阮景紅?，侯世穎?，路民旭?，張國安?，段蔚?，李夏喜
1．北京科技大學(xué)腐蝕與防護中心，北京100083；
2．北京永逸舒克防腐蝕技術(shù)有限公司，北京100011
1?引言
?????北京市二高壓線位于罐站至后俸村，該地段土壤的濕度大，鹽堿含量高，屬于強腐蝕性土壤。管線壓力級別為高壓(P<0．8?MPa)，啟用年限為30?a，管徑為500?ITIB，防腐涂層為環(huán)氧煤瀝青，管線總長度為2?500m，均未施加陰極保護。隨著管道運行時間延長，管道事故時有發(fā)生。輸氣管道，尤其是高壓輸氣管道，一旦破裂，壓縮氣體迅速膨脹，釋放大量的能量，引起爆炸、火災(zāi)，會造成巨大的損失?。同時，由于管道所輸送的物質(zhì)為有害物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會對其周圍的環(huán)境和人員產(chǎn)生嚴重的危害。為全面了解管線的腐蝕狀況，確保燃氣管道的安全運行，延長管道的使用壽命，防止燃氣管網(wǎng)因腐蝕穿孔而引起泄漏、爆炸等事故，對管線防腐層、土壤環(huán)境腐蝕性、管體等方面進行了檢測，并對管線的腐蝕程度和安全性進行了評價。
2?檢測方法
2．1?防腐層檢測
??????防腐層的檢測包括地面檢測和挖探坑檢測兩部分。利用SL一2088檢測儀探測管道的位置、走向、深度，通過發(fā)射機向地下管道發(fā)射一特定的交變電流信號，在防腐層破損處將有漏電信號向地面輻射，并在漏點上方形成以漏點正上方為中心的球面電位梯度，相對于完好管段和無管道地面具有一定的電位差，通過人體電容法收到此信號，由此確定破損點的位置，經(jīng)過比較泄漏電位確定破損點的大小。確定防腐層破損點的位置后，開挖驗證，并觀察防腐層的老化程度及粘接力；用電火花儀測量了防腐層的耐電電壓。坑內(nèi)取上、側(cè)、下3處測量防腐層的厚度，每處各測3點。利用SL—AY508變頻選頻絕緣電阻測試儀測試管道外防腐層絕緣面電阻。
2．2?土壤參數(shù)的測量
?????為了解該地段土壤環(huán)境的腐蝕性，開挖5個探坑，對每個探坑分別測量土壤的電阻率、pH值、含水率、含鹽量、氧化還原電位、直流雜散電流等與管道腐蝕有關(guān)的參數(shù)，評價土壤的腐蝕性。
2．3?管體腐蝕狀況的測量
????開挖深坑后，去除管體的防腐層，觀察腐蝕形態(tài)和腐蝕產(chǎn)物分布，判斷腐蝕成分，測量腐蝕坑的面積和深度，并對管道的剩余壁厚進行檢測，每個坑檢測3組數(shù)據(jù)，每組對管頂、管底及“4”、“8”點鐘的位置測量管線的剩余壁厚；對管線的剩余強度進行評價。
3?檢測結(jié)果與評價?
3．1?防腐層的防護性能?
????表1～表3為防腐層的破損情況，面電阻和防腐效果的測量結(jié)果。所檢測的2．5?km距離內(nèi)共出現(xiàn)了2個破損點，破損率為0．8個／km，腐蝕層的完整性和粘結(jié)性能比較差。防腐層存在變形、老化、局部剝離甚至嚴重的損壞，面且厚度較薄。其中，4個探坑內(nèi)防腐層厚度均小于2．5／n／ll，另一個探坑內(nèi)防腐層厚度存在不均勻狀態(tài)(最厚處為8．3?lnln，最薄處為4．0?mln)。防腐層的面電阻測量結(jié)果表明管段平均絕緣面電阻為3?420?Q·m2，面電火花儀測量了防腐層的耐電電壓均大于5?000?V，均為合格。
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????綜合以上檢測數(shù)據(jù)，依據(jù)標準SY／T0087-95和絕緣面電阻對防腐層性能起決定性作用可以得出以下綜合評價.此管段防腐層存在一定老化、變形現(xiàn)象，防腐層較薄且有破損點，但尚可使用。
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3．2?土壤環(huán)境的腐蝕性
????表4為對二高壓線開挖5個探坑后測量土壤電阻率、土壤pH值、土壤含水率、土壤含鹽量、氧化還原電位、直流雜散電流等參數(shù)的結(jié)果，并依據(jù)cJJ95—2003(J273-2003)標準，對各參數(shù)進行了評價?5(受城市的客觀原因限制不能得到某些數(shù)據(jù)及其評價結(jié)果)。從表4可以看出，土壤電阻率的評價等級為較弱或中等，pH值的評價等級為較弱，含水率的差異比較大，分別為弱或強，含鹽量為弱或較弱等級，氧化還原電位為較弱或較強等級，直流雜散電流的評價等級為較弱。一般來說，在相同的條件下，土壤電阻率、直流雜散電流、氧化還原電位、土壤含水率對土壤的腐蝕性起主導(dǎo)作用，面土壤的含鹽量、pH值對土壤的腐蝕性相對影響較小。在評價過程中，優(yōu)先考慮決定性因素。綜合表4的評價結(jié)果，圖1示出了二高壓線中所開挖5個坑土壤腐蝕性的評價結(jié)果。此地區(qū)土壤基本屬于中等腐蝕性土壤，但應(yīng)考慮土壤含水率和微生物腐蝕對管道的影響。
3．3?管體的腐蝕狀況與評價
3．3．1?按照管道壁厚的安全評價
????開挖探抗后，去除管體的防腐層，管體表面并沒觀察到明顯的腐蝕坑。表5給出了001和003號坑對應(yīng)管頂、管底及“4”、“8”點鐘的位置測量管線的剩余壁厚的結(jié)果。從表5可以看出，管線的壁厚存在一定的不均勻性，其中003號坑最大壁厚與最小壁厚的差值接近平均壁厚的20％。然面管體外表面沒有觀察到明顯的點蝕存在，這表明管道內(nèi)壁可能存在腐蝕。這是由于管道服役時間長，有運行腐蝕性較強的煤氣的服役記錄。管體腐蝕相對深度可以由式(1)來計算：
A=?d/t*100％(1)
????式中：A為管體腐蝕相對深度；d為管體腐蝕深度(最大壁厚一最小壁厚)；t為管體原始壁厚。

????表6為5個坑的管體腐蝕相對深度，其數(shù)值在6％?～16％范圍內(nèi)，根據(jù)標準Y／T6151—1995可知。幾處管道發(fā)生腐蝕的程度并不嚴重。能夠維持正常運行?6。但從管壁的厚度來看，根據(jù)GB50251-2003部分輸氣管道最小壁厚的規(guī)定值，如表7所示，把表5中測量數(shù)據(jù)與表7數(shù)據(jù)對比可以看出，003號探坑管道剩余的最小壁厚小于國標規(guī)定的最小壁厚，不符合最小壁厚要求，其他管段剩余壁厚符合國標要求，可以安全運行。

3．3．2?按照管道承壓能力計算安全評價結(jié)果
????由于檢測過程中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的蝕坑、腐蝕裂紋的存在，管道的設(shè)計壓力計算公式可以根據(jù)式(2)來計算，在評價中可以將其計算結(jié)果看作管道的最大安全操作壓力。其計算公式為
P=σsFt／D?(2)
????式中：P為設(shè)計壓力，MPa；F為安全運行系數(shù)，具體數(shù)值見表8；?為管道材料的最小屈服強度，MPa；D為管道外徑，mm；t為管道設(shè)計壁厚，mm．

????表9列出了城市管道系統(tǒng)常用輸氣管道材料的最小屈服強度。在不清楚管道所用鋼號的情況下，為保守起見，取最小的屈服強度計算，此處將管道的設(shè)計壁厚也取為測量最小壁厚值。另外考慮到城市人口密集，取地區(qū)類型為四類，則安全系數(shù)F取0.4。

????對于二高壓線的DN500管道，為了計算管道所能承受的最大安全操作壓力，取最小壁厚計算(003坑)，其參數(shù)取值為t=5．4?mm；F=0．4：D?=500?mm；σs=206?MPa，根據(jù)式(2)計算出該管道可用的最大安全操作壓力為1．78?MPa，遠遠大于高壓管線目前的最高運行壓力0．8?MPa，可以得出管道承受內(nèi)壓是安全的。
????綜合以上的安全評價可以得出以下結(jié)果：二高壓地區(qū)的高壓管道，部分管體已遭到破壞，