截至2018年，北京市天然氣管道長度已達2.5萬公里。其中，由北京燃氣集團投資、建設(shè)和運營的管道長度超過2萬公里，材質(zhì)為鋼質(zhì)的天然氣管道長度超過1.6萬公里。隨著燃氣管網(wǎng)的飛速發(fā)展及埋地燃氣管道服役環(huán)境的日益復雜，由腐蝕導致的管道泄漏占比超過40%，這對其安全服役造成了較大威脅。在現(xiàn)場管道泄漏搶修中發(fā)現(xiàn)，腐蝕是引起埋地燃氣管道破壞和失效的主要原因之一，對于中低壓管道，面臨的風險主要來自于管道外腐蝕，而影響管道外腐蝕的因素很多，如土壤腐蝕性、陰極保護狀況、雜散電流等。盡管已有學者對管道外腐蝕的影響因素進行了系統(tǒng)性的研究，但哪些因素是關(guān)鍵影響因素尚未可知。因此，北京市燃氣集團有限責任公司和北京科技大學的研究人員對北京某區(qū)域中低壓管網(wǎng)于2016~2020年間的腐蝕泄漏數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，以期找出影響管道腐蝕的主要因素。

一、北京某區(qū)域中低壓管網(wǎng)近年腐蝕泄漏情況

收集整理了北京某區(qū)域中低壓管網(wǎng)于2016~2020年間的腐蝕泄漏情況，并進行了數(shù)據(jù)的整理和電子化，剔除了無效數(shù)據(jù)，對整理過的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，2016~2020年間，中低壓管網(wǎng)區(qū)約發(fā)生了324次腐蝕泄漏，2018~2019年間的泄漏次數(shù)最多，每年近90起，2016年的次數(shù)最少，僅37起。

二、外腐蝕泄漏的影響因素

1、服役時間的影響

服役時間是影響管道腐蝕行為的重要因素。隨著服役時間的延長，防腐蝕層逐漸老化，性能下降，會對管道腐蝕造成嚴重影響。

由圖1可見：管道腐蝕泄漏事件數(shù)量有兩個峰值區(qū)域。當管道的服役時間為11~18年時，失效泄漏事件最多，其中服役時間為15年的管道發(fā)生的腐蝕泄漏次數(shù)最多，為13次；其次是服役時間為26~28年的管道，腐蝕泄漏超過6次。

圖1 管道發(fā)生腐蝕泄漏事件數(shù)量隨管道服役時間的變化關(guān)系

目前，燃氣管道的設(shè)計壽命一般為30年，隨著服役時間的延長，腐蝕風險逐漸增加，不過針對服役25年以上的管道，大部分會有整改（大修）措施，經(jīng)過大修整改之后管道的泄漏頻次會有所下降。

2、管道壓力等級的影響

不同壓力等級埋地管道的腐蝕泄漏頻次不同， 對中低壓管道的腐蝕泄漏事件進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：低壓管道泄漏次數(shù)為276次，占管道泄漏事件總量的85.2%；中壓管道泄漏次數(shù)為48次，占比為14.8%。對于低壓管道來說，由于防腐蝕層質(zhì)量較差和沒有施加有效的陰極保護兩方面原因，其出現(xiàn)高頻泄漏；中壓管道部分施加了陰極保護，故泄漏發(fā)生相對較少。

3、防腐蝕層質(zhì)量的影響

防腐蝕層是防止服役埋地管道腐蝕的重要屏障，其類型和完好程度直接決定了管道的使用壽命。目前，燃氣管道常用防腐蝕層有瀝青類、膠帶類、環(huán)氧粉末、3PE等。瀝青類防腐蝕層具有設(shè)計、施工技術(shù)成熟，成本較低，施工過程不會對環(huán)境造成破壞等優(yōu)點。然而，瀝青防腐蝕層厚度不均勻，隨著服役時間的延長，防腐蝕層易脆裂，且抗沖擊性能比較差；膠帶類防腐蝕層具有操作簡單，成本低廉的優(yōu)點，但易發(fā)生防腐蝕層剝離；3PE是比較完善的防腐蝕結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的化學防腐蝕性能和較高的力學性能，尤其是耐磨性和附著力最佳，但其成本相對較高。通過調(diào)查不同防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)發(fā)現(xiàn)：瀝青類防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)最多，為280次，占比為87%；其次是膠帶類防腐蝕層管道，泄漏次數(shù)為27次，占比為8.4%；3PE防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)為14次，占比為4.3%；環(huán)氧粉末防腐蝕層管道的泄漏次數(shù)最少，只有4次，占比僅為0.3%。防腐蝕層的服役年限也嚴重影響了其壽命與腐蝕風險，在調(diào)查中，瀝青防腐蝕層管道的平均服役年限最長，約為23年；膠帶類防腐蝕層管道的平均服役年限約為16年；3PE防腐蝕層管道的平均服役年限最短，約為12年。

4、陰極保護的影響

陰極保護是防護埋地燃氣管道外腐蝕的重要技術(shù)，目前，高壓埋地燃氣管道普遍采用了陰極保護，部分中壓管道也采取了陰極保護，但大部分低壓管道沒有采取陰極保護。本調(diào)查中，沒有施加陰極保護的管道失效次數(shù)約為310次，占比為95.7%；而施加陰極保護管道的失效次數(shù)僅有14次。由此可見，施加陰極保護對管道保護具有顯著效果。對施加了陰極保護但仍然發(fā)生腐蝕泄漏的管道進行分析，結(jié)果表明陰保失效即電位正于-850 mV（相對于銅/硫酸銅參比電極）的約占30%，受到雜散電流干擾而導致管道腐蝕泄漏的約占43%。

5、雜散電流的影響

目前，雜散電流是影響埋地管道腐蝕的重要因素，其中直流雜散電流更是影響社區(qū)低中壓管道腐蝕的主要因素。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)域95.7%發(fā)生腐蝕泄漏的低中壓管道沒有陰極保護，對于無陰極保護的管道，其附近的地電位梯度是衡量管道所受雜散電流強度的重要指標。GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》指出，當?shù)仉娢惶荻炔钪荡笥? mV/m時，雜散電流的干擾程度為強。本調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，62%發(fā)生腐蝕泄漏的管道附近的地電位梯度差值大于5 mV/m，這更表明對于沒有陰極保護的管道，雜散電流的強弱是影響管道腐蝕的重要影響因素。

6、土壤電阻率對管道腐蝕

泄漏的影響

土壤腐蝕性也是影響埋地鋼質(zhì)管道腐蝕的重要因素之一，而土壤電阻率是表征土壤腐蝕性的重要參數(shù)。GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗》指出：當土壤電阻率小于20 Ω·m時，土壤腐蝕性為強，當土壤電阻率大于或等于20 Ω·m時，土壤腐蝕性為中等或弱。對本工作調(diào)查區(qū)域埋地燃氣管道附近的土壤電阻率進行調(diào)查，結(jié)果表明土壤電阻率小于20 Ω·m時，埋地管道發(fā)生的腐蝕泄漏次數(shù)為4次，占比2.3%；當土壤電阻率大于等于20 Ω·m時，埋地管道發(fā)生的腐蝕泄漏次數(shù)為169次，占比97.7%。雖然整個被調(diào)查區(qū)域的土壤腐蝕性為中等或弱，但仍然有大量中低壓埋地管道發(fā)生了腐蝕泄漏，這表明土壤腐蝕性不是影響這些管道發(fā)生腐蝕泄漏的關(guān)鍵因素，還存在其他影響因素導致管道發(fā)生腐蝕泄漏。

7、管道腐蝕泄漏特征分析

根據(jù)現(xiàn)場泄漏搶修的調(diào)查結(jié)果，不同服役年限腐蝕泄漏管道的宏觀腐蝕形貌差異很大。如圖2所示：部分管道的腐蝕泄漏是由均勻腐蝕造成的，其特點是防腐蝕層大面積老化，管道整體均存在明顯腐蝕，另一部分管道的腐蝕泄漏是由局部腐蝕穿孔造成的，其特點是管道僅局部有嚴重腐蝕；且服役時間超過30年的腐蝕泄漏管道整體呈均勻腐蝕，服役時間未超過20年的腐蝕泄漏管道呈現(xiàn)局部腐蝕穿孔。

(a) 均勻腐蝕       (b) 局部腐蝕穿孔

(c) 服役年限超過30年  (d) 服役年限不超過20年

圖2 腐蝕泄漏管道的宏觀形貌

管道腐蝕形貌的差異是因為腐蝕原因及腐蝕機理不同，均勻腐蝕可能是由于管道在土壤中的自然腐蝕，管道壁厚均勻減薄，最終管道發(fā)生泄漏；而局部腐蝕可能是因為管道防腐蝕層存在破損點，進而有外部電流從破損點流入，從另一個破損點流出，在流出部分發(fā)生腐蝕，最終導致管道的局部腐蝕穿孔。

三、結(jié)論

(1) 對于北京地區(qū)中低壓管道，防腐層類型、陰極保護情況是其腐蝕泄漏的最關(guān)鍵影響因素，對于無陰保且防腐蝕層質(zhì)量差的管道，雜散電流強度是管道泄漏的關(guān)鍵影響因素；

(2) 服役時間為11~18年管道的泄漏頻次最高，其次為服役26~28年的管道；

(3) 瀝青類防腐蝕層的防護效果最差；3PE防腐蝕層的防護效果最好；

(4) 無陰極保護的管道腐蝕泄漏頻發(fā)，占比95.7%；而施加有效陰極保護后，管道泄漏事件極少，說明陰極保護對于外腐蝕控制的效果顯著；

(5) 強雜散電流干擾是影響管道腐蝕泄漏的影響因素之一；

(6) 現(xiàn)場管道腐蝕泄漏的形貌存在很大差異，說明中低壓管網(wǎng)腐蝕泄漏的原因和腐蝕過程存在差異，具體原因有待更為細致的測試分析。

四、夢能服務(wù)與支持

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夢能對技術(shù)服務(wù)團隊始終進行一系列的標準化管理，從專業(yè)培訓到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進行定期的技術(shù)培訓和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

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