石化厂区地下复杂钢结构物腐蚀评估

2021-11-29朱帅帅曲本文朱作峰

全面腐蚀控制 2021年10期

朱帅帅曲本文朱作峰

（青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东青岛 266101）

0 引言

某石化厂区二期于2017年投入使用，地下钢结构物主要包括地下循环水管线（CWS/CWR）、消防水管线（FW）及生产给水（PW1）管线等，厂区内所有埋地金属结构物没有进行阴极保护，并且厂区内所有管线没有设置绝缘法兰或绝缘接头，厂区内接地网与设备直接连通。基于同类项目及本厂区一期的项目经验，为了保证炼化厂区管网系统的运行安全，对厂区土壤腐蚀性进行评估，通过杂散电流排查、自然电位测量以及馈电实验来分析厂区地下复杂钢结构物的腐蚀情况。

1 检测评估方法

1.1 土壤电阻率测量及土壤检测

1.1.1 测量方法

根据GB/T 21246-2020《埋地钢制管道阴极保护参数测量方法》[2]，采用等间距法进行土壤电阻率实测。在整个厂区内选取42个点进行土壤电阻率测量，范围涵盖整个厂区，测量点几乎均匀分布。

1.1.2 土壤检测

影响土壤腐蚀性因素较多，考虑到本项目特点及各影响因素的权重，主要对以下项目进行测量。

取样分析对象为三口试验井处的土壤环境，每处选取2个不同深度（地表及地下1.5m深度）的2个土样。具体土壤检测结果如表4所示。

1.2 自然电位测量

测量方法及依据

按照标准GB/T 21246-2020《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》进行电位测量。测量时将硫酸铜参比电极放置在管道上方地表的潮湿土壤上，应保证硫酸铜参比电极底部与土壤接触良好，万用表调至直流电压档，万用表的红标笔接被测管道，黑表笔接参比电极，读取数据，做好自然电位记录。

基于上述测量方法，对厂区内进行自然电位测量，共测量288处，测量范围涵盖整个厂区，测量点几乎均匀分布。

1.3 杂散电流排查

1.3.1 检测方法

根据前期对现场实际情况考察，确定采用IPL进行厂区内杂散电流排查。

1.3.2 检测时间及位置选定

根据现场了解及观察，厂区内所有的埋地钢制结构及设备都没有施加阴极保护系统，并且厂区附近也没有电气化铁路，存在几处变压站，初步分析存在干扰影响的程度比较弱。

厂区内各种设施一直稳定运行，环境相对稳定，没有突然外部因素的影响，测试时间定在白天工作时间即可。重点对厂区内变电站附近的管线（7处）进行测试。

1.4 馈电实验

试验方法

馈电实验一般选择在管线条件较为复杂的地段[3]。结合现场实际情况，共选取3处作为馈电实验测试点。实验时电源选择使用50V/50A恒电位仪，辅助阳极选择混合金属氧化物阳极（MMO），阳极地床采用深井式阳极地床。

表1 检测项目、方法及主要仪器

在不通电的自然状态下，采用数字万用表和参比电极对馈电实验周边钢制结构物进行自然电位测量，以便和通电后的钢制结构物的极化电位对比。

在通电状态下采用上述方法测量钢制结构物在通电后的极化电位，通过对试验区范围内测试点电位的测量，判断阴极保护的范围。

2 测量结果及分析

2.1 土壤电阻率测量及土壤检测分析

结合实际测量数据可以看出，表层土壤（1.5m深度）的电阻率普遍较大，电阻率大部分32～113Ω.m之间；当深度达到5m时，电阻率大部分在6～81.7Ω.m之间；深度为10m时，电阻率最小，大部分范围在1.9～59.7Ω.m之间。

根据标准DL/T 1554-2016 接地网土壤腐蚀性评价导则[4]，对于一般地区的土壤，土壤腐蚀性可根据土壤电阻率进行判定，土壤电阻率与土壤腐蚀性的关系如表2所示。

表2 土壤电阻率与土壤腐蚀性的关系

结合现场42个测试点，不同深度下的土壤电阻率分布如表3所示。

表3 不同深度下土壤电阻率的分布

由表3 可以看出，在浅层土壤深度（3 m 之内），土壤的电阻率集中在20～100Ω.m之间，土壤腐蚀性属于中弱程度；在土壤深度为5m的土层中，大部分土壤腐蚀性属于中强程度；在深度为10m的土层中，绝大多数的土壤腐蚀性属于强腐蚀性。

钢结构在土壤环境中腐蚀性按照GB50021-2004《岩土工程勘察规范》[5]进行评判，评判标准如表5所示。

表4 土壤检测结果

表5 钢结构在土壤环境中的腐蚀性

结合土壤电阻率测量结果以及土壤分析，中海壳牌厂区内土壤腐蚀性强。

2.2 自然电位测量分析

厂区内的埋地管道外防腐措施采用环氧煤沥青涂料与防腐冷缠带相结合的方式进行，厂区的不同管道之间没有进行绝缘法兰或者绝缘接头进行电绝缘，同时整体厂区的接地系统采用镀锌扁钢与镀锌角钢的方式进行，而且接地系统与管道系统没有进行电绝缘。

对厂区288处管道进行了自然电位测量，其中169处管道的自然电位在-0.40～-0.65V之间，占总测量数量的58.7%，有119处自然电位负于-0.65V，占总测量数量的41.3%。其中自然电位＜-0.55V的占总测量数量的93%。

通常情况下带防腐涂层钢质管道在土壤环境中的自然电位处于-0.40～-0.65V之间。

通过管道自然电位测量可知，大部分的埋地管道处于自腐蚀状态，管道面临土壤以及外部环境带来的腐蚀影响，需要尽快对管道进行阴极保护补救。

测量数据显示，有93%的埋地管道的自然电位负于-0.55V，管道的自然电位负于-0.55V。这表明：

管道周围的土壤环境腐蚀性较强，但管道可能得到了一定程度的阴极保护。产生这种现象的主要原因是厂区内部采用镀锌扁钢/角钢的接地系统，这些接地系统与管道直接相连时，外部的镀锌层会起到一定作用的锌合金牺牲阳极保护效果。

2.3 杂散电流排查分析

根据GB/T 21447-2018《钢质管道外腐蚀控制规范》[6]，处于直流电气化铁路、阴极保护系统及其他直流干扰源附近的管道，其任一点上的管地电位较该点的自然电位正向偏移20mV或管道临近土壤中直流电位梯度大于0.5mV/m时，可认为管道存在直流干扰。

检测结果

针对每个选定的测试点，进行一定时间的杂散电流干扰测试，具体的测试结果如图1（由于全部7处的电位变化范围都很小，选取有代表性的一处）：

图1 干扰源测试电位记录图

受干扰程度的判断指标按照表6进行判断。

表6 直流干扰程度的判断标准

通过测试结果可以看到，所测试的管道电位变化很小，变化值都在20mV以内，证明厂区内管道几乎不受杂散电流干扰。

2.4 馈电实验分析

根据GB/T 21448-2017《埋地钢质阴极保护技术规范》[7]判断，碳钢管道在一般土壤和水环境下电位达到-850mV就说明管道得到了有效的保护。通过馈电实验可以得知，埋地管道在施加外加电流阴极保护的情况下可以得到有效的保护，但是受保护的范围并不是很大。1#实验井在目前的条件下保护范围约为50m；2#实验井在目前的条件下保护范围约为60m；3#实验井在目前条件下保护范围约为20m。

实验结果

造成保护范围偏小的原因可能是因为除应接受阴极保护的埋地管道，其他地下结构物（储罐底板、信号塔及框架接地等）也吸收了大量的电流，电位负方向偏移，这造成保护范围的偏小。