淺談埋地輸油管道的陰極保護措施

惠程昱 白玨

(1.西安石油大學,陜西 西安 710065；2.陜西延長石油（集團）管道運輸公司,陜西 西安 710000)

1 陰極保護的概念

石油是現(xiàn)當今人類社會發(fā)展的主要動力源泉，也是人類社會進步的支柱。油田工業(yè)主要有勘探、開發(fā)、鉆井、運輸和銷售。在運輸和銷售的中主要使用鋼質管道和儲存罐。罐和管道的使用壽命知己關系到了油田工業(yè)是否可以正常的發(fā)展，同時也關系到整個油田的經濟效益。而管道的使用年限主要受到各種電化學的影響，尤其在強腐蝕區(qū)域，目前解決這種強腐蝕區(qū)域電化學腐蝕的主要方法是對管道采取陰極保護措施。

我國的埋地石油管線的陰極保護始于1958年，但當時僅限于小規(guī)模的實驗，1965年大慶油田有了犧牲陽極法管道陰極保護的現(xiàn)場實驗。1970年開始，對長輸管道開始了陰極保護技術的廣泛引用。

2 陰極保護方法的分類

對于輸油管道而言降低腐蝕電位可以達到保護管道被腐蝕的效果，這同樣也是陰極保護的定義。（那么管道腐蝕陰極保護的實質是什么呢？就是給金屬管道補充大量的電子使得金屬管道表面長時間處在電子過剩的狀態(tài)之中，即金屬管道表面各點都低于負電位，這樣做就可以使得金屬管道中的電子不流失而融入到溶液中，那很明顯既然金屬管道中的電子沒有流失，金屬管道肯定就受到了保護，金屬管道自然就沒有被腐蝕，這就是管道陰極保護的實質所在）。一般情況下有兩種辦法可以達到保護管道即強制電流方法和犧牲陰極保護的方法。

2.1 犧牲陽極法陰極保護

犧牲陽極保護就是在同一種電解質溶液中放置兩種不同的金屬，這兩種金屬的金屬性不同，即失去電子的能力不同，我們要保護的是金屬性比較強的，所以在放置的時候就應該放置一種比我們要保護的金屬金屬性強的金屬，從而讓這種金屬失去電子被腐蝕已達到保護管道的作用。其主要具有使用的范圍比較廣，油氣集輸是中短距離比較復雜的管網系統(tǒng)；陽極輸出的電流小的話陰極發(fā)生剝離的可能性就小；陰極保護要是在鋪設管線的時候一起進行陰極保護施工措施，工程量相對是很小的；運行的時候后期的維護相對很簡單；但是也有一定的缺點比如陽極輸出的電流不能很好的控制即可控性較小。可主要應用于長輸管道的保護（圖一）。

圖一 犧牲陽極法陰極保護示意圖

圖二 外加電流陰極保護示意圖

2.2 外加電流法陰極保護原理

外加電流法陰極保護顧名思義就是對我們要保護的管線進行外部強制電流的攝入，因為我們不想讓陰極收到腐蝕，陰極腐蝕就會有電子的損失，那么我們的目的就是來補償損失的這部分電子，將電流通過陽極輸入土壤中，并且通過匯流點返回到電源設備，這樣就可以來補償陰極損失的電子了。其特點是在操作的時候電流很大，實現(xiàn)遠程自動化比較容易，因為安裝的工程量相對較少，而且運行期間需要專業(yè)的人員進行維護和保養(yǎng)；可用于長輸管線和區(qū)域性管網的保護。有帶狀犧牲陽極、鎂合金犧牲陽極等，其中帶狀犧牲陽極適合高電阻率土壤中的大型設備（圖二）。

3 長輸管道陰極保護施工技術

3.1 陰極保護施工的前提條件

埋地管道的腐蝕是時時會有發(fā)生。管道縱向連續(xù)導電，具有足夠電阻的管道覆蓋層，管道與其他低電阻接地裝置的電絕緣。陰極保護電源必須具備相應的合格證明文件。陰極保護電源設備安裝條件。電源電壓與設備額定電壓值相符，根據接線圖核對交直流電壓的關系。可控硅恒電位儀安裝。按出廠標準對交流輸入特性，漂移特性，負載特性，防干擾能力，流經參比電極的電流等座檢驗。匯流點及輔助陽極安裝。測試樁的安裝。管道局部防腐層清除，焊接腐蝕控制或測試的引線，焊后進行防腐處理，回填時防止碰斷等。

3.2 陰極保護參數的測試

要判定管道是否得到了保護，必須通過測得管道所在處的管地電位來判定。為了方便，同時也有著多年的實踐經驗，得出通過以下幾個判斷結構是否得到充分保護得到判斷準則。主要有管地電位法、地表參比法、近參比法、遠參比法，輔助電極法。不同測試的使用范圍不同。

下面用管地電位測試來說明這幾種方法。地表參比法，用于管道自然電位、犧牲陽極開路電位，管道保護電位的參數測試，參比電極放在管道頂部上方一米范圍的地表潮濕土壤上，保證參比電極及土壤點接觸良好。近參比法，用于防腐層質量差的管道保護電位和犧牲陽極閉路電位的測試，在管道上方，據測試點一米左右挖一個放參比電極的深坑，將參比電極置于距管道壁2.5米的土壤上。遠比參法，用于強制電流陰極保護受輔助陽極電場影響的管道和犧牲陽極埋設點附近的管段，測量管道對遠方大地的電位，用于計算該點負偏移電位。

4 長距離輸油管線陰極保護中出現(xiàn)的問題及相應的解決辦法

4.1 現(xiàn)場實測自然電位與設計電位不符

現(xiàn)場實測自然電位就在相應的實際條件下，比如溫度、濕度、導電率等相關系數都是根據現(xiàn)場情況進行實測的，而設計電位則是我們在實驗室進行試驗的基礎之上人為進行規(guī)定的，現(xiàn)場實則自然電位和設計電位不符的問題要是不能很好的解決，將對陰極保護有很大的阻礙作用。

因為我們現(xiàn)在所用的儀器大多數都沒有溫度、濕度等的校正功能，所以我們在對現(xiàn)場進行測定的時候需要對所測處進行溫度、濕度的校正。

4.2 當電力系統(tǒng)有較大負荷起停時，部分本來正常的陰極保護電位跳變?yōu)椴徽?/h3>

電力系統(tǒng)對于陰極保護而言，電力系統(tǒng)屬于高電壓且大電流的交流系統(tǒng)，而陰極保護系統(tǒng)則是低電壓且小電流的直流電系統(tǒng)；從施工的角度來看，電力系統(tǒng)屬于埋地鋪設的，而陰極保護則是犧牲陰極保護陽極的保護方法，而輸油管道和腐蝕信號檢測探頭也屬埋地式的安裝。要是電力系統(tǒng)中有比較大的負荷的啟停時，必將出現(xiàn)電流的不平衡，并且通過接地系統(tǒng)會將電流排入大地中，以半球狀形式散流，且其散流半徑達15米-20米。

4.3 長距離輸油管道在測試點進行測試的時候是沒有問題的，但是部分測試點的保護電位總是達不到設計的要求

由于長距離輸油管道在采用陰極保護的時候，管道及犧牲陽極的埋設深度一般在2米到3米之間，但是各個油田的長距離輸油管道一般都在50公里以上，這樣就會出現(xiàn)一種問題，一種由于電阻率不同而導致的問題。是因為管道兩頭的落差很大，一般在幾十米或者幾百米不等，這種落差直接導致管道在埋設過程中所處的地形地貌環(huán)境發(fā)生很大的變化，這種變化會導致地層結構發(fā)生變化，比如剛開始埋設的時候可能是砂巖，慢慢就會變成砂質泥巖，在逐漸的就變味泥巖，到最后直接變成了第四系馬蘭黃土或者離石黃土。

5 結語

在現(xiàn)實的操作中，管道的陰極保護有犧牲陽極法，強制電流法或兩種方法的結合，設計的時候應該以工程規(guī)模、土壤的環(huán)境、管道防腐層質量等因素進行合理的選用。根據以上的描述，我們在長輸管道的設計中多使用犧牲陽極的陰極保護法。并針對常出現(xiàn)的問題給予了梳理和解答。

[1]孫勇.埋地金屬管道的腐蝕與防護[J].化工裝備技術，2005，26(3)：73.

[2]祝馨.長輸管道的腐蝕與防護[J].石油化工腐蝕與防護，2006,23(1)：51-53.