宝山钢铁股份有限公司能源环保部 上海 200941
摘要：某高炉风口高压给水管道已带压运行18多年，且相当一部分管道处于地下，本次大修扩容后，总管的输水流量由1530m3/h扩大为2050m3/h，水压由1.6MPa扩大为1.8MPa，能否安全运行20年成为迫在眉睫的问题。为了确保加压后的管道安全，有必要对风口高压给水管道进行检测，来决定是否可以利用旧管道。
关键词：管道；电磁波检测；土壤；腐蚀。
1、前言
地上地下管线是城市和企业基础设施的重要组成部分，是企业得以生存和正常生产的物质基础，被称为“生命线”。生命线的微小损伤都可能导致整个系统的瘫痪。
某钢厂厂区地下水位较高，地下各种土质和排出物成分比较复杂，生产设备在维修过程中的排放废液等已造成部分区域土质发生变化，有些部位地下水pH值达到1.26，呈强酸性，随时间增长，地下输水管道腐蚀将日趋严重。
某钢厂高炉目前的风口高压水供水总管管径为D630X10，输水流量1530m3/h，水压1.6MPa。高炉大修后，要求其供水量2050m3/h，水压1.8MPa。
由于风口高压给水管道已经运行18年，且相当一部分管道处于地下，为了确保加压后的管道安全，有必要对风口高压给水管道进行检测，来决定是否可以利用旧管道。
2、现场普查
2.1检测方法
为了使检测工作不影响高炉的正常运行，现场调查采用无损检测，地面无损检测方法目前应用的有以下几种：管体电位测量、 管地电位测量、 超声波测量、 漏磁测量、 变频—选频法、 电流衰减法、 电位梯度法、 涡流技术、 电磁波检测法等。
各种测试方法所用原理分别为利用声音、超声波、电磁波、电流、电压等的差进行测试，由于现场条件的不同，如周围有噪声会影响信号的接收，周围介质不同会影响信号的传递，周围有磁场或管道与电导体的接触会影响电流电压的变化等，测试方法和手段应不同，可采用一种或多种综合手段。针对某钢厂地下水位较高，管道密集等具体情况，确定选择利用电磁波检测法和人体电容原理的地下管道的位置和防腐层探测检漏仪进行管道的普查检测。
通过向管道加电磁波信号，进行地下金属防腐管道精确定位、管道深度测量、防腐层的漏蚀点检测、长距离管线追踪等，并为地下管线的穿越工程提供可靠的标定依据。
地下管道防腐层探测检漏仪能进行地下管道的精确定位，管道深度测量，防腐层的漏烛点检测，探测深度为10m，平面位置偏差小于5cm，深度探测精度小于深埋的3%。测试步骤为：
1）在测试管道的待测区域端部加上电磁波信号，被测管道表面清理干净后，用磁铁将信号加于管道。
2）调整发送信号功率大小，使测量范围内管道有足够强度的信号。
3）用管道定位仪探测管道的确切位置和走向，沿管线逐步延伸。测试时根据管道的周围环境，可分别用最大法或最小法确定管道位置。
4）在确定管道的确切位置和走向后，用管道防腐层检漏仪沿管道测试有无破损点，发现破损点时进行标示，确认后进一步开挖核实或探测。此次检测按上述步骤对检测范围内管道进行了调查。
2.2地下管道经过的地貌及内外防腐层的调查情况
管道经过的地貌有草地、混凝土道路、厂房内部铁路和厂房内部地面，地表比较平整。高压风口供水管道除起点与泵连接处、支管向高炉供水段和管道井、阀门井内，大部分埋藏于地下。主干管部分管道穿越了铁路并从高炉干渣坑旁通过。
经过防腐层探测仪检测，无论厂房内外，地下管道未发现有外防腐层破损。
2.3阀门井、管道井的检查
风口高压水管地下管道，外防腐层未发现有泄漏情况，管道现状较差的部位是厂房内部阀门井。阀门井内的外防腐防腐层破损十分严重。因阀门井中的管道和阀门全部浸泡在水中，而且上部盖有盖板，内部的湿度较高，加速了外防腐层的老化和管道阀门的锈蚀。见图一。
3、室内试验和分析
3.1管道内介质的室内试验分析
介质的取样分析按pH值、含氧量、含盐量、硬度、CL-、SO42-、CO2、细菌数等水介质测试项目进行了测试。表一
pH值降低，水的腐蚀性升高，pH值还对腐蚀速度有影响，越是酸性环境，腐蚀速度越高。
溶解氧含量反映了介质中氧的多少，当溶解含氧量大于1mg/L的情况下就会引起比较严重的腐蚀。
药剂性及配方值对腐蚀也有影响，清循环采用缓蚀和阻垢复合剂，表二。
表二 药剂情况
按照以上腐蚀速率分级规则，此次检测所取土样的水浸出液对碳钢的腐蚀速率，在“大”这一等级范围内。
3.3管道腐蚀分析
综合化学成分分析和腐蚀速率的检测结果，该管路系统的外部环境对管道的腐蚀速率影响较大。
4、管道强度计算
4.1强度验算和寿命预测
在各种运行载荷的共同作用下，管道处于复杂应力状态，管道的纵向应力σn和环向应力σθ应满足与下式：
（σn2＋σθ2－σnσθ）≤[σ]2
根据ASME B31.9，[σ]=min(室温下的最低抗拉强度的25％，室温下的残余变形为0.2％时的最低屈服强度的62.5％)，即[σ]＝400×25％＝100MPa，对于螺旋对焊的焊管，焊缝系数取0.85。
因此此次检测的容许应力为：
[σ]＝0.85×100＝85MPa；
根据管道原壁厚、现壁厚及20年后推算的壁厚和土壤腐蚀速率、介质腐蚀速率、管道压力等计算出20年后的管壁应力如下。表五。
表五 强度计算
5、综合分析
通过检测、室内实验和各项指标评价分析，对检测管道可总结如下：
5.1 管道的外腐蚀除在干渣坑附近比较严重外，其余部位的腐蚀较轻；
5.2 地下管道所处土壤环境的腐蚀性较大，特别是高炉干渣坑附近，从干渣坑渗入地下的酸性腐蚀介质使这一区域的土壤腐蚀性较大。由于土壤腐蚀性较大，使管道外防腐层老化加速，同一种管道防腐层，干渣坑附近已发生比较严重的老化；应对土壤环境或管道外腐蚀进行有效控制，确保管道的安全运行。
5.3 从管道测厚结果判定管道的内腐蚀不严重。
5.4 管道内部介质的腐蚀性属中等，主要是由于添加缓蚀阻锈剂TS-216对钢材具有一定的腐蚀性引起；但管道内防腐层起到了良好的防腐作用。应通过调节缓蚀阻垢剂降低介质腐蚀性。
5.5 阀门井内管道和阀门存在不同程度的腐蚀。阀门井里长期存水且上部密闭，管道和阀门腐蚀十分严重。主要是由于水位变化和长期浸泡引起防锈漆老化加速，另外，由于阀门与管道的自然电位不同，阀门、管道等严重腐蚀。
5.6 经计算分析和管道寿命评估，在不施加其他保护措施的情况下，风口高压送水管道整体不能满足20年的使用寿命要求。
6、结束语
某钢厂高炉风口高压给水管道已带压运行10多年，本次大修扩容后，总管的输水流量由1530m3/h扩大为2050m3/h，水压由1.6MPa扩大为1.8MPa。通过上述多种方法的分析检测，该管道已不能满足高炉大修后再安全运行20年的需求，因此需在高炉的大修中更换。
参考文献
[1]A．G．奥斯特罗夫 等，《腐蚀控制手册》，石油工业出版社，1988年.
[2]中国腐蚀与防护学会及防腐蚀工程专业委员会，《99全国第三届埋地管线防腐蚀工程技术交流会论文集》，1999年.
[3]中国腐蚀与防护学会，《腐蚀科学与防腐蚀工程技术新进展》，1999年.
论文作者:沈振安
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/23
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