輸氣管道陰極保護措施探析

徐藝峰

摘要：針對輸氣管道陰極保護管中電流的分布規則，利用數值模擬方式在不同陰極保護站間距下的瀝青石油以及3PE的防腐處理下，計算管道的陰極保護數據，按照參數結果探討了管道沿線區的電流密度值、管中的電流和形成管內阻電壓降的關聯分布規則，進一步對管道斷電電位和IR降研究分析。

關鍵詞：管道;陰極保護;數值模擬

控制輸氣管道工程腐蝕問題的基本技術手法為陰極保護長效功效以及防腐層完整功效的測試。這中間最核心的是密間隔電位檢測技術的應用。這項技術不僅可以應用于斷電電位標準評判陰極保護的有效功能性，還可以幫助地表電位梯度檢測到防腐層的破損位置。當前根據不同的管道工程檢測結果的數據信息表明，3PE防腐層處理后的陰極保護電位曲線與其他方式的防腐層的曲線分布規則有不同。隨著陰極保護數值模擬技術的進步和發展，利用其技術對陰極保護電位曲線分布規律的分析和測試，進行了相應嘗試，應用陰極保護數值模擬的軟件對相關的問題進行了分析研討和數值模擬計算。

1數值模擬計算方式

1.1確定模擬尺度和計算數據

輸氣管道多則數千公里，我們先要設定陰極保護數值模擬的最小尺度，起保護作用的恒電位儀在每個站場的沿途設立，首位或末位恒電位儀只對上下位置有保護作用，中間站的對兩邊及上下都有保護作用，因此，中間站的陰極保護反映規律分析更適合。把2個陰保站縮為最小尺度模型制作。選用一個陰保站和兩邊半個站間距的管道設計制作最小尺度模型，進行相應的模擬運算。選用一個站間距和兩邊半個站間距的管道運算，可以展現一個站間距管道設施的電位分布情況。

經過現場試驗，選用3PE防腐層以及石油瀝青電阻值比較低的防腐層進行對比，兩類防腐層的保護電流密度是每平米兩微安以及每平米0.2毫安，選用的站間距是100千米和50千米，選用三組電阻率分別為20歐、100歐、1000歐的土壤，進行相應的電位運算，結果發現，20歐和100歐的土壤電阻值情況下的電位運算差異性極小，但是到1000歐電阻值的土壤情況下，管道的沿線區域電位分布變化就有了急劇上升趨勢，為減少相關影響因素，選用了100歐的電阻值土壤進行相關運算。

1.2運算結果

按照數據制作模型，獲得兩類防腐層管道設施的電位分布情況，3PE的管道區域電位降約為50微伏，石油瀝青類型的大約是250微伏。管道沿線區域是管道末端位置到接近陰保站陽極的位置，管道末尾是有陰極保護電流通過的位置，管內電流為零。

2對電流密度與管道內阻電壓降的研討

2.1管道沿線區域電流密度的解析

通常認同，埋地管道的陰極保護電流通過遠地地表在管道上是均勻分散的，這一結果通過3PE管道陰極保護的計算方法得到了證明。計算結果表明3PE管道沿線區域是因為管內電流引發管道電壓降原因導致的電位差異性，管道沿線區域的陰極保護電流密度大致相同。然而，相對電阻值低的石油瀝青類防腐層管道設施，它的陰極保護結果卻不同于這個分布規律。我們分析這個問題，首先，3PE防腐層的管道陰極保護效果不是在任何情況都是均勻分布的，相等的保護數值情況下，當3PE管道陰極保護的站間距隨著增加，它管道尾端位置的電位也隨之越正，最終的情況是站間距過于長，管道末端的自然電位就得不到保護舉措了。數據模擬運算200千米站間距的3PE防腐層管道的陰極保護測試結果顯示，有其他影響數值一定的情況，管道末端的保護和通電點位置的保護電流密度能有兩到三倍的差別，這充分說明只能是恰當的陰極保護站間距才會有均勻的電流密度和電位分布規律。

因此，輸氣管道陰極保護站間距的數值與防腐層絕緣性能數值互相配比時，就會產生管道沿線區域電流密度和電位的均勻分布，其中，防腐層類別影響管道的電位分布曲線，在實際工作中，沿線區域的地床土表電阻值多少以及防腐層不同類型和質量問題都會有變化影響到現場電位分布情況。

2.2管道內阻電壓降的簡析

管道電勢與地電勢的差就是管地電位。管道未作業沒有陰極保護時，管道電勢數值為零，施行保護效果后，末端位置沒有保護無電流通過管道電勢數值為零，接近通電點位置越近，管內電流越大，從電勢數值為零累計的電勢降隨之增加，管道電勢隨之越負。測試的管道設施的某個管地電位包括管內的積累電勢降，呈現管道電位越負越接近通電點位置的分布變化。

防腐層的電阻值比較高的情況下，電流密度又比較小時，是因為管中電流產生的內阻電壓降引發的管道沿線電位差異。防腐層的電阻率比較低，電流密度比較大并站間距比較長的情況下，管道沿線區域的電流密度有比較大的差異，這是因為電流密度差異引發極化差異現象導致管道沿線區域電位分布變化。管道沿線區域電位分布變化的原因還可能是，防腐層管道設施電阻值低的情況，需要較大的保護電流才可以被保護到位，而較大的保護電流會形成管內阻電壓降和較大的電流現象。

對于瀝青類型的電阻率比較低的防腐層處理測試表明，管道的通斷電位中的IR在200到300毫伏之間，IR值大就會接近通電點位置，管內阻電壓降也相同，越是接近通電點位置隨之增加。

IR降是防腐層電阻和電流密度的乘積，可以對防腐層質量標準有效評斷，但具體操作中，要對管道通電點位置遠離。

結束語

結果表明，3PE防腐層管道的電位分布曲線變化在100千米的站間距，每平方米兩微安電流密度等方面的情況下極小，并沿線區域的電流密度均勻分散，接近相等。管道陰極保護的站間距數值與防腐層絕緣性數值互相配比時，在管道沿線區域分布比較均勻，達到最佳保護目的。石油瀝青類的防腐層與3PE防腐層管道相比，因為石油類防腐層的處理沿線區域電位分布曲線呈漏斗狀態，3PE防腐層的管道沿線區域分布情況是大致平緩的走向，這些原因導致了石油瀝青的防腐層管道設施站間距保護效果比較長，優于3PE防腐層管道設施。當管道獲得陰極保護的時候，管道內電流在其中會產生內阻電壓將現象，電壓降越大，表示與通電點的距離越近，在斷電測試時此電壓降能否消失還有待進一步證實。

參考文獻：

[1]減少鋼制彎管防腐層脫落幾率[J].楊再忠. 全面腐蝕控制.2016（12）