饋電測試法在中俄原油管道黑龍江穿越工程中的應用

竇宏強，李 軍，陳 吉吉，郭娟麗，謝風春，林 軍，陳獻杰

（1.中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000；2.中國石油天然氣管道局國際事業部，河北廊坊 065000；3.中油管道物資裝備總公司，河北廊坊 065000）

饋電測試法在中俄原油管道黑龍江穿越工程中的應用

竇宏強1，李 軍2，陳 吉吉3，郭娟麗1，謝風春2，林 軍2，陳獻杰2

（1.中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000；2.中國石油天然氣管道局國際事業部，河北廊坊 065000；3.中油管道物資裝備總公司，河北廊坊 065000）

中俄原油管道黑龍江穿越工程中，采用俄方規范ГОСТ 51164-1998《干線管道防腐要求》中所列的饋電測試方法，對水平定向鉆穿越后管道外防腐層的優劣進行定量評價。結果表明，外防腐層的電阻率、陰極極化電流、管/地電位偏移等都符合要求。

長輸管道；水平定向鉆；饋電測試；防腐層

0 引言

中俄原油管道黑龍江穿越工程位于中俄兩國邊境，是俄羅斯斯科沃羅季諾泵站到中國漠河泵站石油管道系統的組成部分。管道設計壓力為6.4 MPa，管徑820 mm，壁厚15.9 mm，采用K56級直縫埋弧焊鋼管。穿越段管道的水平長度約為1 110 m。

黑龍江穿越段管道采用工廠預制的三層聚乙烯（3LPE）結構加強級外防腐層，防腐層厚度≥3 mm；補口采用CANSUA的定向鉆穿越專用補口帶。同時為保護穿越過程中管道外防腐層完好，防腐層外又包裹了一層可光固化的改性環氧玻璃鋼防護層。

1 饋電測試及評價參數

通過向管道施加交、直電流或信號對管道外防腐層或陰極保護性能進行評價的方法稱之為饋電測試方法，主要用于評價埋地管道外防腐層缺陷的大小和數量，參數單位為Ω·m2。對于饋電測試方法所用參數的名稱，國內外不統一，例如 “防腐層面積電阻”、“防腐層電阻率”、“防腐層電阻”、“防腐層絕緣特性參數”，標準NACE TM 0102“Measurement of Protective Coating Electrical Conductance on Underground Pipeline”中，將之稱為 “防腐層電導率 （coating conductance）”。本文認為此參數稱為 “防腐層絕緣電阻率”更為合適。

根據國內外相關文獻和規范，饋電測試方法主要分為：電流—電位法、電位梯度法、電流密度法、皮爾遜法、電流衰減法 （PCM法）和波形分析法。對于定向鉆穿越后的管道，中俄原油管道黑龍江穿越工程要求采用俄方規范 ГОСТ 51164-1998《干線管道防腐要求》中的饋電測試方法對管道的外防腐層進行評價。根據此規范對于外防腐層絕緣電阻率測試方法的描述，其所用的饋電測試法可歸類為電流—電位法。

2 測試方法

按照規范ГОСТ 51164-1998的描述，其饋電測試的基本做法是向被測的一段管道施加有陰極保護效用的極化電流，使被測管道的電位偏移達到規定數值，然后按照電位衰減公式計算被測管道的防腐層絕緣電阻率。此測試方法的要點在于：被測管段應與其他金屬體完全電絕緣，被測管道應已完全回填，保證所需的極化前后管/地電位差的偏移量和極化電流。測試接線如圖1所示。

2.1 測試步驟

（1）切斷被測試管道的所有電連接，測量被測管道兩端的管/地自然電位并記錄，測量管道兩端的土壤電阻率并記錄。如果此段管道存在臨時陰極保護，則需要在測量管/地自然電位前至少3 d切斷該電流。

（2）按照圖1所示方式連接測試儀器和儀表。保證臨時陽極地床與被測管道的距離≥100 m。開啟電源，調節可調電阻的數值，使電流表顯示的輸入管道極化電流值為0.006 605 A。在整個測試期間，利用可調電阻器，或者通過增加/減少臨時接地體的數量，或者通過改變電源電壓的方式，或者綜合采用上述方式使輸入的極化電流保持穩定。

（3）保證未施加陰極保護電流端管道的電位偏移量≥0.7 V。如果規定的極化電流值不足以使電位偏移量達到要求，則應增大極化電流的輸出值，直至滿足要求。

（4）保持被測量段管道的極化時間不少于3 h，再次測量被測管道兩端的管/地保護電位，并記錄。

（5）計算并填寫管道防腐狀況評估報告。

2.2 計算公式

（1）陽極地床的分流電阻率RP：

（2）管道外防腐層的絕緣電阻率RT：

式中RP——陽極地床的分流電阻率/Ω·m2；

RT——管道外防腐層的絕緣電阻率/Ω·m2；

ρ——土壤電阻率/Ω·m；

D——鋼管直徑/m；

H——管道埋深/m；

R——鋼管縱向電阻率/（Ω/m）；

L——被測段管道的實際長度/m；

ΔU——遠端管道的電位差偏移量/V；

I——被測段管道的極化電流/A。

2.3 測試數據記錄

饋電測試數據見表1。

2.4 計算結果

測試時，陰極保護電流的饋入點位于中國境內，管道極化后保護電位的測試點位于俄方境內。采用12 V的直流電源，數字式伏特表的輸入電阻≥10 MΩ，安培表的精度≥1.0級。臨時陽極地床采用6根長為1.5 m、直徑為15 mm的鋼釬。為減少陽極地床對管道測試的干擾，臨時陽極地床設置在距離管道100 m外小樹林中低洼的位置。參比電極安裝于管道上方，距離管道中心線的偏差不超過0.2 m。 相關的計算參數如表2所示，計算中所需測量數據及計算結果如表3所示。

表1 饋電測試數據

表2 測量數值

表3 測量數據以及計算結果

3 數據分析

3.1 極化電流和極化電位的影響

從上述的測試結果來看，饋電測試的極化電流I和管道的極化電位U極化對防腐層絕緣電阻率的影響最大。饋入管道的極化電流值越大，管道的極化電位也隨之增大，但極化電位增加的比率遠遠小于饋入的陰極保護電流增加的比率。這就導致對于相同的一條測試管道，隨著饋入的陰極保護電流大小不同，而得到不同的防腐層絕緣電阻率值，且饋入的電流越大，防腐層絕緣電阻率數值越小。從測試數據可以看出，極化電流從0.006 6 A增加到了0.066 A，為原來的10倍；而管道的極化電位僅從0.8 V增加到了2.147 V，約為原來的3倍。因此，饋電測試時，極化電流的大小應慎重確定。

3.2 管/地電位偏移量的影響

測試數據中管道陰極極化前后的管/地電位偏移量ΔU的要求值對防腐層絕緣電阻率的影響也比較大，按照規范ГОСТ 51164-1998的要求，中俄管道黑龍江穿越段管道的管/地電位偏移量達到≥0.7 V即可，但俄方卻提出了更為苛刻的管/地電位偏移量 （≥1.0 V）的要求。表3中的數據顯示，如果按照偏移量達到≥1.0 V的要求，此段管道的外防腐層絕緣電阻率的值僅為191 135 Ω·m2，遠遠小于規范ГОСТ 51164-1998中要求的 3.0×105Ω·m2，從而導致管道外防腐層檢測結果不合格。因此，饋電測試中管/地電位的偏移量數值也應當慎重確定。

3.3 防腐層缺陷的影響

規范ГОСТ 51164-1998給出實驗室中要求的3LPE防腐層的絕緣電阻率數值應為109～1010Ω·m2；且根據其附錄中的實驗方法，對于3LPE防腐層，在鹽水中浸泡100 d后 （室溫下），實驗室檢測到的防腐層絕緣電阻率也應≥108Ω·m2，此值遠遠大于管道埋地后要求的管道外防腐層電阻率≥3.0×105Ω·m2規定。這就更進一步表明了最終影響埋地管道外防腐層質量優劣的主要因素是管道防腐層上缺陷的大小和數量，而不是防腐層本身。防腐層的缺陷越大，防腐層絕緣電阻率值越小；單位面積內缺陷數量越多，防腐層絕緣電阻率值也越小。因此，對于防腐層的選擇，不能僅考慮防腐層本身，還應考慮管道外防腐層施工時的適應性，應以能最大限度地滿足現場施工為首要考慮要素。特別對于水平定向鉆穿越段管道，應更多地考慮其穿越過程中管道的特殊要求，其外防腐層的選擇不僅局限于3LPE防腐層、雙層FBE防腐層、環氧玻璃鋼防腐層，甚至改性環氧防腐層也可以考慮。

4 結束語

（1）按照規范ГОСТ 51164-1998的要求，管道外防腐層的絕緣電阻率應≥3.0×105Ω·m2，而中俄黑龍江穿越段管道的外防腐層絕緣電阻率為340 124 Ω·m2， 滿足要求。

（2）按照規范ГОСТ 51164-1998的要求，對于中俄黑龍江穿越段管道，陰極極化電流應為0.006 605 A，管/地電位偏移的差值應≥0.7 V。

（3）按照規范ГОСТ 51164-1998的要求，若3LPE管道的外防腐層絕緣電阻率≥3.0×105Ω·m2，則反推得到陰極保護所需的理論電流密度為1μA/m2，而此要求遠遠高于目前國內陰極保護設計所采用的3~5 μA/m2的電流密度取值，也遠遠高于國際上通行的大多數陰極保護標準的要求。

（4）對于采用水平定向鉆穿越的中俄原油管道黑龍江穿越段管道，管道防腐層外包裹的一層可光固化的環氧玻璃鋼防護層起到了保護作用。

[1]ГОСТ 51164-1998，干線管道防腐要求[S].

Feed-current Test Method Used in Heilongjiang HDD Crossing Project of Russia-China Crude Oil Pipeline

DOU Hong-qiang（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Langfang 065000,China）,LI Jun,CHEN Zhe,et al.

Feed-current test method introduced in ГОСТ 51164-98 “Anticorrosion Requirements for Trunk Pipeline”had been used in the crossing project of Russia-China Crude Oil Pipeline for assessing the pipeline external anticorrosion coating quality after HDD crossing operation.The results showed that the electric resistivity of external coating,cathode intensified current and pipe/ground potential shift met the requirements.

long-distance pipeline;horizontal directional drilling （HDD）;feed-current test;anticorrosion coating

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.020

竇宏強 （1976-），男，河北廊坊人，工程師，2000年畢業于青島化工學院高分子材料與科學學院，從事管道防腐設計工作。

2011-10-17