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是什么引起居民小區(qū)低壓燃?xì)夤艿李l繁發(fā)生腐蝕泄漏？

2022-05-09 13:58:32 作者：孫健民，田念佩等來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，燃?xì)庾鳛橐环N優(yōu)質(zhì)、高效、便捷、清潔的能源，其用量大幅增加，城市地下管網(wǎng)的規(guī)模也不斷擴(kuò)大。但城市燃?xì)饩哂幸兹肌⒁妆奶攸c(diǎn)，容易發(fā)生泄漏事故，嚴(yán)重的可能會(huì)引起爆炸，威脅人身安全。因此，明確燃?xì)庑孤┰颍⒉扇∮行У臋z測(cè)與防護(hù)措施，避免事故發(fā)生，對(duì)于保證城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

據(jù)相關(guān)資料調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，由腐蝕引起的泄漏事故占管道總泄漏搶修事故的40％以上。影響腐蝕的因素有很多，如土壤腐蝕性、管道防腐蝕層狀況、陰極保護(hù)狀況及雜散電流干擾等。

某居民小區(qū)燃?xì)夤艿烙?007年開始運(yùn)行，為低壓燃?xì)夤艿溃瑳]有施加陰極保護(hù)。近年來，小區(qū)管道發(fā)生了多次腐蝕泄漏事故，嚴(yán)重威脅到居民的人身安全。為查明腐蝕泄漏原因，技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)失效管道的管地電位，流入、流出電流密度及土壤電阻率等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，并進(jìn)行了腐蝕檢查片的埋設(shè)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)電連接性測(cè)試試驗(yàn)。測(cè)量方法均參照GB/T 21246-2020《埋地鋼制管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》。

土壤電阻率測(cè)試

使用土壤電阻率測(cè)量?jī)x（ZC-8），采用Wenner等距四極法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了管道埋深處的平均土壤電阻率。每個(gè)接地棒之間的距離為2米，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，管道埋設(shè)1米處的平均土壤電阻率為32 Ω·m，按照GB/T 21447標(biāo)準(zhǔn)，土壤的腐蝕性為中等。

管道管地電位測(cè)試

采用飽和硫酸銅參比電極（CSE）及數(shù)字萬用表對(duì)失效管段管地電位進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)得燃?xì)夤艿赖墓艿仉娢粸?0.39 V，同一環(huán)境中孤立的鋼鐵結(jié)構(gòu)物的腐蝕電位約為-0.55~-0.60 V，埋地管道的腐蝕電位明顯正于孤立鋼鐵結(jié)構(gòu)物。

腐蝕檢查片測(cè)試

在泄漏管段現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)腐蝕檢查片，以腐蝕檢查片來模擬埋地管道防腐層破損點(diǎn)。采用管道極化檢查片與自腐蝕檢查片，其中極化檢查片通過測(cè)試樁實(shí)現(xiàn)與待測(cè)管道的電連接，獲得腐蝕速率及檢查片通電電位、斷電電位與電流密度等參數(shù)；自腐蝕檢查片不和管道電連接，以獲得其在所處土壤環(huán)境中的自腐蝕速率。檢查片埋設(shè)時(shí)間為六個(gè)月，示意圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)示意圖

檢查片埋設(shè)前首先通過電子天平稱量，獲得原始質(zhì)量；埋設(shè)6個(gè)月取出后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室處理（包括物理清理和化學(xué)酸洗兩步）。物理清理主要是將檢查片表面沉積的泥土和沙子清除。檢查片在水中浸泡約10分鐘，用毛刷清除掉表面的土壤覆蓋層，觀察表面腐蝕產(chǎn)物顏色。酸洗按照ASTM G1-03標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將拍照后的試樣放入特定酸洗液中酸洗，再用去離子水、酒精依次沖洗，吹干后再次記錄其腐蝕形貌并稱量，在此基礎(chǔ)上計(jì)算失重量與腐蝕速率。

測(cè)試得到腐蝕檢查片的通電電位為-0.39 V，斷電電位為-0.58 V，通電電位明顯正于其斷電電位，說明有電流從管道穩(wěn)定流出；腐蝕檢查片的電流密度為負(fù)值，表明有電流從管道穩(wěn)定流出，約為5.4 A/m2。該流出的直流電流加速了檢查片的腐蝕。

（a）剛從土壤取出（b）物理清洗后（c）化學(xué)酸洗后

圖2 自腐蝕檢查片的宏觀形貌

（a）剛從土壤取出（b）物理清洗后（c）化學(xué)酸洗后

圖3 與管道相連檢查片的宏觀形貌

由圖2和圖3可見：自腐蝕檢查片表面覆蓋土層；與管道相連的檢查片表面沉積著土和腐蝕產(chǎn)物的混合物，且牢固黏附在檢查片表面。在實(shí)驗(yàn)室中物理清理后，自腐蝕檢查片表面較為平整，有少量沙土黏著。與管道相連檢查片表層沙土仍黏附在檢查片表面，裸露部分可見分布著均勻的黑色腐蝕產(chǎn)物層，邊緣處分布著黃褐色的銹層，這是典型的直流流出電解形貌。采用化學(xué)酸洗除去檢查片表面的腐蝕層，金屬基體顯露，自腐蝕檢查片表面腐蝕較為均勻，腐蝕面較為光滑平整，與管道相連的檢查片表面腐蝕很嚴(yán)重，出現(xiàn)凹凸不平的腐蝕坑。

自腐蝕檢查片的腐蝕速率為0.061 mm/a，與管道相連的極化檢查片的腐蝕速率為5.939 mm/a，約為自腐蝕檢查片的97倍，其較高的腐蝕速率與穩(wěn)定流出的電流密切相關(guān)。

電連接測(cè)試

采用固定參比電極的電位法進(jìn)行燃?xì)夤艿篮推渌摻Y(jié)構(gòu)物如樓房接地、自來水管道等之間電連接性的測(cè)試，測(cè)量接線如圖4所示。燃?xì)夤艿篮推渌摻Y(jié)構(gòu)物共用同一飽和硫酸銅參比電極，保持飽和硫酸銅參比電極位置不變，利用FLUCK289高阻抗電壓表測(cè)量管地電位和其他鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)電位，并用UDL2高頻數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行電位記錄，根據(jù)管地電位和鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)電位的大小及變化情況，判斷二者是否電連接。

圖4 電連接性測(cè)試示意圖

結(jié)果顯示：燃?xì)夤艿馈⒔ㄖ锝拥亍⒆詠硭艿馈羲拥氐碾娢环謩e為-0.39、-0.39、-0.48、-0.52 V。可見與其他鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物相比，管道和建筑物接地（接地地網(wǎng)）電位偏正，大小相同，說明二者存在電連接。由于鋼質(zhì)燃?xì)夤艿涝倦娢回?fù)于接地網(wǎng)，二者的電連接會(huì)形成電偶腐蝕，其中低壓燃?xì)夤艿雷鳛殛枠O，接地網(wǎng)作為陰極，電流由燃?xì)夤艿懒鞒觯瑢?dǎo)致陽極極化，電位正向偏移。

低壓燃?xì)夤艿赖男孤┰?/span>

及防護(hù)建議

管道腐蝕電位和模擬管道防腐層破損點(diǎn)檢查片的通電電位明顯偏正，通電電位正于斷電電位，電流密度測(cè)量表明有穩(wěn)定的直流電流從檢查片流出，法拉第定律計(jì)算得腐蝕速率為6.294 mm/a，與實(shí)測(cè)腐蝕速率在相同的數(shù)量級(jí)。與管道相連極化檢查片表面分布著均勻的黑色腐蝕產(chǎn)物層，為典型的直流流出電解的形貌，其腐蝕速率為5.939 mm/a，與理論計(jì)算得到的腐蝕速率相對(duì)誤差為5.89%。其較高的腐蝕速率與穩(wěn)定流出的電流密切相關(guān)。而引起電流流出的根本原因在于燃?xì)夤艿琅c建筑物接地之間存在電連接，形成電偶腐蝕，管道作為陽極，電位正向偏移，有穩(wěn)定電流流出。由此可見，由于接地地網(wǎng)與燃?xì)夤艿来嬖陔娺B接造成的電偶腐蝕是導(dǎo)致該小區(qū)管道失效的主要原因。

綜上可知，該燃?xì)夤艿朗г蛑饕墙拥氐鼐W(wǎng)與燃?xì)夤艿来嬖陔娺B接，造成電偶腐蝕。針對(duì)城市居民小區(qū)低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)高頻泄漏的普遍現(xiàn)狀，對(duì)防止此類腐蝕提出以下建議：

（1）在建設(shè)施工階段，燃?xì)夤艿篮屯瑓^(qū)域的地下金屬構(gòu)建應(yīng)保持一定的距離，防止發(fā)生電連接。

（2）設(shè)置絕緣結(jié)構(gòu)，采用絕緣法將埋地燃?xì)夤艿琅c樓房鋼筋、接地網(wǎng)等進(jìn)行電隔離。

（3）對(duì)埋地低壓燃?xì)夤艿朗┘雨帢O保護(hù)，陰極保護(hù)可以有效抑制電偶腐蝕、雜散電流腐蝕及一般的土壤腐蝕問題。

（4）腐蝕主要發(fā)生在防腐層破損點(diǎn)處，應(yīng)對(duì)防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行定期檢測(cè)與修復(fù)。

結(jié)論

（1）對(duì)泄漏低壓燃?xì)夤艿兰跋嗤馁|(zhì)孤立金屬結(jié)構(gòu)物的電位測(cè)試結(jié)果表明，埋地燃?xì)夤艿赖墓艿仉娢幻黠@正于同一環(huán)境中孤立的鋼鐵結(jié)構(gòu)物，說明低壓燃?xì)夤艿腊l(fā)生了陽極極化，導(dǎo)致電位正向偏移。

（2）模擬管道防腐層破損點(diǎn)檢查片的通電電位明顯正于其斷電電位，流出直流電流密度為5.4 A/m2。

（3）與燃?xì)夤艿老噙B檢查片表面均勻分布著黑色的腐蝕產(chǎn)物，是典型的電流流出的電解腐蝕形態(tài)，腐蝕速率為5.939 mm/a，遠(yuǎn)高于自腐蝕檢查片。

（4）燃?xì)夤艿琅c建筑物接地存在電連接，形成電偶腐蝕，管道電位正移，腐蝕速率大幅增加，電偶腐蝕是導(dǎo)致該小區(qū)管道失效的主要原因。

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