輸氣管道陰極保護電位欠保護問題研究

閆青松

摘要：某輸氣管線服役12年后發生陰極保護電位不達標的問題。文章檢測了影響陰極保護電位的因素有外防腐層絕緣性能、外防腐層缺陷點情況和陰極保護系統等，結果表明：加建陰極保護站后，陰極保護電位不達標的管段斷電電位均在-0.85～-1.25V之間，滿足保護要求。

關鍵詞：輸氣管道；陰極保護電位；絕緣性；缺陷點；陰保站；欠保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TF526 文章編號：1009-2374（2016）08-0138-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.071

1 概述

由于長距離埋地金屬管道所處環境惡劣且含有大量腐蝕介質，管線有可能發生嚴重的腐蝕行為，造成經濟損失和安全危害。為了提高埋地鋼質管道的耐腐蝕性，國內外廣泛采用防護層和陰極保護聯合防護技術，而且對于因防護層破損使得金屬管道暴露的缺陷處應進行集中的陰極保護。管道即使進行了陰極保護，但長距離輸送天然氣管道在運行過程中因為各種影響因素，造成管道長期處于欠保護狀態，最終降低了管道的耐腐蝕性，導致部分管道腐蝕加重等。

本文以某天然氣管道為研究對象，針對該管線在實際工況中的運行情況，分析影響天然氣管線陰極保護電位的主要因素，給出了實際工程中施加陰極保護的參考意見。

2 實際工況分析

該天然氣管道投產于2002年12月，全長187.8公里，沿線設“十室三井六站”，主管道規格為Φ508×6.4，為L320螺旋鋼管，設計壓力為3.9MPa，管線防腐采用環氧粉末涂層加陰極保護聯合防腐技術，同時敷設8芯通信光纜。全線共有穿越公路231處、鐵路8處、河流29處。全管線共建有2座陰保站（A和B）、154個測試樁，通過對各測試樁電位的測試和分析，測A樁至測B樁間共22個測試樁電位不達標（斷電電位低于-0.85V），該段管段處于欠保護狀態。

由于A站至B站管道沿線多經過農田、大棚區、穿越山區與河流，造成管線服役環境多為高濕高熱、酸性強的實際。如土壤間飽含空氣、水、鹽，使之形成特殊電解質，對陰極保護會產生影響，最佳保護電位隨土壤含水率和Cl-含量的變化較明顯，另外該段埋地管道細菌腐蝕、雜散電流腐蝕均比較嚴重。

通過分析埋地管線的外防腐層、施加的陰極保護系統以及服役環境，找出可能影響該天然氣管道電位不達標的因素，大致可分為外防腐層絕緣性能、外防腐層缺陷點情況以及A站至B站間陰極保護系統。

3 現場檢測與處理措施

3.1 外防腐層絕緣性能檢測

防腐層絕緣電阻（Rg）是表征防腐層性能好壞的一項重要指標，防腐層所出現的任何破損、老化等都將表現為防腐層絕緣電阻值Rg的降低。本次測試采用英國RD-PCM埋地管線電流測繪系統測試PCM電流，并通過防腐層絕緣電阻計算來評價防腐層的防護性能。現場測試以100m為一個測試段，共154個測試段。根據測試結果，A站至B站管道外防腐層優秀段為123km，優良率達到99%以上，因此該段管道外防腐層絕緣質量總體良好。

3.2 外防腐層缺陷點檢測

本次測試采用了PCM+ACVG與CIPS/DCVG測試方法對A站至B站管道防腐層缺陷點進行了綜合分類。通過間接檢測獲取的IR%值、OFF電位、腐蝕活性三項指標綜合進行防腐層缺陷點的等級劃分，并通過現場開挖的直接檢測結果對其評判等級進行修正。在本次檢測過程中，凡是符合ACVG或DCVG分類標準中的一項都從重級別。所檢測的管道外防腐層缺陷共179處，其中一類缺陷點24處、二類缺陷點107處、三類缺陷點38處。

由于大部分缺陷點位于蔬菜大棚區、河流穿越處等地，造成開挖成本較高、開挖難度大。綜合考慮，不采取管道外防腐層缺陷點開挖維修。而是將本次檢測數據作為基礎數據資料長期保存，以便與下一個檢測周期的數據做出對比，以考察防腐層質量劣化的速率。

3.3 陰極保護系統檢測

A、B兩站作為陰極保護站均采用IHF數控高頻開關恒電位儀。其設計參數為：管道自然電位：-0.55V；最小保護電位：-0.85V；最大保護電位：-1.25V；管道金屬電阻率：0.225Ω·mm2/m；保護電流密度：0.1mA/m2；土壤電阻率：20Ω·m。使用的環境條件為：環境溫度：-30℃～+45℃；濕度≤95%；無易燃、易爆和腐蝕性粉塵的場合；氣壓86～106kPa。

3.3.1 雜散電流影響：一般將可能產生雜散電流的電路、設備稱為干擾源，根據干擾源的不同，可分為直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕，其中交流雜散電流對陰極保護系統的影響應引起重視。本次主要通過每月對全線154個測試樁的交流電壓進行測試，實時監控交流電對沿線管道的影響。從全線管道測試樁交流電壓情況表中可看出：全線測試樁交流電壓均在0.1～2.9V范圍之內。當管道上的交流干擾電壓不高于4V時，可不采取交流干擾防護措施。

3.3.2 陰極保護站最大保護距離影響：陰極保護站是為了有效實現對埋地金屬管道陰極保護而設計的。要想對陰極保護站與站之間的管道保護完全，兩站間的距離是必須考慮的因素。根據所檢測管道外防腐層的電阻率等實際參數，陰極保護電流密度取10μA比較合適，A、B兩座陰保場站理論最大保護距離是49.80km。實測A站至B站的距離是111.761km，根據該管段的陰極保護系統的檢測評價報告結果，B站單向保護距離為32km左右，A站向B站方向的保護距離是79.761km，遠遠大于理論值49.80km。

針對以上檢測結果，提出兩種解決方案：一是對陰級保護電位不達標的管段實施犧牲陽極保護；二是在A站與B站之間增加1個外加電流陰極保護站，縮短陰極保護站的站間距。由于在實施外加電流陰級保護的管段上直連犧牲陽極保護，兩種保護方式相互影響，直連的犧牲陽極難以取得應有的保護效果，因此設計采取增加外加電流陰極保護站的維修方案。

4 結語

由于A、B兩座陰極保護站間距離較長，未能使全線達到有效保護。經現場勘查，考慮場地滿足輔助陽極埋設條件、施工與管理方便、具備穩定市電、雜散電流等影響因素，將某蔬菜大棚處作為新增C陰極保護站的建站地址。陰保電位不達標的管段通電電位及斷電電位復測發現，其均在-0.85～-1.2V之間，因此新建一座陰極保護站能有效解決部分管段陰保電位不達標問題。

參考文獻

[1]楊建設，牛顯春，何劍輝，等.茂名輸油管線腐蝕與控制調查研究[J].腐蝕科學與防護技術，2007，19（3）.

[2]方芳.天然氣管道的剩余壽命預測[D].西南石油學院，2000.

[3]廖可喜.油氣管道剩余壽命的預測[D].西南石油學院，2001.

[4]李自力，王太源，郝紅娜，等.土壤含水率和氯離子含量對最佳保護電位的影響[J].腐蝕科學與防護技術，2012，24（3）.

[5]馮斌.交流干擾對埋地管道陰極保護性能影響研究

[D].西安石油大學，2013.

（責任編輯：秦遜玉）