供热管道腐蚀检测评估应用效果探讨

供热管道腐蚀检测评估应用效果探讨

陈轲1， 崔冬1

（中国电子工程设计院股份有限公司  100142）

摘要：截止2020年，北方地区城镇集中供暖面积约122.1亿㎡，集中供暖管线总长度约为50.73万千米，其中老旧管网占比较高，尤其是一次管网占比更高，采暖期间管网腐蚀引发的漏损时有发生，严重威胁供热运行安全，影响用户用热体验。本文从供热管网腐蚀机理分析，包括不同供热管材耐腐蚀性对比、腐蚀类型及腐蚀的关键因素分析，汇总供热管网腐蚀检测常用技术，通过对某供热公司腐蚀检测典型案例剖析，以期给供热企业针对供热管网安全运行、日常维护提出合理化建议。

关键词：供热管网、防腐检测、腐蚀

引言

随着城镇化进程提速，建筑面积快速增加，集中供热也迎来高速增长，截止2020年，北方地区城镇集中供暖面积约122.1亿㎡，其中城市集中供暖面积占比80.9%；根据中国城乡建设统计年鉴，截至2020年，我国集中供暖管线总长度约为50.73万千米，且全部为热水管线。根据中国城镇协会统计数据，管网使用年限超过15年的老旧管网占一次网总长的19.4%，二次管网管网使用年限超过15年的占比32.2%[1]。

大量的老旧管网因管道腐蚀而引发管道泄漏，甚至管道爆炸，在增加运行成本同时，威胁供热运行安全，降低热用户热舒适体验，引发上访投诉。各供热公司在增大老旧管网更新力度同时，持续加大关注既有管网运行安全，研究管网腐蚀及破损机理，加强管道日常巡检、保养和维护，减少管道腐蚀，以确保供热管道的使用寿命和人民群众的财产安全。

1 供热管网腐蚀机理分析

1.1供热管网管材耐腐蚀

目前，城镇供热管道普遍采用以碳钢为基材、焊接连接、硬质聚氨酯塑料泡沫为保温层的供热管道模式，具体管材如无缝钢管、电弧焊或高频焊焊接钢管，钢材规格为Q235B、L290、10#、20#和Q355B钢等，其耐腐蚀性有限，工作管内壁易电化学腐蚀，渗入的地下水外壁造成更复杂的外腐蚀。

随着管材技术发展，新型城镇供热管材球墨铸铁是一种铁、碳和硅的合金，其中石墨以球状形式存在。采用离心铸造法浇铸的管材具备良好的延展性，其强度、韧性接近于钢管，且具备较强的耐腐蚀性，正在逐步推广应用[2]。

近年来，针对小口径的供热管道，聚乙烯外护管预制保温复合塑料管以其耐腐蚀、施工简单可靠、保温好及内壁光滑等优点正快速推广应用。这种复合塑料管由高密度聚乙烯外护管、聚氨酯泡沫塑料保温层和工作管紧密结合而成，工作管主要包括PERT-Ⅱ、PP-R、PVC-C等。

从耐腐蚀性看，聚乙烯外护管预制保温复合塑料管＞球墨铸铁管＞碳钢。含碳量较低的管材更容易出现管道腐蚀的现象。

1.2供热管网腐蚀类型

供热管道的腐蚀从腐蚀部位来说分为两大类：外腐蚀和内腐蚀。外腐蚀主要包括：纯粹化学腐蚀、电化学腐蚀（以吸氧腐蚀为主）、土壤细菌腐蚀、杂散电流腐蚀（电解池腐蚀）等；内腐蚀主要包括：流体介质腐蚀、电化学腐蚀、流体冲蚀等[3]。

从腐蚀原因可以分为三类：（1）.普通腐蚀，包括水腐蚀、碳酸腐蚀及碱腐蚀等，主要是介质中含有的物质与管材发生化学反应造成；（2）.钢材质腐蚀，包括面下腐蚀和孔洞状腐蚀，主要是管材受到外部机械压力作用而产生的腐蚀；（3）应力腐蚀，是在腐蚀介质以及由于温度产生的应力的综合作用下，对供热管网产生的腐蚀效应，这种现象对供热管网保护膜会产生破坏效果[4]。

1.3供热管网腐蚀关键影响因素

（1）使用时长。根据《供热工程项目规范》GB 55010-2021，热水供热管道的设计工作年限不应小于30年。实际工程使用中，随着运行年限增加，管材及保温层老化加速，尤其是投产10年以上管道，腐蚀故障明显增加，需定期检测维护。

（2）管道埋深。埋深不够容易导致第三方破坏，如过往车辆动载荷，导致管道变形，施工破坏导致管道破损等。

（3）土壤温度。土壤温度的提高，会加速土壤腐蚀电化学反应中阴极的扩散过程和离子化过程。土壤温度还对土壤的电阻率、盐、气、水含量、微生物活动产生影响，对材料的腐蚀作用增大。在供热管道中，供水管腐蚀比回水管严重。

（4）土壤电阻率。土壤电阻率、含水量、酸碱度以及含盐量等都是影响防腐层破损原因。破损情况随着电阻率的增加而越来越严重[5]。

2 供热管道防腐检测技术应用

2.1 交流电流衰减法

采用交流电流衰减法可检测评价管网腐蚀整体状况和缺陷点定位。

检测时由发射机向管道发射某一频率的信号电流，电流流经管道时，在管道周围产生相应的磁场；当管道完好时，随着管道的延伸，电流衰减较平缓，其在管道周围产生的磁场比较稳定；当管道破损或老化时，在破损处电流衰减较大，随着管道的延伸，其在管道周围磁场的强度就会减弱。根据电流衰减率的变化可以分析出管道腐蚀平均质量的优劣。通过A字架感应破损点周围的电场，从而检测到防腐层破损点的准确位置和大小[7]。

2.2皮尔逊法

皮尔逊法也称“人体电容法”，就是用人体作检漏仪的感应原件，给埋地管道施加特定频率的交流电信号（通常1kHz），当管道有破损点时，在破损处形成导电通路，产生漏电电流，在漏点上方地面上形成电位梯度的分布场。用人体与大地构成的人体电容做检漏仪的交流信号的传感元件，一前一后的两名检测人员在漏点附近时，检测仪的声响和表头都开始有反应，在其中一名检测员处于漏点的正上方时，仪器反应最强，从而可准确地找到防腐层的破损点。

3 天津某供热公司供热管网腐蚀检测效果分析

3.1供热管网基础资料

天津某供热公司一次管网全长17.46km，管径范围为DN200~DN500，采用预制高密度聚乙烯直埋保温管道，管材为Q235-B，辐射方式以直埋为主，地面主要为市政绿化带，埋深在0.5m~4.4m。供热管道有34段穿路，2段穿铁路，地面活跃程度较高。全程有4处桁架，部分管段架空跨越河流。主干网建设于2012年，支线管网随着热负荷小区建设时序，建设于2012年~2019年。

供热热源为燃煤热电联产，设计供回水温度100/40℃，实际运行温度95/50℃，供热时长为120~150天，根据室外天气变化情况及政府供暖政策进行调整。

3.2供热管网腐蚀检测结果

采用交流电流衰减法对供热管道腐蚀状况进行评估，同时对管道腐蚀环境、杂散电流进行检测，结果如下：

（1）管道腐蚀环境评估

表1 土壤腐蚀性检测表

依据GB/T19285-2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》标准中的规定，计算出N值为15，土壤腐蚀性等级为“中”。

（2）杂散电流检测

对供回水管道用瞬间电位记录仪进行杂散电流检测，根据现场记录的杂散电流数据，应用杂散电流数据处理分析软件，分析数据显示电位差最大为0.24mV。差值很小，可判断管道上不存在杂散电流干扰。

（3）管道腐蚀破损点检测结果

通过对供回水管全程腐蚀评估检测，对疑似腐蚀破损点结果整理如下表。

表1 管网疑似腐蚀破损点检测表

3.3管网腐蚀检测评估效果分析

针对上述检测结果，研究分析发现：

（1）从管网埋深分析，管道95%的破损点都在埋深2.0米及以下，其中1.5米及以下占比53%，埋深越深，管网防腐效果越好；

（2）从破损点分布位置分析，92%的破损点都在供水管上，其中69.4%破损点都在距离热源端的前端（40%管长距离以内），管网介质运行温度对腐蚀影响较大，温度越高，管网腐蚀速度越快；

（3）从破损点分布周边环境分析，61%的破损点处在绿化带下，28%的破损点位于硬化道路下，11%在河边架空埋地转换处。全程4处架空桁架，有3处在架空转地埋处腐蚀严重；全程有34处穿越道路，其中正常通行且车流量较大道路有12处，8处发生腐蚀破损，占比66.7%。另外在某小区主出入口处有75米管长均有不同程度腐蚀，可见土壤湿度、交通震动引起的应力变化对管网腐蚀影响较大，需加强防范；

（4）从破损点管网年限分析，97%的破损点所在管网使用年限超8年，3%破损点所在管网使用年限超6年，建议供热管网使用年限超8年后需定期进行腐蚀检测评估，加强维护保养，降低管网漏损危害。

4、结论

供热作为一项民生工程，其安全、高效、稳定运行应受到重点关注，供热管网运行是其中重要一环。对供热管网应从全生命周期角度进行规划及使用，在经济合理前提下，管材应优先选用耐腐蚀新型管材，优化管线布局，在易发生腐蚀区域如管网埋深较浅处、道路穿线、河湖边线、架空地埋转接处及小区出入口等设计时加强防护措施，日常运维时重点关注和保养；另外，建议对供热管网使用年限超8年后尤其是供水管道需定期进行腐蚀检测评估，加强维护保养。

参考文献

[1] 清华大学建筑节能研究中心.2023年中国建筑节能年度发展研究报告[M].中国建筑工业出版社,2023:54-79.

[2] 魏西涛.球墨铸铁管在供热工程应用的技术经济性研究[M].燕山大学,2021:2-5.

[3] 柴德民,杨晓龙等.油田集输管网腐蚀分析及治理措施优化[J].绿完整性管理,2022(1):66-66.

[4] 顾正芳.供热管网防腐保温处理技术研究[J].中国高新科技,2022(9):111-111.

[5] 王贵强.供热管道的防腐蚀研究[M].哈尔滨工业大学,2009:13-15.

[6] 杨 超,陈丽娜.胜利油田集输管网防腐层评价分析[J].油气田与油气管道技术装备智能化,2021(增刊):203-204.

[7] 范磊.埋地管道防腐检测技术在燃气管网中的应用策略[J].全面腐蚀控制,2023,37(07):133-133.