長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)狀評價及策略分析

文/聶維明

目前，長輸油氣管道在大量資源運輸工作中均有所應用，其能夠保證資源傳輸安全性，同時有利于拓展應用范圍，在經(jīng)濟建設與工業(yè)生產(chǎn)中具有重要影響意義。但是，由于長輸油氣管道需要暴露在外部環(huán)境內(nèi)，因此可能會受到一些負面因素影響，導致陰極保護系統(tǒng)出現(xiàn)問題。本文主要針對長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)狀進行評價，并結(jié)合實際情況探索相關處理策略，以供參考。長輸油氣管道在我國資源運輸過程中具有重要應用意義，因此油氣管網(wǎng)建設規(guī)劃處于不斷發(fā)展擴大狀態(tài)。但是，近年來管道安全事故不斷產(chǎn)生，導致此類問題的主要原因與陰極保護系統(tǒng)問題存在關聯(lián)。因此，需要基于陰極保護系統(tǒng)的基礎概念，探索其應用現(xiàn)狀，開展陰保專項調(diào)研分析，并結(jié)合實際需求明確需要采取的針對性策略，確保長輸油氣管道能夠得到科學保護，為后續(xù)長期、穩(wěn)定應用打下堅實基礎。

1.長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)的定義

長輸油氣管道受限于環(huán)境條件與成本限制，所采用的保護系統(tǒng)方法主要為犧牲陽極的陰極保護方式。這一保護措施依據(jù)電化學原理進行構(gòu)建，如日常生活中電池陽極容易出現(xiàn)腐蝕問題、陰極不易出現(xiàn)腐蝕問題，通過將金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O狀態(tài)，即可使其腐蝕概率大幅下降，延長應用壽命并提高安全性[1]。為實現(xiàn)將金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O的目標，長輸油氣管道需要向金屬結(jié)構(gòu)輸送電子，使其處于電子量過多的狀態(tài)。這一狀態(tài)下金屬的表面結(jié)構(gòu)會逐漸進入負電位狀態(tài)，最終達到陰極保護目標，有效降低腐蝕問題出現(xiàn)概率。為實現(xiàn)陰極保護作用，電流需要通過管道表面才能夠發(fā)揮相關效果，如圖1所示。

圖1陰極保護結(jié)構(gòu)示意圖

2.工程案例概況

本次案例工程為某長輸油氣管道，其包含三條主要線路，如表1所示。這些管線實際長度共42km，在完成施工進入投運階段后，管道逐漸產(chǎn)生腐蝕問題，為保證應用安全性，需要采取陰極保護措施進行處理。在管道所在區(qū)域，一共存在兩條主要合流，屬于融合補給類型，因此管道地下水源較為豐富。該管道所采用的保護方式主要為犧牲陽極與強制電流兩種，由首要站點、中間站點、末端站點三個部分共同組成。A管道與B管道采用統(tǒng)一保護系統(tǒng)，C管道采用單獨保護系統(tǒng)。A與B管道的陰極保護系統(tǒng)設置兩座站點，共應用四臺恒電位裝置。C管道設置三座保護系統(tǒng)，共應用六臺恒電位裝置。該工程實際點位情況需要從恒電位運行參數(shù)與管道點位測試保護信息角度入手進行分析，根據(jù)相關測試記錄能夠發(fā)現(xiàn)，各個點位情況大部分處于不規(guī)范狀態(tài)，證明陰極保護系統(tǒng)存在一定程度的問題，沒有發(fā)揮全面的防腐蝕效果。在管線陰極保護系統(tǒng)中，共存在152個保護樁體，陽極樁體為42個。C管線所單獨應用的保護系統(tǒng)共存在76個保護樁體，其中陽極樁體為12個。在陰極防腐蝕設計中，陰極點位為-1.25V、陽極供電點位為-1.0V。

表1數(shù)據(jù)簡析

3.長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)狀評價及策略

3.1 長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)現(xiàn)狀評價。在本案例中，長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)運行狀態(tài)存在一定程度的問題。例如，其保護應用設備存在老化問題，實際運行效果不盡如人意，無法達到理想保護目標。在實際應用流程內(nèi)，C管道保護系統(tǒng)的首要站點恒電位裝置存在開關損壞的問題，無法針對電位進行靈活調(diào)節(jié)，導致保護效果受到了負面影響。同時，末端站點的恒電位轉(zhuǎn)換儀器無法發(fā)揮作用，其存在基礎輸出，但對管道沒有產(chǎn)生效果。該管道保護系統(tǒng)的陽極電阻處于超標狀態(tài)，導致陰極電流無法正常發(fā)散，嚴重干擾了犧牲陽極的實際保護效果，使部分管道受到腐蝕因素的威脅[2]。此外，管道的實際保護點位處于偏高情況下，一部分管道段腐蝕較為嚴重，保護點位嚴重偏離，無法發(fā)揮正常保護效果。根據(jù)測量能夠發(fā)現(xiàn)，壁厚減少的位置與電位較低的管道段落具有一致性特征。針對當前狀態(tài)進行評價，需要首先結(jié)合保護電位統(tǒng)計表進行分析，計算各個管線電位的實際合格標準。通過研究可發(fā)現(xiàn)，A與B輸氣管道存在大量漏電位置，因此保護系統(tǒng)需要采取全面修復措施。C長輸油氣管道的保護電位受到了A與B的負面影響，但整體保護效果仍然存在。C管道90%保護電位數(shù)據(jù)不符合需求，但高于-0.6V的位置占比僅為0.1%，因此僅需要采取簡單修復措施即可。此外，該長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)測試樁體處于野外，受到了一定程度的毀損，容易對周邊環(huán)境產(chǎn)生負面影響，因此需要及時采取有效措施處理，避免問題進一步擴大。

3.2 長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)的對策

3.2.1 結(jié)合實際情況選擇適合的保護方案。為解決陰極保護系統(tǒng)存在的主要問題，應當采取優(yōu)選方法的措施，使相關保護效果能夠達到最佳標準，防止受到負面因素的影響。例如，在土壤電阻率較高的地段，應當避免采用犧牲陽極保護方案。此類措施雖然屬于常用方法類型，但其所需埋深通常為2～2.5m。在管道較長的情況下，可能會受到自然地質(zhì)特征的影響，導致負面問題出現(xiàn)。如本次案例長輸油氣管道建設長度為42km，在地質(zhì)影響下，一些管道的高度落差已達數(shù)十米。同時，管道地下水位存在的差異，導致土壤電阻率處于不均衡狀態(tài)，嚴重干擾了犧牲陽極方案的保護效果，容易導致管道出現(xiàn)腐蝕問題。相對于犧牲陽極方案，強制電流不會受到此類因素的影響，因此可以采用該措施進行處理，將高電阻區(qū)域的管道保護方案更改為強制電流方案。除此之外，還需要科學設置恒電流裝置，使其能夠為金屬體提供充足且連續(xù)的陰極保護電流。常規(guī)情況下，此類電流應當具備靈活調(diào)節(jié)的特性，使相關回路保護效果可以結(jié)合實際條件進行處理，最大限度保障處理經(jīng)濟性。

3.2.2 部署電絕緣應用裝置。為實現(xiàn)良好的保護效果，還可以通過安裝電絕緣裝置的方式，使陰極保護質(zhì)量能夠得到顯著提升。常規(guī)情況下，陰極保護電絕緣裝置包括法蘭、插頭、固定支墩、襯墊、支撐塊數(shù)種。在處理階段，應當選擇性能表現(xiàn)符合需求的絕緣裝置，使基礎保護距離能夠得到顯著拓展。若絕緣裝置受損，可能會導致兩端出現(xiàn)電流，繼而引發(fā)腐蝕問題。因此，需要盡可能降低絕緣失效的可能性。導致此類問題出現(xiàn)的原因可能與接頭脫落、接縫雜質(zhì)過多、雷電擊穿等。為實現(xiàn)保護目標，可以定期針對絕緣裝置進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，并采取有效措施進行解決，確保陰極保護效果達到理想標準。

3.2.3 注意金屬干擾問題。在陰極保護系統(tǒng)應用階段，其有可能會與其它金屬構(gòu)件產(chǎn)生相互影響，進而導致保護效果下降甚至失效。因此，在實際應用流程中，應當注意避開可能存在的金屬構(gòu)件，防止搭接問題產(chǎn)生。一旦出現(xiàn)干擾問題，即使電源處于正常情況下，相關系統(tǒng)為維持輸出電位，也會進一步增加電流，導致保護距離不斷縮小。此類故障的產(chǎn)生概率較低，但排查難度高[3]。因此，需要在規(guī)劃階段采取正確處理措施，避免其產(chǎn)生負面影響，從源頭提高陰極保護效果。

3.2.4 采取額外防腐處理措施。除陰極保護措施外，管道本身也需要設置相應防腐措施，避免僅依靠此系統(tǒng)進行處理。通過設置科學的外層防腐方案，可以有效強化陰極保護效果，能夠?qū)崿F(xiàn)延長管道應用壽命的最終目標。在實施過程中，需要結(jié)合實際地質(zhì)條件進行規(guī)劃。例如，若管道經(jīng)過蘆葦?shù)貐^(qū)，則應當避免采用瀝青等容易穿透的材料作為防腐層設計，可采取環(huán)養(yǎng)粉末、3PE等防腐層。同時，地下管道的防腐蝕層應當具有優(yōu)秀的防水表現(xiàn)。通過科學設計方式，能夠使陰極保護系統(tǒng)的效果得到顯著提升，降低出現(xiàn)失效問題的可能性，使漏電問題產(chǎn)生概率得到有效降低。此外，還需要通過定期維護等措施，及時發(fā)現(xiàn)管道腐蝕現(xiàn)象，并采取針對性方案進行修復，防止陰極保護系統(tǒng)失效導致的不良問題，從根源上提高實際保護效果，為后續(xù)進一步應用夯實基礎條件。

4.結(jié)束語。

綜上所述，長輸油氣管道陰極保護系統(tǒng)屬于較為關鍵的應用方案之一。在實際實施過程中，應當結(jié)合實際情況條件，應定期開展陰保系統(tǒng)專項調(diào)研，對陰保效果進行整體評價，對陰保存在問題采取針對性處理措施，使陰極保護系統(tǒng)能夠維持正常效果，避免管道出現(xiàn)腐蝕問題，為后續(xù)長久應用提供理想環(huán)境，提高長輸油氣管道的實際應用效果。