影響油氣管道陰極保護系統因素與對策

熊 偉，魏克同

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

隨著社會工業生產以及人們生活水平的不斷提升，油氣能源的消耗量也在不斷增加，由此也使得油田的油氣管道建設規模在不斷擴大，初步估計未來幾年我國油氣集輸管道的總體建設長度將達到15 萬公里。由于我國幅員遼闊，油氣集輸管道在實際運行過程中會面臨各種不同的環境，由此也導致油氣集輸管道安全事故發生的頻率較高。而腐蝕是造成油氣集輸管道發生事故的主要原因。針對油氣管道防腐方面主要應用陰極保護、防腐層保護很多種措施。但是，油氣管道在運行的過程中不可避免出現腐蝕現象，因此，針對油氣管道以及保護時效問題進行深入研究，找出相應的解決措施，才能充分保證油氣管道的安全運行。

1 油氣管道陰極保護影響因素分析

1.1 套管的影響

通常情況下在進行油氣管道施工過程中都會在管道表面鋪設1 層套管，套管的作用是對油氣管道進行良好的保護。而根據陰極保護基本原理可以發現，當陰極保護系統中外部電流進入油氣管道內部并達到金屬管道容納電子的額定值，才能讓金屬表面成為陰極保護系統中的負電位，由此才能達到對油氣管道的陰極保護效果。但是，在陰極保護系統實際實施的過程中，由于油氣管道表面存在套管，從而對金屬管道形成屏蔽，從而使得絕大部分的電子只能停留在套管中，使得陰極保護失效。另外，我國油氣管道中套管的材質通常都為鋼材，由于套管與金屬管道直接接觸，從而出現短路狀況，這樣不僅使得托管吸收的電子數量增加，而且可能引起金屬管道內部電子出現外流情況，這樣就會進一步加劇油氣管道的腐蝕。

1.2 電氣化設備的影響

由于油氣管道上方經常會出現一些電氣化設備，這部分電氣設備在運行過程中會對深埋在地下的油氣管道產生一定程度的影響。所有的電氣化設備中電氣化鐵路對油氣管道的影響是最大的。電氣化鐵路在運行過程中都會涉及到接觸系統和牽引供電網，接觸系統中的接觸導線會與承力索共同組成接觸網，而鐵路的鋼軌、接觸網以及大地組合后會共同形成1 個牽引供電網。眾所周知，大地與鐵路的鋼軌具有良好的保健性，因此，供電網中部分泄漏的電流會通過鐵路鋼軌進入地下，從而在油氣管道周圍的土壤中形成了高電位的雜散電流，當這部分雜散電流進入到油氣管道陰極保護系統內部時，就會嚴重的干擾陰極保護系統的電位移，一旦干擾作用超過陰極保護系統承受的范圍，就會導致油氣管道陰極保護系統失效。通常情況下，當雜散電流進入到油氣管道負電位的時候，會在該位置形成陰極區域，從而使得該區域的油氣管道不會產生腐蝕作用，但是隨著金屬管道表面負電位的逐漸升高，就會導致金屬管道出現析氫反應，由此就會造成油氣管道表面防腐層脫落。當大量帶正電的雜散電流進入油氣管道的時候，就會在其表面形成陽極區，該區域在雜散電流的作用下會發生劇烈的電化學反應，從而造成金屬管道產生電化學腐蝕[1]。

2 長輸油氣管道陰極保護系統失效的對策分析

2.1 提升管道本質安全

由于油氣管道套管對金屬管道表面的陰極保護形成很大的影響，如果某個位置的套管出現漏點，就會進一步加速油氣管道的腐蝕處理，不僅沒有很好的起到保護油氣管道的作用，甚至會對油氣管道的使用壽命造成嚴重影響。鑒于此，針對穿越電氣化鐵路的油氣管道要適當的提升油氣管道的壁厚，以此來有效提升油氣管道本質安全。另外，還可以通過混凝土套管來進一步增強對穿越道路油氣管道的有效保護，并在套管以及油氣管道表面之間鋪設具有良好絕緣性的支架，有效提升油氣管道的絕緣性能，這樣就能有效避免油氣管道受到雜散電流影響造成一級保護失效。如果在必要的情況下，針對油氣管道穿越的兩次可以采取犧牲陽極對屏蔽管道進行電化學保護。

2.2 接地排流方式

如果油氣管道在運行過程中與電子化鐵路不能保證足夠的安全距離，要想進一步提升對油氣管道的防護保護，接地排流是可行性最高的方案。但是該方式在具體實施的過程中必須要充分保證管道陰極保護系統的有效性，還要保證接地排流不能對油氣管道的陰極保護系統實際的保護效果以及保護范圍產生影響。

2.2.1 極性排流

極性排流不是充分利用油氣管道周圍土壤中產生的雜散電流來對管道進行保護，這樣不僅能夠提升油氣管道防腐保護的經濟性，而且實際操作過程非常簡單，但是，該方法在具體實施的過程中會對周邊的其他構筑物形成嚴重的干擾影響，非常容易導致構筑物出現點位過負的現象，因此在一些具有交流干擾線上的區域不能進行很好運用。極性排流器主要是由二極管以及鎂陽極接地裝置共同組成。充分利用極性排流器中的二極管將油氣管道上的正電位與大地進行相連，這樣就能夠很好的將陰極保護系統電位進行保留。極性排流器在一些油氣管道中的實踐應用表明，雖然其能夠有效減少金屬管道上的正電位，但是管道仍然會出現嚴重的電位過負現象[2]。

2.2.2 鉗位式排流

鉗位式排流在油氣管道中的應用能夠實現對油氣管道表面交流電壓值的有效控制，但是其最大的缺點就是在交流電壓過大的時候，會導致直流電位產生變化，從而對油氣管道的陰極保護效果形成一定影響，而且其實際的排流能力也比較有限，而且在實際應用過程中其排流設施遭到破壞的可能性非常大，而且針對排流設施的維護和管理也比較繁瑣，實際應用成本比較高。另外，鉗位式排流在實際應用過程中排流裝置中對接地材料的要求非常嚴格，必須要充分保證接地極與油氣管道的材質保持一致，而且接地在實際的應用過程中也會逐漸的出現腐蝕而產生消耗，電位也會隨著接地極的腐蝕而產生變化，如此會對油氣管道的陰極保護形成進一步影響。

2.2.3 固態去耦合器排流

在該方法中采用比較先進的固態技術耦合器，耦合器的外殼為非金屬材質，因此能夠實現對油氣管道上交流故障電流以及雷電流等的有效控制，對油氣管道的陰極保護系統形成很好的保護作用，能夠有效延長油氣管道的使用壽命。與此同時，固態去耦合器排流能夠有效避免油氣管道在穿越電氣化鐵路的過程中出現雜散電流匯集的現象。在國外一些油田中會將固態去耦合器與接地體進行結合使用，該方法能夠有效的降低感應電壓，而且維護管理非常方便，具有較強的適應性，但是其實際的使用成本比較高。

3 結束語

在油氣管道運行的過程中加以保護是一種非常有效的防腐蝕途徑，但是當油氣管道穿越道路的時候由于套管以及電氣化設備的影響，會在油氣管道周圍形成雜散電流，進一步對油氣管道的陰極保護系統形成了巨大的影響，甚至會導致油氣管道以及保護系統失效，加速油氣管道腐蝕現象。通過有效提升油氣管道自身性能，并采取合理的排流方式有效提升陰極保護系統的穩定性。