埋地管道陰極保護裝置失效原因分析及建議

宋劍華，余 翔

（紹興市特種設備檢測院，浙江紹興 312071）

0 引言

隨著國民經濟快速發展，煤改氣的推進，我國天然氣用量與日俱增，而天然氣的輸送主要是管道運輸，燃氣管道的敷設數量和范圍都有了較大的增長，其中有很大一部分管道是埋地鋼質管道。由于管道長期埋在地下，隨著使用時間的增加，在土壤腐蝕、施工等因素影響下，因保護不到位產生腐蝕發生泄漏的可能性增大，如果未能及時發現，會導致天然氣泄漏聚集后爆炸，使經濟和社會效益遭受巨大損失。為了保護埋地鋼質管道，當前普遍采用外防腐層和陰極保護聯合保護的方法，作為管道的安全防線，陰極保護顯得尤為重要。

1 基本情況概述

某天然氣公司的天然氣利用工程高壓管線項目于2016 年12 月投運，該高壓管線在運行檢查中發現部分陰極保護裝置電位異?，F象。管線的基本情況如下：該高壓管線總長約6500 m，管道規格為Ф813×14.3 mm，管道材料為L415M，設計壓力為4.0 MPa，設計溫度為常溫，設計介質為天然氣，管道敷設方式為埋地，管道防腐層材料為3PE 加強級，管道犧牲陽極系統采用鎂合金犧牲陽極。

2 試片法測量電位

管道陰極保護電位有效性的評價，主要由斷電電位負于-850 mV 且不負于-1200 mV 判斷，因此必須對管道的電位進行正確測量，否則會造成誤判。在城鎮燃氣中，管道走向比較復雜，分支、管道規格較多，不能形成良好的電連續性，所以一般采用犧牲陽極陰極保護方式。測量斷電電位時，需要讓所有犧牲陽極同步通斷，這樣才能消除IR 降的影響，但是實際上所有犧牲陽極同步斷開后也會由于管道不同位置的極化程度不同，電源中斷后管道各部位之間的電流仍無法消除，也會給斷電電位測量帶來誤差。為此，可以在管道上連接試片，用試片來模擬管道上防腐層的破損點，用試片的斷電電位代表管道的斷電電位[1]。試片法測量消除了雜散電流等各種干擾因素的影響，可得到較為準確的保護電位。

3 影響因素分析

3.1 雜散電流的影響

由于試片法是模擬管道的防腐層破損點，陰極保護電流的增大，會使試片的電位出現明顯的負向偏移。在遇到較強的雜散電流后，在斷電的瞬間，由于電流的不平衡性電位會出現一個正向的脈沖峰，該值為-600～-100 mV，如果使用該值對管道的陰極保護狀況進行判斷，明顯是錯誤的[2]。所以對管道的敷設環境進行分析，該管道位置處于較為偏僻的鄉村，周圍干擾源較少，通過對1 號陰極保護測試樁進行24 h 雜散電流測試（圖1、圖2），表明雜散電流對于測量的影響較小且平穩[3]。

圖1 直流電壓24 h 測試

圖2 交流電壓24 h 測試

3.2 試片的選擇

根據試片法的電位測量原理，試片面積根據管道的防腐層類型、管道所處土壤等環境及運行年限確定，試片面積一般為6.5～50 cm2，。如果試片面積太小，與土壤的接觸電阻和管道涂層缺陷處與土壤的接觸電阻差異過大，腐蝕特性也會不同。根據多年的檢測經驗，3PE 防腐層的試片面積4.0～6.0 cm2，試片的材料應與被測管道的材料類似[4]。

4 失效原因分析

對該高壓管線的全部12 個陰極保護裝置進行測量，測量結果見表1。

從表1 可以看出，第5 個和第11 個陰極保護裝置雖然管道的通電電位比-850 mV 更負，但斷電電位不達標，第10 個陰極保護裝置無法得出測量數據，這3 個測點所在的管段處于欠保護的狀態，管道面臨腐蝕風險。同時對該高壓管線用PCM+埋地管道外防腐層狀況檢測定位儀（GPS 和軟件）進行防腐層狀況不開挖檢測，發現有8 處破損點，具體破損點見表2。

表1 陰保樁電位測量

表2 外防腐層破損點統計

對該管道的8 處破損點都進行了開挖驗證并修復，其中3號破損點的開挖狀況及修復后情況如圖3、圖4 所示。

圖3 3 號破損點

其中第5 個和第11 個陰極保護裝置失效的原因是運行中管道外防腐層產生破損，破損點未得到修復，長期存在導致陰極保護電位不達標，管道處于欠保護的狀態；對第10 個陰極保護裝置進行開挖驗證發現該陰極保護裝置與管道的焊接線脫開，失效的主要原因是管線前期建設施工工作不到位。

5 檢查與維護建議

5.1 定期檢查測試

埋地管道運行的環境較為復雜，為了能及時發現問題，應定期進行陰極保護系統的檢查與測試，以確認陰極保護系統是否運行正常。一般來講，每年應對管道至少進行陽極運行和狀態、陽極保護電位、開路電位檢測、輸出電流等常規檢查和測試一次，在此基礎上還可以對防腐層破損、陰極保護不充分、SCC、細菌腐蝕、土壤腐蝕性等做專項檢查和測試，對檢查與測試所得的數據和所發現情況進行分析，進而評價腐蝕管理是否符合實際情況，指出可能存在的異常情況以及對異常情況的改進方案和措施。

5.2 運行維護管理

埋地管道運行時應對陰極保護系統進行維護，具體包括：①對電源設施或設備進行檢查，保證其完好；②對測試及監控裝置定期檢查維護，保證其完好；③對陽極地床的接地電阻進行定期檢測，根據檢測結果調整相應電源設備的輸出電壓，保證保護電流的正常輸出；④定期檢查和檢測地面上安裝的絕緣裝置，同時做好清掃工作，防止灰塵、水分等異物造成絕緣不良或短路失效等問題；⑤對日常使用的陰極保護檢測使用的儀器、儀表等按相關標準要求進行常規校驗；⑥在系統維護中當發現管道陰極保護不充分時，應立即展開調查，查明保護失效的原因，采取措施排除故障；⑦對陰極保護系統的維護檢查與測試活動的結果都應有記錄、有評價，作為將來驗證陰極保護系統有效性的基礎。