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城市埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層安全質(zhì)量狀況分級問題的探討

文檔作者：孫敬清1 ,何仁洋2 ,湯　磊2 ,楊　永1 ,錢才富1 文檔來源： 1. 北京化工大學(xué) 2. 中國特種設(shè)備檢測研究中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月19日
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基金項(xiàng)目:國家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目(2001BA803B03 - 02)
收稿日期:2004 - 02 - 17 　　收修改稿日期:2004 - 03 - 20
城市埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層安全質(zhì)量狀況分級問題的探討
孫敬清1 ,何仁洋2 ,湯　磊2 ,楊　永1 ,錢才富1
(1. 北京化工大學(xué),北京　100029 ;2. 中國特種設(shè)備檢測研究中心,北京　100013)
　　摘要:對目前城市埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層安全質(zhì)量狀況分級評價(jià)現(xiàn)狀、分級等級以及分級評價(jià)指
標(biāo)進(jìn)行了探討和總結(jié),提出了分級級別劃分的方法,給出了用電流衰減法對石油瀝青進(jìn)行分級的參數(shù)
和部分具體數(shù)值,并對分級尚存的問題進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞:外覆蓋層;埋地鋼質(zhì)管道;分級評價(jià)
中圖分類號:TE973. 6 　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 　　文章編號:1004 - 9614 (2004) 04 - 0008 - 04
Study on Classification Assessment Methodology of Safety Quality
for Protective Coating of Buried Steel Pipelines
SUN Jing2qing1 , HE Ren2yang2 , TANGLei2 ,YANG Yong1 , QIAN Cai2fu1
(1.Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029 ,China ;
2. China Center of Special Equipment Inspection and Research ,Beijing 100013 ,China)
Abstract :The summary of the classification assessment methodology of the safety quality for the protective coating of the buried
steel pipelines at home and abroad was discussed. The class level and classification method as well as the assessment indicator was given.
It also presented the parameters and the level value of the classification assessment for the petroleum asphaltum coating by using AC/ DC
Current Attenuation Survey. Predicated the research themes about assessment methodology for the classification in future.
Key Words :Protective Coating ;Buried Steel Pipelines ;Classification Assessment Methodology
1 　引言
隨著國內(nèi)能源類型的轉(zhuǎn)變, 管道的應(yīng)用越來越
多。目前, 長輸管道與多數(shù)公用管道采用了鋼質(zhì)管
道埋地敷設(shè)方式。為了延長管道使用壽命、降低運(yùn)
營成本, 埋地鋼質(zhì)管道普遍采用涂敷外覆蓋層加陰
極保護(hù)的聯(lián)合防腐措施。涂敷外覆蓋層是為了加大
腐蝕電流回路中的電阻, 從而減小腐蝕電流; 而陰
極保護(hù)則是以消耗外加能量(電能或化學(xué)能) 來換
取對材料的保護(hù)[1 ] 。正確涂敷的外覆蓋層應(yīng)該為埋
地構(gòu)件提供99 %的保護(hù)需求, 而余下的1 %才由陰極
保護(hù)(CP) 提供, 因此外覆蓋層的質(zhì)量決定著防腐
效果。實(shí)踐證明: 對于外覆蓋層較差的管道, 管道
本體的安全性能也較差。因此, 準(zhǔn)確地評價(jià)外覆蓋
層的安全質(zhì)量等級, 有助于正確地進(jìn)行壓力管道的
運(yùn)行維護(hù)與檢驗(yàn), 對于管道使用單位以及政府安全
監(jiān)察機(jī)構(gòu)行使相應(yīng)職責(zé), 確保管道安全運(yùn)行有著重
要的指導(dǎo)意義[2 - 3 ] 。對城市埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層
安全質(zhì)量狀況分級評價(jià)現(xiàn)狀、分級等級以及分級評
價(jià)指標(biāo)進(jìn)行探討, 并提出了針對石油瀝青安全質(zhì)量
狀況的分級雛形。
2 　外覆蓋層安全質(zhì)量分級狀況
國內(nèi)關(guān)于外覆蓋層安全質(zhì)量分級評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)較
少,只有10 a 前原中國石油天然氣總公司制訂的針對
石油瀝青外覆蓋層的分級評價(jià)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4 ] ( SY/
T5918 —94) ,該標(biāo)準(zhǔn)從絕緣電阻率、老化程度及表現(xiàn)等
2 個(gè)方面將外覆蓋層分為5 級。絕緣電阻測量方法
有:電位差法、管中電流法、變頻選頻法;而老化程度
及表現(xiàn)分級主要是從外觀表象進(jìn)行涂層分級評價(jià),見
表1。
該標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是:只針對石油瀝青涂層,所提出
的絕緣電阻測量方法在城市范圍內(nèi)使用具有較大的
局限性,沒有涉及當(dāng)前常用的檢測技術(shù)。因此,急需
提出一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)來填補(bǔ)這個(gè)空白。
　　由于不同質(zhì)量的外覆蓋層所需的保護(hù)電流密度
不同, 文獻(xiàn)[5 ] 提出利用保護(hù)所需要的最小電流密
度進(jìn)行分級, 見表2。但保護(hù)電流密度不容易測得
(需要開挖) , 特別是在城市地區(qū), 受雜散電流的干
擾嚴(yán)重。
　2004 年
　第4 期
管道技術(shù)與設(shè)備
Pipeline Technique and Equipment
2004 　
No14 　
表1 　電法測量防腐層絕緣電阻率的等級劃分[ 4] 　Ω·m2
防腐層等級
電位差法測得
絕緣電阻率
管內(nèi)電流法和
選頻變頻法
測得電阻率
老化程度及表現(xiàn)
一級(優(yōu)) > 5 000 > 10 000 基本無老化
二級(良) 2 500～5 000 5 000～10 000 老化輕微,無剝離和損壞
三級(一般) 1 500～2 500 3 000～5 000
老化較輕,基本完整, 瀝
青發(fā)脆
四級(差) 500～1 500 1 000～3 000
老化較嚴(yán)重,有剝離和較
嚴(yán)重的吸水現(xiàn)象
五級(劣) < 500 < 1 000
老化和剝離嚴(yán)重,輕剝即
掉
表2 　依據(jù)實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)所需要的最小電流量劃分　mA/ m2
防腐(涂) 層等級最小電流密度
極好0100～0105
好0105～0111
中等0111～0122
差0122～1108
非常差1108～2158
　　美國NACE Standard TM0102 —2002[6 ]提出利用電
導(dǎo)率進(jìn)行分級,見表3。可見,該分級方法是針對土壤
電阻率為10 Ω·m 的土壤環(huán)境,且沒有注明適用于何
種外覆蓋層。
表3 　10 Ω·m土壤電阻率下外覆蓋層電導(dǎo)系數(shù)與
外覆蓋層質(zhì)量對應(yīng)關(guān)系表μS/ m2
外覆蓋層質(zhì)量規(guī)格化的電導(dǎo)系數(shù)取值范圍
極好< 100
好101～500
一般501～2 000
差> 2 000
　　NACE RP0502 —2002[7 ]則提出應(yīng)按每種不同間接
檢測方法分別進(jìn)行分級,見表4 ,并提出了具體的程序
與步驟。但該標(biāo)準(zhǔn)沒有說明每個(gè)級別的具體數(shù)值,也
沒有注明適用于何種外覆蓋層,僅提出了要考慮的一
些參數(shù)及其變化程度。
表4 　腐蝕程度分類標(biāo)準(zhǔn)
工具/ 環(huán)境輕微中等嚴(yán)重
CIS ,蓬松潮濕土壤較小的下降,但開關(guān)電位高于CP
標(biāo)準(zhǔn)
中等下降,或關(guān)電位低于CP 標(biāo)準(zhǔn)大幅度下降,或開關(guān)電位低于CP
標(biāo)準(zhǔn)
DCVG,蓬松潮濕土壤較小電壓降;當(dāng)CP 開關(guān)時(shí),處于
陰極
中等電壓降。當(dāng)CP 關(guān)時(shí),處于中
性
較大電壓降,當(dāng)CP 開關(guān)時(shí),處于
陽極
ACVG/ Pearson ,蓬松潮濕土壤較小電壓降中等電壓降較大電壓降
電磁法較低信號損失中等信號損失較高信號損失
交流電衰減法一定長度的管道,衰減較小一定長度的管道,衰減中等一定長度的管道,衰減較大
　　綜上所述,除了SY/ T5918 —94 指出是針對石油瀝
青外覆蓋層的標(biāo)準(zhǔn),其余均未提出是適合于哪種外覆
蓋層的,而國內(nèi)目前較常使用的外覆蓋層種類有:石
油瀝青、煤焦油瓷漆、熔結(jié)環(huán)氧粉末、擠出聚乙烯、3 層
聚乙烯涂層、聚乙烯防腐帶、環(huán)氧煤瀝青等[8 ] ,不同類
型的外覆蓋層絕緣電阻值不一樣,因此需對分級問題
進(jìn)行討論。
3 　分級評價(jià)級別的討論
分級評價(jià)的目的是為了更好地把握外覆蓋層的
狀況,分級評價(jià)的原則應(yīng)科學(xué)、合理、可操作性強(qiáng),還
應(yīng)結(jié)合企業(yè)、安全監(jiān)察部門的需求,更好的為企業(yè)、政
府、社會(huì)服務(wù)。本著這個(gè)目的,安全狀況等級應(yīng)進(jìn)行
如下劃分:
(1) Ⅰ級:外覆蓋層制造資料齊全,設(shè)計(jì)、制造、檢
驗(yàn)符合有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求;在設(shè)計(jì)條件下能安全使
用。
(2) Ⅱ級:外覆蓋層制造、檢驗(yàn)資料不全,設(shè)計(jì)、制
造、檢驗(yàn)質(zhì)量基本符合有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求。
①新建、大修后的外覆蓋層:存在某些不危及安
全且難以糾正的缺陷,但取得設(shè)計(jì)、使用單位同意,經(jīng)
檢驗(yàn)單位監(jiān)督檢驗(yàn),出具證書,在設(shè)計(jì)條件下能安全
使用。
②在用管道外覆蓋層:材質(zhì)、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)基本符合
有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求,存在某些不符合有關(guān)規(guī)范和標(biāo)
準(zhǔn)的問題和缺陷,經(jīng)檢驗(yàn)單位檢驗(yàn),報(bào)告結(jié)論為在3～
6 a 的檢驗(yàn)周期內(nèi)和規(guī)定的使用條件下能安全使用。
(3) Ⅲ級:外覆蓋層設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)不符合有關(guān)
法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求及存在其他嚴(yán)重缺陷等問題,但使用
單位采取有效措施,經(jīng)檢驗(yàn)單位檢驗(yàn),可在1～3 a 檢
驗(yàn)周期內(nèi)在限定的條件下使用。
(4) Ⅳ級:缺陷嚴(yán)重,嚴(yán)重危及管道安全運(yùn)行,應(yīng)
立即修復(fù)。
4 　分級指標(biāo)的討論
NACE RP0502 —2002[7 ] 指出,管道外覆蓋層的安
全質(zhì)量狀況評價(jià)應(yīng)從間接檢測和直接檢測兩個(gè)方面
著手。
4. 1 　間接檢測
間接檢測評價(jià)分級主要是針對不開挖檢測結(jié)果
　　　　
　第4 期孫敬清等:城市埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層安全質(zhì)量狀況分級問題的探討9　　
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進(jìn)行的評價(jià),所考慮的指標(biāo)為絕緣電阻、破損點(diǎn)分布
密度、電流衰減率。這些分級提標(biāo)具有適用性與可操
作性。
4. 1. 1 　絕緣電阻評級法
對于石油瀝青外覆蓋層,參照SY/ T5918 —94 ,根
據(jù)大量數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)與現(xiàn)場開挖比對,提出了分級指
標(biāo),并將5 級改為4 級,見表5。
表5 　絕緣電阻等級劃分表Ω/ m2
屬性級別M 屬性級別M
良1 > 10 000 差3 2 200 < M ≤5 000
可2 5 000 < M ≤10 000 劣4 ≤2 200
　　注:測試方法為AC/ DC 電流衰減技術(shù)
4. 1. 2 　破損點(diǎn)分布密度評級法
單位長度上破損點(diǎn)的個(gè)數(shù)是劃分外覆蓋層性能
評價(jià)級別的參量之一, 城市燃?xì)夤艿郎弦艘浴疤? 百
米”為單位。相鄰的最小距離不超過2 倍管道中心埋
深的2 個(gè)破損點(diǎn)宜當(dāng)作一處。推薦的級別劃分見表
6。
表6 　破損點(diǎn)密度分級方法10 - 2處/ m
屬性級別P 屬性級別P
無1 0 較多3 1 ≤P ≤2
較少2 0 < P < 1 多4 > 2
4. 1. 3 　電流衰減率Y 評級法
采用電流衰減率Y (單位: dB/ m) 評級,具有直觀
性,能夠有效排除建立Rg 模型所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。
但需要考慮周圍環(huán)境、管體直徑與壁厚等因素,針對
不同地區(qū)的條件與管線條件,確定出不同的分級范
圍,這也是NACE RP0502 —2002[7 ]的規(guī)定。檢測時(shí),向
管道加載的電流強(qiáng)度隨距離的增加而衰減,在管徑、
管材、土壤環(huán)境不變的情況下,外覆蓋層對地的絕緣
性越好,則電流損失越少,衰減亦越小;反之,若外覆
蓋層損壞,如老化、脫落,絕緣性能越差,電流損失越
嚴(yán)重,衰減也越大。因此,根據(jù)電流衰減率可以判斷
外覆蓋層的狀況。英國雷迪公司和DYNALOG公司提
出利用Y 值判斷外覆蓋層質(zhì)量, 具有一定的適用性。
從理論上分析, Y 值評判外覆蓋層質(zhì)量最直接、最公
正?！　　?
針對上海地區(qū)的環(huán)氧煤瀝青外覆蓋層,推薦的級
別劃分見表7。
表7 　電流衰減率分級方法(環(huán)氧煤瀝青外覆蓋層) 　dB/ m
屬性級別Y 屬性級別Y
良1 ≥01011 差3 01015 < Y ≤01023
可2 01011 < Y ≤01015 劣4 > 01023
4. 2 　直接檢測評定分級
4. 2. 1 　按老化程度分級
外覆蓋層的老化程度與其絕緣電阻大小相關(guān)聯(lián),
需要進(jìn)行直接檢測。參照SY/ T5918 —94 ,評價(jià)指標(biāo)見
表8。
表8 　老化性能評價(jià)指標(biāo)
屬性級別狀態(tài)
無老化1 色澤明亮,粘結(jié)力強(qiáng),無脆化,無龜裂,無剝離
輕度老化2
色澤略暗,粘結(jié)力較強(qiáng),輕度脆化,少見龜裂,無
剝離
明顯老化3
色澤暗,粘結(jié)力差,發(fā)脆,顯見龜裂,輕度剝離或
充水
嚴(yán)重老化4 粘結(jié)力極差,明顯脆化與龜裂,嚴(yán)重剝離或充水
4. 2. 2 　按電火花檢測分級
耐擊穿電壓是表征外覆蓋層性能優(yōu)劣的參量之
一,與外覆蓋層的厚度、密實(shí)程度(針孔率) 、材料體電
阻率等因素有關(guān)。
國家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求在不同的施工階段,對外
覆蓋層要進(jìn)行多次電火花針孔檢測。對于在用埋地
管道外覆蓋層,完全采納安裝時(shí)要求的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不切
實(shí)際,初步擬定:在電火花低于某一門檻值時(shí),進(jìn)行分
級時(shí)需考慮電火花檢測電壓的影響,而高于該門檻
值,則不予考慮。
4. 2. 3 　按外覆蓋層厚度分級
按照外覆蓋層質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),厚度是衡量外覆蓋
層性能的必要指標(biāo)。在分級標(biāo)準(zhǔn)中必須納入分級指
標(biāo)。初步擬定采用針對某一門檻值,在此值以下,定
為3 級或4 級,此值以上,不影響定級。這需要查詢相
關(guān)標(biāo)準(zhǔn),并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研。
5 　分級評價(jià)方法存在的問題
由上所述,采用直接檢測法和間接檢測法對外覆
蓋層進(jìn)行分級具有可行性,但尚有下列問題需進(jìn)一步
研究。主要有以下問題:
(1) 如何確定除石油瀝青以外的外覆蓋層的絕緣
電阻值級別是該分級方法推廣的基本條件。由于不
同的外覆蓋層絕緣性能不一樣,如新涂敷的3 層PE
的絕緣電阻值≥100 000 Ω·m2 ,環(huán)氧粉末的絕緣電阻
值≥50 000 Ω·m2 ,石油瀝青的絕緣電阻值≥10 000 Ω·
m2 ,環(huán)氧煤瀝青的絕緣電阻值≥5 000 Ω·m2 . 因此,在
評價(jià)時(shí)需要分別確定其級別值,并進(jìn)行試驗(yàn)證。
(2) 電流衰減率Y 分級的具體數(shù)值以及與管道直
徑、壁厚之間的關(guān)系尚需繼續(xù)研究。以Y 值作為分級
指標(biāo)時(shí),可以針對具體管道,根據(jù)衰減率大小先開挖1
段或2 段作為參考點(diǎn),實(shí)際確定外覆蓋層狀況與電位
　　　　
　1　0 Pipeline Technique and Equipment Aug12004　
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衰減率之間的關(guān)系,根據(jù)外覆蓋層的實(shí)際狀況進(jìn)行分
級,這樣確定的標(biāo)準(zhǔn)只能是一定范圍內(nèi)的相對指標(biāo)。
為避免管道直徑的影響,采用每平方米電流衰減
率作為分級標(biāo)準(zhǔn),能更準(zhǔn)確地反映涂層的狀況。
(3) 外覆蓋層厚度分級門檻值如何確定,如何與
其他分級指標(biāo)相結(jié)合。由于外覆蓋層的厚度對保護(hù)
效果影響程度不確定,因此需進(jìn)一步研究,確定出相
應(yīng)厚度門檻值。
6 　結(jié)束語
通過對城市埋地鋼質(zhì)管道外覆蓋層安全質(zhì)量狀
況分級評價(jià)現(xiàn)狀、分級等級以及分級評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行的
研究,提出了分級級別劃分方法,列出了電流衰減法
對石油瀝青外覆蓋層分級的參數(shù)和具體數(shù)值,并對分
級尚存的問題進(jìn)行了探討。隨著管道外覆蓋層檢測
水平的發(fā)展,質(zhì)量狀況分級的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡早完善,這樣
不僅對檢測有指導(dǎo)意義,也為管理經(jīng)營者提供可靠的
信息。
參　考　文　獻(xiàn)
[1 ] 　張勇. 陰極保護(hù)若干基礎(chǔ)問題的研究及其在評價(jià)管道涂層上的應(yīng)
用: [碩士學(xué)位論文] . 北京:石油大學(xué),1997.
[2 ] 　何仁洋. 我國壓力管道的運(yùn)行維護(hù)與檢驗(yàn)技術(shù)研究. 鍋爐壓力容
器安全技術(shù),2003 (4) :1 - 4.
[3 ] 　何仁洋,孫敬清. 埋地燃?xì)夤艿谰C合檢驗(yàn)檢測技術(shù)研究. 管道技術(shù)
與設(shè)備,2003 (4) :31 - 33.
[4 ] 　SY/ T5918 —94 　埋地鋼質(zhì)管道瀝青防腐層大修理技術(shù)規(guī)定.
[5 ] 　奧斯特羅夫A G. 腐蝕控制手冊. 王向農(nóng),張清玉譯. 北京:石油工
業(yè)出版社,1988.
[6 ] 　NACE TM0102 —2002 　Measurement of protective coating electrical con2
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[8 ] 　盧綺敏. 石油工業(yè)中的腐蝕與防護(hù). 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.
(上接第7 頁)
顯。原油中加入的破乳劑濃度越大,實(shí)驗(yàn)溫度越高,
原油的預(yù)脫水率越大。
3. 2 　回?fù)礁邷氐姿A(yù)脫水工藝方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
該方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。
圖3 　回?fù)降姿A(yù)脫水工藝中試實(shí)驗(yàn)曲線
高一聯(lián)原油的油樣含水率為42 % ,取油樣進(jìn)站溫
度為47 ℃,排放底水樣溫度為70 ℃. 預(yù)脫水溫度按油
樣進(jìn)站溫度和排放底水樣溫度的混合比例確定。
從圖3 的結(jié)果可以看出,當(dāng)回?fù)降姿?513 %時(shí),
油水比為50∶50 ,原油乳狀液呈現(xiàn)出非常穩(wěn)定的油包
水型(W/ O) 乳狀液,在低溫狀態(tài)下很難破乳,預(yù)脫水
率幾乎為0。當(dāng)回?fù)降姿?212 %時(shí), 油水比達(dá)到
40∶60 ,原油乳狀液結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遭到破壞,由油包水型
(W/ O) 轉(zhuǎn)變?yōu)樗托?O/ W) [3 ] ,隨著回?fù)降姿吭?
加,其黏度迅速下降,預(yù)脫水率也不斷增加,從而加快
了油水分離的速度。當(dāng)回?fù)降姿?912 %時(shí),油水比達(dá)
到30 ∶70 , 沉降時(shí)間僅為3 h , 其預(yù)脫水率達(dá)到了
6519 %以上,進(jìn)一步說明了隨著回?fù)降姿吭黾?加快
了破壞原油乳狀液結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的速度,使預(yù)脫水率也
不斷增加,從而加快了油水分離的速度。
預(yù)脫水率計(jì)算公式為[4 ]
< =
VZ - VD
VO (1 - VD) ×100 % 　　VZ ≥VD
0 　　　　　　　　　　VZ < VD
式中:

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03-11