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埋设管道腐蚀测试仪

近年以来,中国各地都相继发生了埋设管道泄漏引起的事故。最近的有2013年温州某地煤气管破损造成的爆炸事故,影响较大的青岛石油管道爆炸事故,以及2013年底郑州热力管泄漏喷烟事故等。这些事故的发生,主要是由于埋在地下的输送管道的腐蚀,老朽化造成的穿孔泄漏引起的。特别是埋设年数比较长,管道防腐措施不全面,缺乏有效的定期检查维护的埋设管道,更是潜藏着很大的安全隐患。

在日本,1982年川崎市内某小学发生了严重泄漏事故后,虽然政府对法律进行了改正,但由于发现埋设管道的隐患较为困难,2000年以及2001年,还是连续发生了因腐蚀造成的泄漏事故,大多是埋设后经过了20年以上发生了腐蚀的管道。

腐蚀速度的判定,成为了埋设管道管理人员把握管道现状,预测管道耐用年限,排除安全隐患的重要手段。

三和电气计器株式会社(sanwa)根据日本煤气保安协会的要求,针对测量判定埋设管道腐蚀速度,开发出了埋设腐蚀测试仪(S-1),以下,我们介绍一些埋设管腐蚀原理及如何使用sanwa的埋设管腐蚀测试仪

什么是埋设管道

1, 管道的一部分或者全部和土壤接触

2, 管道的一部分或者全部和水接触

例1 管道的一部分或者全部和土壤接触

 


例2 管道的一部分或全部和水接触

 

什么是管道腐蚀

管道腐蚀是金属表面与外界(环境)接触时发生的现象,根据环境腐蚀可分为以下几种:

自然腐蚀(水泥/土壤,通气差,异种金属,细菌,酸性土壤,一般土壤,大气中的腐蚀)

电流腐蚀(从铁轨流出的电流,干涉)

电流与腐蚀的关系

在发生严重腐蚀的时候,会从埋设管道流出数mA的电流。例如流出1mA电流时,1年会造成约9g铁的腐蚀。因此,当被覆管道(裸管外有防腐涂层或防腐胶带)有伤痕时,伤痕部分会有电流流出,会短时间内发生腐蚀穿孔现象。

 

管道的腐蚀状况(例)

这里主要说明自然腐蚀时,如下腐蚀影响较大的情况。另外,本文所使用的数据是在日本评价分析后得出的数据,可能与中国国内的相关数据有差别。

水泥/土壤造成的腐蚀

因水泥里含有较强的碱性,水泥中的铁的电位表示比土壤中的铁更高(-250mV)。因此,水泥中的铁筋(钢筋)与埋设管道接触时,会发生土壤中的埋设管(-550mV~-750mV)与水泥中的铁筋之间的电位差(300~500mV),从而造成土壤中的埋设管的腐蚀。


    此原理用干电池来说明干电池如图1用电线连接,打开电源后电流从正极(电位高)流向负极(电位低),灯泡亮。

    因此,干电池内部的负极变成阳极,正极变成阴极。这是干电池内部腐蚀,防腐的原理。 

    根据这个原理,将土壤当作电解质,水泥中的铁筋当作干电池内部的阴极,将埋设管道当阳极,露出管道当作电线,绝缘法兰当作开关。

    在电流流出到干电池内部的电解质(土壤)的阳极部分发生腐蚀,电流流入到阴极部分(水泥中的铁筋)则是防腐的。但是,实际上水泥中铁筋的量比起埋设管道要大得多,因此铁筋没有防腐,而埋设管发生了腐蚀。

根据上述原理,如图3所示,为阻止埋设管道流出电流到土壤,须在适当的位置使用绝缘法兰及被覆钢管的组合,或者使用不会发生腐蚀的PE管等管道。

通气差造成的腐蚀

埋设管道铺设时跨过粘土与沙土,或跨过水泥路与石子路,由于土中的通气性的差异会造成氧气浓度的差异。此时,通气性差的氧气浓度较低,电位下降,就与氧气浓度高的地方产生电位差,造成通气性差的地方发生腐蚀。

通气差造成的腐蚀

埋设管道铺设时跨过粘土与沙土,或跨过水泥路与石子路,由于土中的通气性的差异会造成氧气浓度的差异。此时,通气性差的氧气浓度较低,电位下降,就与氧气浓度高的地方产生电位差,造成通气性差的地方发生腐蚀。

腐蚀的实际情况

根据以前在日本进行的LP煤气埋设管道的调查,因LP煤气的腐蚀造成的煤气泄漏与埋设年数关系为:比较快的1年以内,8年为高峰多发期,一直到20年左右都会发生。对于LP煤气设备来说,最多的是水泥/土壤系造成的腐蚀。因污水槽的漏水处,通气差等原因发生的腐蚀的报告,经过详细测定调查后,也发现主要成因还是水泥/土壤系造成的腐蚀。这是因为LP煤气埋设管道的配管长度比较短,发生问题的腐蚀大部分是水泥/土壤系造成的腐蚀。然而,水泥/土壤系造成的腐蚀并不一定是单独发生的,在通气差的情况下,可能并发因为通气差造成的腐蚀。实际上埋设管道上会发生各种各样的腐蚀,根据腐蚀程度来说,水泥/土壤系腐蚀占了主体。

根据LP煤气埋设管道的腐蚀环境的测定结果、没有防腐措施的裸管约70%与建筑物的钢筋等接触。包有防腐胶带的裸管以及有塑料防腐层的被覆管90%与建筑物钢筋有接触,大部分都是有腐蚀风险的。切断离建筑物约1米距离的埋设管道后,测量接地电阻(通电变化幅)时,煤气瓶侧的埋设管道设置电阻值会变大,说明水泥/土壤系造成的腐蚀电路被切断了。

但是,对于较多的大型建筑物,进入到建筑物内的埋设管道有很多,单切断一根管道并不能改善腐蚀情况。

调查腐蚀原因时,经常使用简便的管对地电位法。但是,通过管对地电位与最大腐蚀深度相比较的结果来看,由于实际埋设环境中各种各样的因素对电位的影响,并未发现管对地电位与腐蚀的危险性的关联,因此,不适合单用管对地电位来判断腐蚀。

Sanwa埋设管道腐蚀测试仪 (S-1)

本产品在判定埋设裸管是不是埋设在会因为水泥/土壤系的原因发生腐蚀的环境内的同时,可以测定裸管的腐蚀进度。

另外,对于有塑料防腐层的钢管或者防腐胶带的钢管,据本产品测定结果判定为[可能发生腐蚀]时,说明在防腐层缺损部位或者防腐胶带没包完全部位集中了水泥/土壤系造成的腐蚀,缺损部位或防腐不完全部位会在短时期内发生腐蚀导致泄漏,需要及时的进行防腐处理(安装绝缘法兰等)。

S-1产品概况

本产品约在10年前,由日本的LP煤气维护公司开始使用,已经进行了超过1万件的测定。通过测定值来计算埋设管道(特别是裸管)的腐蚀进度,将结果提交给顾客,顾客根据结果判定是否采取措施,来预防煤气泄漏事故的发生。

测定是通过管对地电位与测试仪发出的试验电流得到的管电位,测定电流来计算通电变化值。这个通电变化值是水泥/土壤系产生的腐蚀的电路电阻值,由于此电阻值与铁离子溶解相关联,可以用来判断裸管的腐蚀进行度。另外,也可以同时计算出裸管的每年的最大腐蚀深度。

测定对象

裸管,塑料防腐层被覆管,包了防腐胶带的管道

测定方法

有绝缘法兰时,请连接在绝缘法兰下方的煤气管的金属部分

判定方法

以上的测定项目的通电变化值(R)在10Ω以上或不满10Ω时判定如下:

R < 10:有可能腐蚀

R>=10:无腐蚀

*以R=10Ω来作为判定基准的理由为:通电变化与裸管的腐蚀速度有很大的相关性,10Ω=0.06mm/yr

土壤腐蚀较大的为0.05mm/yr,将比此更大的腐蚀领域的0.06mm/yr = 10Ω定为有无腐蚀的判定基准。

通电变化10Ω(腐蚀速度0.06mm/yr)的穿孔年数例

裸管 壁厚 穿孔年数
20A           2.8mm         47年          木结构等
40A      3.5mm    59年         钢筋水泥等

腐蚀速度与到穿孔为止的年数计算

腐蚀速度(mm/yr) =测定值

最大腐蚀深度(mm) =腐蚀速度(mm/yr) x埋设年数(yr)

残存壁厚(mm) =埋设管壁厚(mm) –最大腐蚀深度(mm)

到穿孔为止的年数(yr)=残存壁厚(mm) /腐蚀速度(mm/yr)

腐蚀判定方法

埋设管道改善方法

△: 虽然作为应急措施有效,但不适合作为永久的改善方法

注1: 虽然判定为没有发生激烈腐蚀,但如果没有设置绝缘法兰的话建议设置

规格

测定规格

案例

 参考文献: 
[1] LPガス既設埋設管改善マニュアル 2003.01.神奈川県防災局工業保安課[2]埋設管保安高度化技術 保安専門技術者研修テキスト.高圧ガス協会(日本)

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