石化廠區(qū)地下復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)物腐蝕評估

朱帥帥 曲本文 朱作峰

（青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

某石化廠區(qū)二期于2017年投入使用，地下鋼結(jié)構(gòu)物主要包括地下循環(huán)水管線（CWS/CWR）、消防水管線（FW）及生產(chǎn)給水（PW1）管線等，廠區(qū)內(nèi)所有埋地金屬結(jié)構(gòu)物沒有進(jìn)行陰極保護(hù)，并且廠區(qū)內(nèi)所有管線沒有設(shè)置絕緣法蘭或絕緣接頭，廠區(qū)內(nèi)接地網(wǎng)與設(shè)備直接連通?；谕愴椖考氨緩S區(qū)一期的項目經(jīng)驗，為了保證煉化廠區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)的運行安全，對廠區(qū)土壤腐蝕性進(jìn)行評估，通過雜散電流排查、自然電位測量以及饋電實驗來分析廠區(qū)地下復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)物的腐蝕情況。

1 檢測評估方法

1.1 土壤電阻率測量及土壤檢測

1.1.1 測量方法

根據(jù)GB/T 21246-2020《埋地鋼制管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》[2]，采用等間距法進(jìn)行土壤電阻率實測。在整個廠區(qū)內(nèi)選取42個點進(jìn)行土壤電阻率測量，范圍涵蓋整個廠區(qū)，測量點幾乎均勻分布。

1.1.2 土壤檢測

影響土壤腐蝕性因素較多，考慮到本項目特點及各影響因素的權(quán)重，主要對以下項目進(jìn)行測量。

取樣分析對象為三口試驗井處的土壤環(huán)境，每處選取2個不同深度（地表及地下1.5m深度）的2個土樣。具體土壤檢測結(jié)果如表4所示。

1.2 自然電位測量

測量方法及依據(jù)

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21246-2020《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》進(jìn)行電位測量。測量時將硫酸銅參比電極放置在管道上方地表的潮濕土壤上，應(yīng)保證硫酸銅參比電極底部與土壤接觸良好，萬用表調(diào)至直流電壓檔，萬用表的紅標(biāo)筆接被測管道，黑表筆接參比電極，讀取數(shù)據(jù)，做好自然電位記錄。

基于上述測量方法，對廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行自然電位測量，共測量288處，測量范圍涵蓋整個廠區(qū)，測量點幾乎均勻分布。

1.3 雜散電流排查

1.3.1 檢測方法

根據(jù)前期對現(xiàn)場實際情況考察，確定采用IPL進(jìn)行廠區(qū)內(nèi)雜散電流排查。

1.3.2 檢測時間及位置選定

根據(jù)現(xiàn)場了解及觀察，廠區(qū)內(nèi)所有的埋地鋼制結(jié)構(gòu)及設(shè)備都沒有施加陰極保護(hù)系統(tǒng)，并且廠區(qū)附近也沒有電氣化鐵路，存在幾處變壓站，初步分析存在干擾影響的程度比較弱。

廠區(qū)內(nèi)各種設(shè)施一直穩(wěn)定運行，環(huán)境相對穩(wěn)定，沒有突然外部因素的影響，測試時間定在白天工作時間即可。重點對廠區(qū)內(nèi)變電站附近的管線（7處）進(jìn)行測試。

1.4 饋電實驗

試驗方法

饋電實驗一般選擇在管線條件較為復(fù)雜的地段[3]。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，共選取3處作為饋電實驗測試點。實驗時電源選擇使用50V/50A恒電位儀，輔助陽極選擇混合金屬氧化物陽極（MMO），陽極地床采用深井式陽極地床。

表1 檢測項目、方法及主要儀器

在不通電的自然狀態(tài)下，采用數(shù)字萬用表和參比電極對饋電實驗周邊鋼制結(jié)構(gòu)物進(jìn)行自然電位測量，以便和通電后的鋼制結(jié)構(gòu)物的極化電位對比。

在通電狀態(tài)下采用上述方法測量鋼制結(jié)構(gòu)物在通電后的極化電位，通過對試驗區(qū)范圍內(nèi)測試點電位的測量，判斷陰極保護(hù)的范圍。

2 測量結(jié)果及分析

2.1 土壤電阻率測量及土壤檢測分析

結(jié)合實際測量數(shù)據(jù)可以看出，表層土壤（1.5m深度）的電阻率普遍較大，電阻率大部分32～113Ω.m之間；當(dāng)深度達(dá)到5m時，電阻率大部分在6～81.7Ω.m之間；深度為10m時，電阻率最小，大部分范圍在1.9～59.7Ω.m之間。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1554-2016 接地網(wǎng)土壤腐蝕性評價導(dǎo)則[4]，對于一般地區(qū)的土壤，土壤腐蝕性可根據(jù)土壤電阻率進(jìn)行判定，土壤電阻率與土壤腐蝕性的關(guān)系如表2所示。

表2 土壤電阻率與土壤腐蝕性的關(guān)系

結(jié)合現(xiàn)場42個測試點，不同深度下的土壤電阻率分布如表3所示。

表3 不同深度下土壤電阻率的分布

由表3 可以看出，在淺層土壤深度（3 m 之內(nèi)），土壤的電阻率集中在20～100Ω.m之間，土壤腐蝕性屬于中弱程度；在土壤深度為5m的土層中，大部分土壤腐蝕性屬于中強程度；在深度為10m的土層中，絕大多數(shù)的土壤腐蝕性屬于強腐蝕性。

鋼結(jié)構(gòu)在土壤環(huán)境中腐蝕性按照GB50021-2004《巖土工程勘察規(guī)范》[5]進(jìn)行評判，評判標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

表4 土壤檢測結(jié)果

表5 鋼結(jié)構(gòu)在土壤環(huán)境中的腐蝕性

結(jié)合土壤電阻率測量結(jié)果以及土壤分析，中海殼牌廠區(qū)內(nèi)土壤腐蝕性強。

2.2 自然電位測量分析

廠區(qū)內(nèi)的埋地管道外防腐措施采用環(huán)氧煤瀝青涂料與防腐冷纏帶相結(jié)合的方式進(jìn)行，廠區(qū)的不同管道之間沒有進(jìn)行絕緣法蘭或者絕緣接頭進(jìn)行電絕緣，同時整體廠區(qū)的接地系統(tǒng)采用鍍鋅扁鋼與鍍鋅角鋼的方式進(jìn)行，而且接地系統(tǒng)與管道系統(tǒng)沒有進(jìn)行電絕緣。

對廠區(qū)288處管道進(jìn)行了自然電位測量，其中169處管道的自然電位在-0.40～-0.65V之間，占總測量數(shù)量的58.7%，有119處自然電位負(fù)于-0.65V，占總測量數(shù)量的41.3%。其中自然電位＜-0.55V的占總測量數(shù)量的93%。

通常情況下帶防腐涂層鋼質(zhì)管道在土壤環(huán)境中的自然電位處于-0.40～-0.65V之間。

通過管道自然電位測量可知，大部分的埋地管道處于自腐蝕狀態(tài)，管道面臨土壤以及外部環(huán)境帶來的腐蝕影響，需要盡快對管道進(jìn)行陰極保護(hù)補救。

測量數(shù)據(jù)顯示，有93%的埋地管道的自然電位負(fù)于-0.55V，管道的自然電位負(fù)于-0.55V。這表明：

管道周圍的土壤環(huán)境腐蝕性較強，但管道可能得到了一定程度的陰極保護(hù)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是廠區(qū)內(nèi)部采用鍍鋅扁鋼/角鋼的接地系統(tǒng)，這些接地系統(tǒng)與管道直接相連時，外部的鍍鋅層會起到一定作用的鋅合金犧牲陽極保護(hù)效果。

2.3 雜散電流排查分析

根據(jù)GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》[6]，處于直流電氣化鐵路、陰極保護(hù)系統(tǒng)及其他直流干擾源附近的管道，其任一點上的管地電位較該點的自然電位正向偏移20mV或管道臨近土壤中直流電位梯度大于0.5mV/m時，可認(rèn)為管道存在直流干擾。

檢測結(jié)果

針對每個選定的測試點，進(jìn)行一定時間的雜散電流干擾測試，具體的測試結(jié)果如圖1（由于全部7處的電位變化范圍都很小，選取有代表性的一處）：

圖1 干擾源測試電位記錄圖

受干擾程度的判斷指標(biāo)按照表6進(jìn)行判斷。

表6 直流干擾程度的判斷標(biāo)準(zhǔn)

通過測試結(jié)果可以看到，所測試的管道電位變化很小，變化值都在20mV以內(nèi)，證明廠區(qū)內(nèi)管道幾乎不受雜散電流干擾。

2.4 饋電實驗分析

根據(jù)GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[7]判斷，碳鋼管道在一般土壤和水環(huán)境下電位達(dá)到-850mV就說明管道得到了有效的保護(hù)。通過饋電實驗可以得知，埋地管道在施加外加電流陰極保護(hù)的情況下可以得到有效的保護(hù)，但是受保護(hù)的范圍并不是很大。1#實驗井在目前的條件下保護(hù)范圍約為50m；2#實驗井在目前的條件下保護(hù)范圍約為60m；3#實驗井在目前條件下保護(hù)范圍約為20m。

實驗結(jié)果

造成保護(hù)范圍偏小的原因可能是因為除應(yīng)接受陰極保護(hù)的埋地管道，其他地下結(jié)構(gòu)物（儲罐底板、信號塔及框架接地等）也吸收了大量的電流，電位負(fù)方向偏移，這造成保護(hù)范圍的偏小。

3 結(jié)語

通過廠區(qū)的地下復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)物腐蝕調(diào)查：

（1）廠區(qū)內(nèi)土壤電阻率較低，土壤腐蝕性強；

（2）大部分金屬結(jié)構(gòu)處于自腐蝕狀態(tài)，同時埋地管道防腐層的壽命較短，需要對全場埋地管網(wǎng)進(jìn)行陰極保護(hù)補救，以避免埋地管道因外部腐蝕造成穿孔失效問題；

（3）經(jīng)測試管道電位變化極小，埋地管道無直流和交流干擾；

（4）通過饋電試驗結(jié)果可知，需要對廠區(qū)內(nèi)管道之間、設(shè)備與接地網(wǎng)之間進(jìn)行電絕緣處理，為后續(xù)陰極保護(hù)的成功運行提供保證。

表7 饋電實驗記錄表