劉玲莉

《管道保護(hù)》編輯部：腐蝕防護(hù)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(jì)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(hù)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(hù)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(jìn)？

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(dǎo)致固化不完全；溫度過高則可能導(dǎo)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(zhǔn)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?fù)绞褂寐涞胤鄣龋�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(biāo)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(biāo)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(kuò)散并到達(dá)管體金屬表面，降低涂層附著力而導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)只是最低要求，通過高溫長期陰極剝離指標(biāo)性能測試可以很好地判斷涂層的長期性能；還有就是嚴(yán)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(fù)雜，外防腐層種類、規(guī)格較多，站場陰極保護(hù)運行和維護(hù)也存在接地、屏蔽等問題，如何更好地對站場管道進(jìn)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(hù)電流分布，也不容易像干線管道那樣確定保護(hù)末端，同一區(qū)域有可能同時存在過保護(hù)、欠保護(hù)問題。其腐蝕控制有效性的評價需要準(zhǔn)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(hù)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(yīng)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(hù)系統(tǒng)的保護(hù)對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)波動比較頻繁，降雨、場區(qū)噴灑水、維修改造擴(kuò)建等都會影響系統(tǒng)運行和保護(hù)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(hù)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(hù)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(dǎo)致絕緣性能下降或剝離導(dǎo)致陰極保護(hù)屏蔽等。外力損傷可以進(jìn)行局部修復(fù)；絕緣性能下降可以調(diào)整陰極保護(hù)輸出或附加陰極保護(hù)，但當(dāng)附加陰極保護(hù)變得不經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范也都沒有明確的設(shè)計壽命指標(biāo)。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(jìn)管道的數(shù)字化智能化，應(yīng)該從哪些方面推進(jìn)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(hù)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(jìn)。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(hù)效果的判定。智能化程度還有待進(jìn)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(hù)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(fù)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(zhǔn)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(yuǎn)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(fù)雜雜散電流干擾段，最可靠的陰極保護(hù)有效性準(zhǔn)則是腐蝕速率準(zhǔn)則。當(dāng)無法準(zhǔn)確測量管道極化電位時，可以采用陰極保護(hù)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(hù)有效性，腐蝕速率準(zhǔn)則是國際上公認(rèn)的評價陰極保護(hù)有效性的第一準(zhǔn)則。

其次，應(yīng)該明確陰極保護(hù)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(hù)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(hù)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(jī)出口埋地管道溫度變化區(qū)間較大，且溫度最高達(dá)到近100℃，管道陰極保護(hù)有效性評價方法有那些？

劉玲莉： 高溫環(huán)境下的陰極保護(hù)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(hù)準(zhǔn)則更負(fù)，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(hù)系統(tǒng)對站外干線管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾怎么消除？

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

（1）調(diào)整站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)各路輸出，在確保保護(hù)電位達(dá)標(biāo)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(hù)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(yuǎn)離站內(nèi)保護(hù)系統(tǒng)的影響區(qū)域。

（3）如果干擾導(dǎo)致干線管道陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出減少，可在干線陰極保護(hù)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(hù)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(hù)，抑制干線陰極保護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)系統(tǒng)深井陽極地床設(shè)計深度是否會對陰極保護(hù)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(hù)效果的影響是肯定的，首先是其保護(hù)電流輻射的范圍，越深則范圍越廣；其次是保護(hù)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(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，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(biāo)準(zhǔn)中提到“結(jié)合防護(hù)措施，交叉角度可適當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)電壓的因素很多，主要有：負(fù)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。可以看出， 55°指標(biāo)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(rèn)為， 5米還是太近了，確實應(yīng)該根據(jù)最嚴(yán)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(hù)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(hù)措施。臨近工業(yè)排污渠的管段建設(shè)時應(yīng)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(hù)充分有效；安裝陰極保護(hù)及腐蝕速率探頭，監(jiān)測保護(hù)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(fù)雜環(huán)境下雜散電流干擾防護(hù)以及高溫管道陰極保護(hù)有效性評價等問題，我事先和國家管網(wǎng)北方管道有限責(zé)任公司科技研究中心畢武喜博士探討過，他的團(tuán)隊對此做過系統(tǒng)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(hù)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(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(hù)、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(tuán)公司油氣儲運專業(yè)科技規(guī)劃、油氣儲運標(biāo)準(zhǔn)化等工作。作為審查專家參與國家應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)審查。