蝴蝶结制作【论文精选】庭院钢质燃气管道出地处腐蚀分析与对策-煤气与热力杂志
【论文精选】庭院钢质燃气管道出地处腐蚀分析与对策-煤气与热力杂志
作者：田云祥，吕莉，代红亮
第一作者单位：陕西省天然气股份有限公司
摘自《煤气与热力》2016年10月刊
1概述
根据有关部门统计，2015年全国燃气爆炸事故逾350起，共造成受伤712人，死亡127人。导致燃气泄漏的主要因素为设备故障、设备老化、操作不当、管道漏气、忘关阀门、人为故意等，其中设备故障问题比2014年略显严重。燃气事故给生命财产安全带来巨大损失。
2015年，汉中市天然气投资发展有限公司（以下简称公司）对经营区域的逾100个小区楼栋调压箱出地管道及楼前埋地引入管出地管道进行日常维护保养时，累计发现约311处钢质燃气出地管道腐蚀情况。其中，对调压箱出地管道地上部分切除10 cm套管进行检查，发现套管内腐蚀严重（见图1）。对调压箱出地管道地下部分开挖至钢塑转换接头处进行检查，发现钢塑转换接头后钢管部分也存在腐蚀情况（见图2）。钢质燃气管道腐蚀后会蚀穿、断裂，漏气后会着火、爆炸绍兴护士学校，破坏正常平稳供气，影响用户的生产和生活，不仅给国家造成很大经济损失，也严重威胁人民的生命安全。因此，如何解决钢质燃气出地管道的腐蚀，就成了一个急需解决的问题。
图1 调压箱出地管道地上部分腐蚀情况
图2 调压箱出地管道地下部分腐蚀情况
2 钢质燃气管道腐蚀的种类
2.1 电化学腐蚀
钢质燃气管道的管壁与土壤相接触，产生电化学反应，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀杨巧儿，即为电化学腐蚀激辩风云。电化学腐蚀既可以腐蚀管道内壁，也可以腐蚀管道外壁。通常埋地钢管的外壁腐蚀以电化学腐蚀为主［1］。
2.2杂散电流对钢管的腐蚀
由于电气化铁路、矿山、工厂、港口各种用电设备接地与漏电，在土壤中会形成杂散电流。因杂散电流引起的腐蚀，称为杂散电流腐蚀［2］。
2.3 化学腐蚀
化学腐蚀是金属直接和介质接触发生化学作用而引起的金属腐蚀过程方正喵呜体。由于输送的燃气中可能含有硫化氢、氧、二氧化硫等腐蚀性化合物，它们直接和金属起作用而产生化学腐蚀。埋地钢管纯化学腐蚀是极少发生的，一般同时存在化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀对钢质管道来说是全面性腐蚀，腐蚀导致管壁厚度的减薄是均匀的，因此，与电化学腐蚀产生穿孔破坏相比，化学腐蚀的危害性较小［3］。
2.4 微生物腐蚀
对微生物参与腐蚀过程的研究表明金鼎大佛，当埋地钢质管道周围土壤中长期含有较多水分时，适合细菌生存，易引起微生物腐蚀。反之，较干燥的土壤中，细菌难以生存，也就谈不到微生物腐蚀。此外，土壤中氧气含量的多少影响着好氧细菌和厌氧细菌的繁殖，从而造成不同的腐蚀环境［4］。
3 钢质燃气出地管道腐蚀原因分析
公司对于小区庭院楼栋调压箱及楼前埋地低压钢质燃气出地管道的处理，一般在钢塑转换后按照GB/T 8923—2008《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的St3级对钢质管道除锈、刷防锈漆处理后，在出地处使用套管加油麻封堵。室外燃气出地管道均靠近墙体，此处环境大多处于高热和潮湿状态，水分很容易进入燃气管道的套管内部，引发管道腐蚀现象。从腐蚀原理来看，管段在此环境下腐蚀属于电化学腐蚀，由于湿热，酸、碱、盐易溶在管段的水膜中生成强导电性介质，电子在钢管上流动，铁离子在水膜中流动，使该管段遭受强腐蚀。金属与外界环境中的氧气、水或其他腐蚀介质接触也会发生腐蚀，铁与氧气和水发生化学反应，化学反应式如下：
公司组织相关专业技术人员，针对出地部分管道腐蚀问题进行了分析和研究，通过查找设计图纸、施工资料以及运行维护有关资料，分析出现腐蚀问题的原因如下。
3.1 设计方面
在设计过程中，对出地部分在设计文件中只是简单地一笔带过，或根本就没有关于出地管道防腐处理的设计内容，对出地套管规格、材质及具体做法，图纸未给出明确的要求，在施工图纸的材料表中没有体现出套管的数量及材质标准，在施工图纸中未对钢塑转换后至出地面部分管道防腐做法提出要求，未对出地套管本身防腐提出要求。
3.2 施工方面
施工时使用的出地套管规格过回梦游仙简谱小，出地套管和燃气管道偏心，出地套管与燃气管道间未按要求进行填实，出地套管上端口未进行有效密封，造成雨水进入套管内部，无法及时挥发标新立异造句，形成原电池，长时间腐蚀燃气管道。出地套管出地高度不够，或未按楼栋最终地坪预设套管，造成套管出地高度不够或直接埋入地面以下，导致出地套管失效。施工时偷工减料，使用劣质出地套管，对出地套管本身不进行防腐处理，对钢塑转换后的埋地钢管未进行有效防腐。
3.3 外界环境
由于小区庭院楼栋调压箱及楼前埋地低压钢质燃气出地管道处于户外，长期的雨淋和暴晒会使防腐层处于干湿交替的恶劣环境，再加管道的热胀冷缩，必然会加剧防腐层破损，从而造成腐蚀。大气中的紫外线会使防腐层逐步老化破损，由于居民小区人多物多、环境复杂，在管道运行中人为磕碰、撞击以及高空坠物都会造成防腐层局部受损，从而产生腐蚀。地下水、生活污水以及意外遭遇酸碱性液体侵蚀均会导致管道腐蚀。
4 解决方案
公司经过全面的市场调研和技术论证，要解决已经发生腐蚀的小区庭院楼栋调压箱及楼前埋地低压钢质燃气出地管道的腐蚀问题，防腐材料要具备防腐效果好、阻燃性能佳、对人体无毒无害、能抗一定的冲击、可带气施工等条件。若按新建管道对管道除锈、刷防锈漆处理后在出地处使用套管加油麻封堵的防腐方法在燃气管道不停气、需切割的情况下，无法进行加装套管施工。在破除原出地套管，然后重新对钢塑转换接头至出地面段钢质燃气管道重新防腐后加装出地套管，需将整体出地套管改为柔性管夹的形式才能解决出地套管的施工问题。为此，公司引进了新技术、新材料和新产品——飞溅防护（SplashPro）系统［5-6］，对已发生腐蚀的小区庭院楼栋调压箱及楼前埋地低压钢质燃气出地管道地下钢塑转换接头至出地面部分进行防腐处理，以防止腐蚀加剧。目前我公司已完成技术论证，正在进行施工前期准备工作。
飞溅防护系统，是基于处于最恶劣的腐蚀环境海水飞溅区钢桩防腐蚀的特殊要求，而发明的一种具有优异防腐蚀性能的冷胶带施工系统，特别适合于恶劣的大气中、地下、潮湿环境和水下环境的金属表面的长期防腐蚀保护。
4.1 原理
飞溅防护系统起初广泛应用于海洋飞溅区和潮汐区的海底管道、立管、码头钢桩的防腐蚀保护。在海水飞溅区及潮汐区，管桩支撑系统暴露在波浪、浪花及大气环境下，受高浓度的盐分、氧气、温差以及外界船只及海面漂浮残骸撞击引起的机械损坏作用，成为防腐结构中最易受损的部分。
飞溅防护系统，内层采用柔性表面持久的防腐蚀（Surface Tolerant Anti Corrosion）矿脂防腐系统（简称STAC矿脂防腐系统）来防止外界水汽侵入，外面覆以高强度外护层，来防止外界机械碰撞破坏防腐层。基于其内层STAC矿脂防腐系统中油性矿脂憎水的防腐蚀机理，使得工件表面形成几个连续层次的油性防护层，来阻止外界水汽侵入，并利用矿脂优异的耐酸碱盐特性起到对钢管的长效保护。自粘性外保护带能防止矿脂流失，外护层对整个系统进行强有力的机械保护，起到防护作用。系统在正常情况下至少提供10 a的防腐寿命，能够阻止腐蚀的产生和蔓延。
4.2 结构
飞溅防护系统包括内层STAC矿脂防腐系统及外护层，其结构详见图3。STAC矿脂防腐系统由内到外为矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥、矿脂油性胶带、自粘性外保护带层四个部分组成。外护层分为在地下异形管件（钢塑转换接头、弯头）处使用的水固化外护带和出地直管段处使用（代替出地套管）的高强度、高韧性、高密度、防紫外线的聚乙烯（HDPE）外护管夹（外护管夹的结构详见图4）日上起时表。
图3 飞溅防护系统结构
图4 外护管夹结构
①矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥和矿脂油性胶带。作为核心柔性防腐层，其厚度为2~3 mm。其中，矿脂油性底漆以涂抹均匀为主，矿脂油性胶泥以填充异形部位空隙形成光滑面为主，矿脂油性胶带厚度约1.2 mm，比一般涂层厚度80~120 μm要厚，因此更加安全可靠。它们都是憎水材料，且在一定范围内具有自愈合能力，并且可以重复使用。水、氧及各种腐蚀介质如酸、碱、盐难以穿透核心柔性防腐层到达金属表面，因此，使金属表面始终处于干燥无水状态，腐蚀原电池的离子传递的路径被阻断，腐蚀也就不会发生。正常使用情况下，长达10 a都不会发生腐蚀，且在管道焊接补口处的防腐设计寿命能够与管道主体保持一致。
②自粘性外保护带。是一种包覆在矿脂油性胶带外起到防止矿脂流失作用的胶带，它的厚度为0.1 mm。
③外护层。是一种包覆在STAC矿脂防腐系统外、起到防止外界机械冲击对防腐层造成破坏的作用的防护层，它分为在地下异形管件（钢塑转换接头、弯头）处使用的1 mm厚的水固化外护带和出地直管段处使用（代替出地套管）的2 mm厚的高强度、高韧性、高密度、防紫外线的聚乙烯外护管夹。它们具有较高的机械强度，会为管道防腐层提供持久保护，可以有效地避免由于野蛮施工或者尖锐锋利物体撞击而对管道本体及其防腐层造成的破坏，大大地提高管道的整体耐候性。
4.3 材料
①内层STAC矿脂防腐系统
a. 矿脂油性底漆。为黄色或棕色油脂状混合物，含有饱和矿脂碳氢化合物、缓蚀剂和添加剂，如微晶蜡、地蜡、润滑油等。规格为3.25 L/桶。主要作用为去除水汽槙岛圣护，保证粘结力。
b. 矿脂油性胶泥。为灰色或黄色膏状混合物，含有饱和矿脂碳氢化合物、缓蚀剂和添加剂，如微晶蜡、地蜡、润滑油等。规格为3 kg/袋。主要作用为对异形管件空隙处进行填充，以形成光滑面，水谷幸也避免缠绕矿脂油性胶带时产生空鼓。
c. 矿脂油性胶带。为黄色或棕色带状物，将饱和矿脂碳氢化合物加热至100 ℃融化，然后加入缓蚀剂和添加剂充分搅拌融合，将无纺布浸渍于此混合物中，经冷却加工形成胶带。规格为10 m/卷。主要作用为防腐、密封。
d. 自粘性外保护带。为黑色或黄色胶带，规格为41 m/卷，主要作用为防止矿脂流失。
②外护层
a. 水固化外护带。为冷缠外护产品，一经开袋，缠绕包覆，在环境温度为2 ℃时，遇水后15 min就会快速硬化固化；在环境温度为25 ℃时，遇水后8 min就会快速硬化固化；在环境温度为40 ℃时，遇水后5 min就会快速硬化固化；在环境温度为50 ℃时阿炳的资料，遇水后4 min就会快速硬化固化。规格为4.6 m/袋。主要作用为高强度机械保护。
b. 聚乙烯外护管夹。为黑色聚乙烯材料，它的材料组成（体积分数）约97.5%的聚乙烯，约2.5%的炭黑和微量的抗氧化剂和热稳定剂。具有优异的抗化学性能、力学性能、耐环境应力开裂性能、尺寸稳定性和耐热老化性能，同时具有优异的抗紫外线辐射性能。因此，适于露天环境使用。它为柔性材料，可以根据燃气管道外径定制。主要作用为防紫外线，提供高强度机械保护，代替出地套管。
4.4 施工流程
施工流程为：工具准备、开挖操作坑、破除原出地套管、表面除锈、涂刷矿脂油性底漆、涂敷矿脂油性胶泥、缠绕矿脂油性胶带、缠绕自粘性外保护带、缠绕水固化外护带、安装聚乙烯外护管夹，蝴蝶结制作最后回填操作坑、恢复地面。
①工具准备
施工工具包括：切割工具、钢丝刷、扁铲、抹布、毛刷、剪刀、卷尺、手套点灯山。
②破除原出地套管
使用切割工具破除原出地套管，破除时需防止切割到燃气管道。
③表面除锈
a. 用钢丝刷将燃气管道表面松动的铁锈、漆皮及其他异物清除。
b. 对特殊的地方，可以有选择性地用动力工具清除铁锈、旧漆皮等异物。
c. 燃气管道表面除锈等级应不低于GB/T 8923—2008《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的St2级。
④涂刷矿脂油性底漆
a. 燃气管道表面预处理后，为了防止燃气管道表面受潮和污染，至涂刷矿脂油性底漆前的时间间隔越短越好，宜控制在4 h之内。涂矿脂油性底漆前，如果出现返锈或表面污染时，必须重新进行表面除锈。
b. 用刷子涂刷矿脂油性底漆，每1 L矿脂油性底漆可以涂刷3~5 m2管道表面。
c. 矿脂油性底漆应涂刷均匀，不得漏涂。对于燃气管道的螺纹等处，应多涂一些矿脂油性底漆。
d. 矿脂油性底漆涂刷区域应延伸至管道原有防腐层，搭接宽度不少于100 mm。
⑤涂敷矿脂油性胶泥
a. 对于诸如阀门、钢塑转换接头、管接头等形状复杂的管道附件，可以采用矿脂油性胶泥对其进行空隙填充以形成光滑面，避免在缠绕矿脂油性胶带时产生空鼓。
b. 用扁铲辅助、用手戴手套来涂敷矿脂油性胶泥。
c. 涂敷矿脂油性胶泥时，应用手戴手套或工具将矿脂油性胶泥压实，使矿脂油性胶泥与燃气管道表面紧密结合，不应残留空气。
⑥缠绕矿脂油性胶带
a. 矿脂油性底漆涂刷完毕囧囧后宫记，并用矿脂油性胶泥对钢塑转换接头空隙填充以形成光滑面后，即可开始进行缠绕矿脂油性胶带作业。管道表面涂刷底漆后，为防止管道表面受潮和污染，至缠绕矿脂油性胶带的时间间隔越短越好，宜控制在4 h之内，风沙较大或空气湿度较大时，应立即缠绕矿脂油性胶带。
b. 矿脂油性胶带宜采用螺旋式缠绕，每缠一道应保证与前一道有至少25 mm宽度的搭边，直至将防腐区域一遍缠完为止。
c. 矿脂油性胶带与管道原防腐层的搭接宽度应不少于100 mm。
d. 若施工空间过于狭小，则可以考虑纵向应用矿脂油性胶带，采用类似将矿脂油性胶带裁成适宜尺寸的长方形进行圆柱式贴覆包裹，矿脂油性胶带之间的搭接宽度不少于100 mm。对于阀门等部位，也可以将矿脂油性胶带裁成适宜尺寸的长条进行贴覆式施工。
e. 对于垂直方向的管道，应从底部向上螺旋缠绕，上边压住下边，以形成类似“瓦屋面”式结构，此种搭接方式可以防止水分、灰尘及其他异物的积聚和侵入。
f. 缠绕矿脂油性胶带过程中要紧紧按住始端，使其紧贴于管道表面，在缠绕过程中应始终保持一定的拉力。随着缠绕，应将出现的皱褶和气泡赶平。缠绕方向应该是从左向右顺时针螺旋缠绕，保证搭接均匀美观。每缠绕一卷，应用手沿螺旋缠绕方向压平搭接处。矿脂油性胶带换卷时，接头处应保证至少100 mm的搭接宽度。
g. 在对矿脂油性胶带及搭边处进行压平时，可以在手套上涂抹少许矿脂油性底漆，使操作更加方便，且增加搭边处的密封效果，尤其适于冷天或温度较低的管道表面。
h. 防腐层设计级别为加强级或特加强级时，矿脂油性胶带应该采用55%的搭边量，直至将防腐区域一遍缠完为止，以达到双层包覆的效果。
⑦包覆外保护带及外护管夹
a. 在矿脂油性胶带外面包覆一层自粘性外保护带。为了防止矿脂油性胶带表面受潮和污染，缠绕外保护带与矿脂油性胶带施工完毕后的时间间隔越短越好，宜控制在4 h之内。
b. 自粘性外保护带宜采用螺旋缠绕方式进行施工，带与带之间的搭接宽度宜控制在15~25 mm，直至将自粘性外保护带一遍缠完为止。
c. 对于垂直方向的管道，应从底部向上螺旋缠绕，上边压住下边，以形成类似“瓦屋面”式结构。对于无法采用螺旋缠绕方式进行施工的部位，可以采取贴覆式施工。
d. 防腐层设计级别为加强级或特加强级时，自粘性外保护带应采用 55%的搭边量，直至将自粘性外保护带一遍缠完为止，以达到双层包覆的效果。
e. 在钢塑转换接头处采用水固化外护带缠绕包覆自粘性外保护带，应将钢塑转换接头完全包覆，钢塑转换接头后的钢管直管段20 cm范围内应包覆水固化外护带，其缠绕方法与自粘性外保护带一致。在缠绕水固化外护带时，一经开袋，在环境温度为2 ℃时，可先将水固化外护带在水盆中快速浸泡湿润后，在10 min内完成缠绕，水固化外护带在浸水15 min后会固化成型；在环境温度为25 ℃时，将水固化外护带在水盆中快速浸泡湿润后，5 min内完成缠绕，水固化外护带在浸水8 min后会固化成型；在环境温度为40 ℃以上时，应先进行水固化外护带缠绕施工，然后再用水充分浇湿水固化外护带，水固化外护带在5 min后会固化成型。
f. 在燃气管道直管段至出地面20 cm范围内，采用聚乙烯外护管夹包覆自粘性外保护带。安装时只需将外护管夹包覆在管道上，通过液压工具压紧，并通过螺栓连接固定即可，其下端应压住水固化外护带10 mm宽度。
⑧回填操作坑及恢复地面
由于地下使用了水固化外护带，出地面处使用了代替套管的防紫外线的聚乙烯外护管夹，外护层包覆在防腐系统外部，起到了机械保护和防紫外线的作用，因此，操作坑回填和地面恢复可以按原回填恢复方式施工，例如混凝土地面恢复等方式均不会造成防腐系统的破坏，但应避免直接大力机械撞击等人为破坏。
4.5质量控制
①表面除锈质量检验
除锈后的管道表面应进行表面除锈质量检验，参照GB/T 8923—2008《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中相应等级的图片与处理后燃气管道表面进行100%目视比较，表面处理质量应达到该标准St2级的规定。
②防腐层外观检验
防腐施工完成后，应按照生产厂家的企业标准《STAC 矿脂防腐技术施工工法》及《STAC 矿脂防腐胶带施工技术规范》，对防腐层进行100%目测检查，防腐层表面应平整、搭接均匀、无永久性气泡、无皱褶和破损。
5 技术优势及缺点
5.1 优势
对已经出现腐蚀问题的钢质燃气出地管道，要及时进行二次防腐，防止腐蚀继续加重造成燃气事故。由矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥、矿脂油性胶带、自粘性外保护带组成的STAC矿脂油性防腐系统，是用于金属表面防腐的一种多层矿脂类系统。该系统无毒且具有遇火阻燃性，这是因为使用的内防腐层（矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥及矿脂油性胶带）的主要材料为阻燃材料。其施工简便，具有极高的柔韧性，可适于冷的、湿的或水下等复杂环境下不规则工件表面的防腐蚀保护。工件经过简单的表面处理，然后使用该系统防腐，则腐蚀会立即停止。具有耐水、盐、酸和碱等优良性能，随着时间的推移，矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥、矿脂油性胶带不会发生硬化。允许随时揭开检查，然后重新复原即可。防飞溅防护系统外护层分为在地下异形管件（钢塑转换接头、弯头）处使用的水固化外护带和出地直管段处使用（代替出地套管）的高强度、高韧性、高密度、防紫外线的聚乙烯外护管夹，主要起机械保护和防紫外线的作用。
飞溅防护系统内层STAC矿脂油性防腐系统的矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥和矿脂油性胶带，具有独特的憎水性和惰性矿脂极佳的耐酸碱盐特性，可以有效地隔绝外界环境中的腐蚀因素，外界环境中的水、氧气和其他腐蚀介质无法穿过防腐层到达金属表面，从而抑制了腐蚀的发生。同时矿脂系统具有优异的柔韧性和可塑性，不仅可以适应不规则形状表面，而且还具有自愈合性能，这是因为内防腐层的矿脂油性底漆、矿脂油性胶泥、矿脂油性胶带为油脂状（或含有油性矿脂），具有一定的流动性，在碰撞破裂后，油性矿脂可随时间自行流动愈合，这样，就保证了防腐层的整体密封性。使用矿脂防腐系统对上述部位进行包覆施工，可以有效地保护金属不与腐蚀介质接触，从而达到长效防腐的目的。自粘性外保护带可以防止矿脂的流失。外护层可以承受高强度机械冲击，即使管道处于极其恶劣的外部环境中，外护层也可以保护防腐层和管道免受冲击而不被损坏。
飞溅防护系统技术均为冷缠施工，对于户外腐蚀出地管道二次防腐，在工艺上不需停气、切割管道及换管，只需破除原出地套管及管道表面松散锈蚀层，然后进行防腐施工，大大降低了带气作业的风险和经济损失。
5.2 缺点
根据我公司市场调查，规格为DN 50 mm的钢管，地下长度为60 cm，出地长度为20 cm，采用飞溅防护系统二次防腐施工，材料加防腐施工费用为每处350元；相同管径及长度的钢管，采用传统除锈、刷防锈漆处理后在出地处使用套管加油麻填实、套管口使用沥青封堵密封的防腐方法，材料加防腐施工费用为每处260元。两者相比，前者费用为后者的1.35倍。这是飞溅防护系统技术推广的一大障碍。
参考文献：
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［4］周中.天然气管道防腐问题的探讨［J］.煤气与热力，2001，21（3）：238-240.
［5］中央制塑（天津）有限公司.一种用于异形金属工件的矿脂防腐层：201320896144.0［P］. 2014-07-30.
［6］中央制塑（天津）有限公司.一种防腐管夹：20132 0894176.7［P］. 2014-07-30.
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