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(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展和管道里程的增加，特殊埋設環(huán)境、交直流干擾、涂層老化剝離等問(wèn)題大量出現，也給管道腐蝕防護工作提出了新的挑戰。為此，我們特別邀請管道行業(yè)知名的防腐專(zhuān)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(wèn)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(wèn)： 管道運行維護過(guò)程中發(fā)現多起三層PE外防腐層黏結力不佳、雙環(huán)氧防腐層吸水率過(guò)高等問(wèn)題，主要原因是什么？如何改進(jìn)？

劉玲莉： 從國內外管道工程來(lái)看， 3PE防腐層的早期失黏并不罕見(jiàn)。業(yè)界對此已開(kāi)展多年研究。根據現場(chǎng)調查和室內試驗研究，黏結力下降乃至完全喪失大多表現為底層環(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(huì )影響防腐層與鋼表面的黏結。

（2）熔結環(huán)氧粉末固化問(wèn)題，只有其完全固化，才能獲得最佳性能。如果熔融黏結過(guò)程中溫度控制出現偏差，溫度過(guò)低會(huì )導致固化不完全；溫度過(guò)高則可能導致環(huán)氧樹(shù)脂熱氧化分解。

（3）環(huán)氧粉末質(zhì)量問(wèn)題，主要成膜物環(huán)氧樹(shù)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(shí)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防腐層黏結有效的根本因素。另外通過(guò)涂裝前材料的高溫長(cháng)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(shuō)明的是，我個(gè)人是不相信物美價(jià)廉的，好東西一定不是最便宜的，不要讓低價(jià)中標成為我們選商的條件，要給予生產(chǎn)廠(chǎng)商合理的利潤空間，互利才能共贏(yíng)。

熔結環(huán)氧粉末屬于典型的無(wú)定型高分子聚合物，在長(cháng)期水環(huán)境下，水分子由表面逐步向涂層內部擴散并到達管體金屬表面，降低涂層附著(zhù)力而導致涂層失效。該類(lèi)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(wèn)題，固化程度不夠或交聯(lián)密度過(guò)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(mǎn)足標準只是最低要求，通過(guò)高溫長(cháng)期陰極剝離指標性能測試可以很好地判斷涂層的長(cháng)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(guò)程控制及檢驗等。

問(wèn)： 站場(chǎng)埋地設施相對復雜，外防腐層種類(lèi)、規格較多，站場(chǎng)陰極保護運行和維護也存在接地、屏蔽等問(wèn)題，如何更好地對站場(chǎng)管道進(jìn)行外腐蝕控制有效性評價(jià)？

劉玲莉： 站場(chǎng)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(xiàn)管道那樣確定保護末端，同一區域有可能同時(shí)存在過(guò)保護、欠保護問(wèn)題。其腐蝕控制有效性的評價(jià)需要準確、足量的測試數據，更關(guān)鍵的在于測試點(diǎn)的選取。囿于美觀(guān)要求，站場(chǎng)內不太可能設置太多的測試樁，但是可以設置簡(jiǎn)易測試點(diǎn)并安裝參比管方便測試。建議在對站場(chǎng)區域陰極保護系統調試期間，通過(guò)密間隔電位測試以確定測試點(diǎn)位置，至少應包括最低電位點(diǎn)、最高電位點(diǎn)、代表性位置等。此外站場(chǎng)區域陰極保護系統的保護對象結構復雜，系統波動(dòng)比較頻繁，降雨、場(chǎng)區噴灑水、維修改造擴建等都會(huì )影響系統運行和保護電流分布，因此需要密切關(guān)注系統輸出的異常變化，其監控也至關(guān)重要。

問(wèn)： 現行規范只提供了大氣環(huán)境防腐層的設計壽命，是否可以確定各類(lèi)埋地管道防腐層的設計壽命，作為選擇防腐層及后續運行維護的參考依據？運行中后期的管道如何通過(guò)更有效的防腐層評價(jià)與維護延長(cháng)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(jìn)行局部修復；絕緣性能下降可以調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(shí)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(zhù)原防腐層壽命終結。目前很難給出一個(gè)確定的使用壽命，國內外管道防腐層技術(shù)標準或規范也都沒(méi)有明確的設計壽命指標。一般依據同類(lèi)防腐層的實(shí)際使用情況可大致給出一個(gè)平均壽命。

通過(guò)管道檢測可以發(fā)現管道本身以及防腐層存在的問(wèn)題，內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，因此內外檢測要相互結合。運行中后期更需要關(guān)注管道內檢測結果，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)現問(wèn)題及早處理，確保管道的腐蝕控制有效。

問(wèn)： 目前管道行業(yè)在大力推進(jìn)管道的數字化智能化，應該從哪些方面推進(jìn)管道防腐專(zhuān)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(zhuān)業(yè)而言，智能化主要還是從管道陰極保護數據的自動(dòng)采集、有效傳輸、深度分析及充分利用等方面推進(jìn)。目前新建管道大都安裝了智能測試樁，數據的傳輸和存儲基本不存在大的問(wèn)題，但在數據的深度分析和充分利用方面還需要多做些工作。目前數據分析大多只是簡(jiǎn)單的數據比對和超限報警，數據利用也限于保護效果的判定。智能化程度還有待進(jìn)一步提高，數據的利用也可以更充分深入。例如可將陰極保護數據采集與專(zhuān)業(yè)數值模擬軟件相結合，實(shí)現在線(xiàn)仿真計算并自動(dòng)提供解決方案，特別是對于雜散電流干擾段、多管并行敷設等復雜環(huán)境下的 管道腐蝕控制具有重要意義。

問(wèn)： 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(dòng)很大），如何采集真實(shí)電位？管道敷設在河道內難以開(kāi)挖，更換遠傳測試樁試片及參比電極的施工難度較大，在近地表處埋設試片及參比電極，對測量結果的影響有多大？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(wú)法準確測量管道極化電位時(shí)，可以采用陰極保護試片法評估腐蝕速率。通常做法是埋設6個(gè)月以上的試片挖出來(lái)后，通過(guò)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(jià)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(gè)不同的概念。絕大多數情況下，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(diǎn)：試片瞬間中斷、設計合理的土壤管、參比電極盡可能靠近、合理延時(shí)讀數。

關(guān)于河道內管道極化電位測試，試片法的核心是埋設在與管道相同的電解質(zhì)環(huán)境中。因近地表土壤類(lèi)型、含水量、含氧量等與穿越段管道實(shí)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(jià)和監測問(wèn)題，加拿大Corrosion Service 公司提出了利用穿越段地質(zhì)孔開(kāi)展監檢測的方案，詳見(jiàn)PRCI研究報告（PR-444-143603）。

問(wèn)： 輸氣管道壓縮機出口埋地管道溫度變化區間較大，且溫度最高達到近100℃，管道陰極保護有效性評價(jià)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(méi)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(kāi)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）推薦埋設一些靠近管道的腐蝕試片。

問(wèn)： 站場(chǎng)區域陰極保護系統對站外干線(xiàn)管道陰極保護系統的干擾怎么消除？

劉玲莉： 站場(chǎng)區域陰極保護系統對站外干線(xiàn)管道陰極保護系統的干擾，一般采取以下防護措施：

（1）調整站內陰極保護系統各路輸出，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(xiàn)陰極保護系統的電位控制點(diǎn)也就是通電點(diǎn)、零位接陰及控制參比電極的安裝位置，使其遠離站內保護系統的影響區域。

（3）如果干擾導致干線(xiàn)管道陰極保護系統輸出減少，可在干線(xiàn)陰極保護系統電位控制點(diǎn)附近連接埋地鋼制金屬或硅鐵陽(yáng)極，吸收來(lái)自站內區域陰極保護系統的干擾電流；反之，可在控制點(diǎn)附近安裝犧牲陽(yáng)極提供補充保護，抑制干線(xiàn)陰極保護系統輸出。但這些都需要通過(guò)現場(chǎng)試驗確定要連接的埋地金屬的規模。

（4）改變站內陰極保護系統的陽(yáng)極地床位置或類(lèi)型，該種方法適用于站場(chǎng)區域陰極保護試運行調試階段，對于已投入運行的站場(chǎng)改造起來(lái)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(gè)可接受的程度即可。

問(wèn)： 陰極保護系統深井陽(yáng)極地床設計深度是否會(huì )對陰極保護效果產(chǎn)生影響，是否有必要開(kāi)展關(guān)系分析？

劉玲莉： 深井陽(yáng)極地床的設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構較為密集的站場(chǎng)礦區等場(chǎng)合，深井陽(yáng)極地床深度越大，電流分布得也就越均勻。但是設計深度的選擇也需要根據地質(zhì)條件是否適合、是否存在外部金屬結構（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(lái)確定。因此有必要開(kāi)展相關(guān)的關(guān)系分析，可以通過(guò)數值模擬來(lái)輔助設計。

問(wèn)： 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(xiàn)路交叉時(shí)，在臨 近滿(mǎn)足交叉角度55°這個(gè)要求時(shí)，是否需要增設排流裝置？標準中提到“結合防護措施，交叉角度可適當減小”，小到多少是難以接受的？電力線(xiàn)路交叉時(shí)，開(kāi)闊地區1個(gè)塔高的距離要求，是什么目的？電力線(xiàn)路交叉時(shí)，標準對小于220 kV輸電線(xiàn)路的鐵塔和電桿接地的最小距離統一為5米。是否已經(jīng)考慮了不同地區的土壤電阻率、對地故障電流或雷電流的大小、故障持續時(shí)間、管道防腐層電氣強度等因素？如何計算和評價(jià)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(xiàn)與管道間距、平行長(cháng)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，并不能據此作為評價(jià)交流干擾強弱的唯一依據。推薦做法是根據實(shí)際參數開(kāi)展仿真計算和排流方案優(yōu)化。

電力線(xiàn)路交叉時(shí)，開(kāi)闊地區1個(gè)塔高的距離要求是一個(gè)經(jīng)驗值。個(gè)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(xiàn)和雷擊故障的阻性干擾。

電力線(xiàn)路交叉時(shí)，標準對小于220 kV 輸電線(xiàn)路的鐵塔和電桿接地的最小距離統一為5米，也只是經(jīng)驗值。個(gè)人認為， 5米還是太近了，確實(shí)應該根據最嚴苛的工況開(kāi)展計算和評估。目前相關(guān)計算技術(shù)成熟，可以參見(jiàn)基于求解全時(shí)域麥克斯韋方程HIFREQ軟件模塊。

問(wèn)： 管道與工業(yè)排污渠臨近時(shí)，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)排污渠的管段建設時(shí)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，能及時(shí)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(jià)等問(wèn)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(guò)，他的團隊對此做過(guò)系統研究，有興趣的同仁可找畢武喜博士進(jìn)行深入交流。

作者簡(jiǎn)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(xué)腐蝕與防護專(zhuān)業(yè)，先后就職于中國石油天然氣總公司管道局管道科學(xué)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(jià)、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(zhuān)業(yè)科技規劃、油氣儲運標準化等工作。作為審查專(zhuān)家參與國家應急管理部（原國家安監局）組織的新建油氣管道安全條件審查、安全設施設計審查及安全驗收審查等。作為主審專(zhuān)家參與近年來(lái)大部分新建油氣管道初步設計（防腐專(zhuān)業(yè)）審查以及漠大二線(xiàn)、中俄東線(xiàn)、閩粵支干線(xiàn)等管道的施工質(zhì)量督查，主持了防腐專(zhuān)業(yè)絕大部分CDP文件的審查以及部分技術(shù)標準審查。