在管道中存在水分子的条件下，这加重H2S的腐蚀作用。另外，CO2易于溶于水中而生成H2CO3，由于H2CO3属于中强酸，具有较强的腐蚀性。SO2对管道的腐蚀作用比起CO2，其腐蚀作用更强。这些腐蚀性介质的强腐蚀性会破坏管道外防腐层，进行对管道进行腐蚀。

（2）土壤可溶性盐的腐蚀作用

由于土壤是一种多相、多孔、非均质的胶体体系，包含着许多可溶性盐类，钢质管道与这些可溶性盐接触时，其中的电流将就会在管道的界面产生电位差，从而对钢质管道进行“宏电池”腐蚀。而公司内的管道很多处于低洼处，其地下水位较高，表层土壤中可溶性盐类浓度偏高，这样就进一步加剧了“宏电池”对钢质管道的腐蚀作用，在对管道外防腐层进行作业，使得其性能逐渐失效，继而破坏管道。

（3）土壤中生物腐蚀作用

微生物是无所不在的，钢质管道的埋设点如土壤也不例外，并且含义多种、大量的微生物种。这些微生物对管道具有腐蚀作用，而且不同的微生物对管道的腐蚀作用不同。例如在缺氧的土壤环境中，就存在大量的硫酸盐还原菌，硫酸盐还原菌可以将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，从而腐蚀钢质管道。虽然公司在管道外添加防腐层，但长期的生物较强的腐蚀作用，导致防腐层逐渐失效，防腐层内的管道也遭到腐蚀。

（4）钢管内部接缝补口处最易腐蚀

为了减少腐蚀几率，往往会在钢质管道外添加上一层防腐层，但在防腐层和管道的接口处由于受到焊接时的高温影响，往往会使其附近部位涂层损伤而失效，而容易使管道被腐蚀。

2 对直埋钢质供水管道外防腐层的检测与防护

2.1 直埋钢质供水管道外防腐层的检测

为了防止管道遭到腐蚀破坏，对管道加上防腐层是普遍的做法，但是，由于防腐层也常常会因为受到腐蚀，外防腐层破损就会使得钢质管道直接暴露于腐蚀介质。因此，需要对管道防腐层进行检测，尤其是外防腐层。随时发现外防腐层是否完好，或者是否已经被腐蚀，进而才能及时地对其进行防护，使其真正达到保护管道不会被腐蚀的作用，下面就直埋钢质供水管道外防腐层的检测进行探讨。

（1）交流电流检测法

交流电流检测法在国际上也被称为皮尔逊检测法，其基本原理是：用一个信号发射机把特定频率的交流信号通过导线施加在金属管道上时，这种特定频率的交流信号就会沿管道向前传播，并与发射机的地线形成回路。假若管道的外防腐层完好，管道中的交流信号就会出现沿程均匀地衰减的现象；假若管道的外防腐层有破损情况，那么在沿程测量管道的电流信号在破损点附近就会出现骤降的现象；同时，由于在接近破损点的部位的电压差最大，用仪器便可检测到这种电流的异常，那么这样就可以对管道外防腐层的破损点进行具体定位。

基于以上原理，目前生产商所生产的检测设备主要有C-扫描设备和管中电流法测绘设备。①C-扫描设备。C-扫描采用的交流信号是单一的937.5Hz交流信号。C-扫描在测试过程中可以进行自动地记录、处理和储存相关的检测数据，并且立即显示各种检测曲线，这样有利于对外防腐层性能进行评判。但是，该设备价格偏高，并且由于是单一交流信号，所以一旦受到干扰，其就很难避开干扰。另外，C-扫描中没有测量破损点电压异常的附件。②管中电流法测绘设备。管中电流法测绘设备是施加4Hz交流信号作为检绘信号，并且设置有128/640Hz的定位信号。管中电流法测绘设备中的接收机天线可可按峰值（双水平天线）和可按零值（单竖直天线）对破损点进行定位。但是管中电流法测绘设备的发射机是不带电源的，这样就使得其在野外操作时是不方便的。

（2）直流电压检测法

直流电压检测法就是利用现有的阴极保护直流信号或者临时向管道施加直流信号，然后在防腐层破损点检测到管对地极化电压的异常，从而确定破损点和破损程度。直流电压检测法主要包括两种方法，即密间隔电位测量法和直流电压梯度测量法。

1）密间隔电位测量法

密间隔电位测量法主要用于对CP系统的测量效果，从而间接反映防腐涂层受损状况。密间隔电位测量法沿着管道以间隔1.0～1.5m进行数据的采集，然后绘制连续的开/关管地电位曲线图，以曲线图来反映管道全线的阴极保护电位情况。当管道的外防腐层的某个点某处存在破损时，该处的电流密度就会增大，使得电位正向偏移，当电位偏移达到一定地数量时，在地表就可以检测到，比如所检测到的电位低于-850mV时，说明此时管道就会发生腐蚀。但是，密间隔电位测量法不能够对外防腐层破损的准确位置进行准确定位，因此，采用密间隔电位测量法时常常与直流电压梯度法相结合起来。

2）直流电压梯度法

现今，直流电压梯度法被广泛地应用在埋地钢管外防腐层破损的直接检测和评价领域中，其基本原理是当把一个直流信号（比如阴极保护信号）施加到带防腐层的管道上，就能在管道的防腐层破损点的管体和土壤之间，建立起电压梯度，即土壤的电压降ΔU。并且依据土壤的电压降占管道对地电压的百分比来计算涂层缺陷的大小和破损点的严重程度，即越靠近管道破损点的电压梯度就越大，其流失的电流也就越大，其判断标准为：小破损点：（0～15%）ΔU；中破损点：（16%一35%）ΔU；大破损点：（36%～100%）ΔU。

测量时把一个电极探头放在管道的正上方，另一个探头则放在管道的一侧，两探头相隔1～2m，沿管道走向隔一定的距离就进行测量，得出一组数据。如果所测量的距离与防腐层破损点足够近的话，就可以检测到直流电压梯度，并且其距离越接近破损点，高灵敏度的表头对开/关（ON/OFF）脉冲电流反应就越强烈，当超过最强点之后，电压就会出现逐渐降低的趋势，那么在两个电极探头电位的平衡点之间中点就是破损点的中心。由此可见，密间隔电位测量法可以准确地定位防腐层的破损点位置和破损的程度。

2.2 直埋钢质供水管道外防腐层的防护措施

神华准能公司自成立30余年，对管道腐蚀的严重性早已引起各相关单位部门和工程技术人员的足够重视，对埋地管道腐蚀调查结果表明，埋地管道外壁防腐绝缘层的损坏是造成管道遭受土壤及介质腐蚀的主要原因，为了保证管线长期安全运行，针对土壤腐蚀的特点，可以从以下几个途径对直埋钢质供水管道外防腐层进行防护：

（1）选用耐腐蚀的材料作为防腐层

由于外防腐层是管道的第一道屏障，对直埋钢质供水管的腐蚀起到约95%以上的防护作用，因此，建议公司选购一批耐腐蚀性强、适应性强、以及易于操作的材料作为管道外防腐层，根据管道所处的环境、管道的运行温度、费用等因素，来选择耐腐蚀的防腐层材料。比如选用三层PE外防腐层，这样在管道穿越后的损失很小，而且其具有较强的耐腐蚀性。

（2）增加管道与土壤之间的过渡电阻

增加管道与土壤之间的过渡电阻，从而实现减小腐蚀电流，这样便可以减小整个环境的腐蚀作用，对管道外防腐层的损坏也起到一定的保护作用。在此，可以采用石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带、环氧树脂粉末、三层PE绝缘层等，由于增大绝缘层的电阻，这些防腐层的绝缘层的致密性良好（无针孔等），从而能够有效地将腐蚀电流减少到最小程度。另外，对直埋钢质供水管道外防腐层的防护还可以对其采用电保护法（即阴极保护或牺牲阳极保护），这种电保护法一般与绝缘层保护相结合，达到减小电流的消耗来保护防腐层。

3 结语

综上所述，在直埋钢质供水管道外防腐层进行有效的检测和防护，就能及时发现外防腐层的破损点，并且及时采用科学有效的措施对出现损坏的外防腐层的破坏点进行修复，从而确保供水管道在良好的状态下安全运行。在科技水平不断发展和提高的趋势下，公司对直埋钢质供水管道外防腐层的检测技术和设备越来越完善，其所使用的材料也越来越优质，并且其检测程序也越来越规范，这些改进为提高埋地燃气管道的安全管理水平提供保障，并将在提高公司在供水管道整体运行效益方面发挥更加重要的作用。腐蚀与防腐是一门理论性、系统性很强的新型边缘科学，该领域应用中仍有许多问题需要努力探索，由于笔者知识浅薄，文中谬误不当之处在所难免，敬请同行专业人员与读者批评指正。

参考文献：

[1]郭勇.埋地管道外防层PCM检测技术[J].石油和化工设备，2011（07）.

[2]肖俊建，吴明明，冯超英.埋地管道外防腐及快速检测技术[J].化工生产与技术，2004.

[3]江涛，于东升.埋地管道外防腐层的检测与修复[J].管道技术与设备，2013（02）.

[4]沙宝良.埋地管道的防腐参数采集传输与防腐性能评价[J].城市建设理论研究，2013（20）.

[5]郭生武.埋地钢质管道外防腐层的选择与运用[J].油气储运，2014（03）.