伍少杰1  羅欽2  周偉3

1  成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院；2  中國(guó)石油西南油氣田公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督研究院；3  中國(guó)石油東南亞管道有限公司馬德島管理處

摘要：分析了壓力管道陰極保護(hù)電位測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因，論述了試片法、瞬間斷電法使用方法和不足，以及極化探頭的構(gòu)造和使用方法。結(jié)合工程實(shí)例，考察了采用CU/CUSO4參比電極的極化探頭在埋地鋼制輸氣管道陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量效果，分析對(duì)比各種方法測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用極化探頭法測(cè)量管道陰極保護(hù)電位，測(cè)量誤差最小，更接近于保護(hù)電位真實(shí)值。

關(guān)鍵詞：壓力管道；陰極保護(hù)；極化探頭；IR降；極化探頭法；試片法；管道瞬間斷電法

埋地鋼質(zhì)管道一般采用瞬間斷電電位作為管道是否受到陰極保護(hù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是在某些情況下，管道的真實(shí)斷電電位不易測(cè)量。比如在存在雜散電流或犧牲陽(yáng)極與管道直接相連、或者存在外部強(qiáng)制電流設(shè)備未被中斷的情況，就很難測(cè)到真實(shí)電位。所以一般采用極化探頭來(lái)測(cè)試管道的真實(shí)電位。

  1  管道保護(hù)電位的測(cè)量誤差原因

在運(yùn)行的陰極保護(hù)系統(tǒng)中，將參比電極置于管道附近土壤中測(cè)量管道和參比電極之間的電位差，得到通電狀態(tài)下的保護(hù)電位，為通電電位Von ，一般情況下，Von不等于管道的真實(shí)極化電位Vt，可通過(guò)切斷陰極保護(hù)電流，消除部分誤差。但在某些情況下，斷電電位Voff仍和管道真實(shí)極化電位Vt有較大誤差，這些誤差是由于IR降造成的。根據(jù)歐姆定律，IR降是由于電流的流動(dòng)在參比電極與金屬管道之間電解質(zhì)（土壤）上產(chǎn)生的電壓。把各種誤差△V統(tǒng)稱為IR降。假設(shè)將各種誤差△V劃分為可用斷電法消除的IcR和不能用斷電法消除的V0兩部分，那么存在以下關(guān)系：

Von=Vt+△V=Vt+IcR+V0    （1）

Voff= Vt +V0        （2）

可消除的IcR是由參比電極和管道電位測(cè)量點(diǎn)之間的陰極保護(hù)電流Ic、土壤電阻率和管道表面膜或絕緣層電阻造成的，是純歐姆降壓，在陰極保護(hù)電流中斷時(shí)瞬間消失。

不能消除的V0是由于各種雜散電流、二次電流造成的地電位梯度引起的，是非歐姆壓降。這兩種電流都不會(huì)因保護(hù)電流中斷而立即消失。因此實(shí)際工程中較常見(jiàn)的消除IR降的測(cè)量技術(shù)為瞬間斷電法、試片斷電法、極化探頭斷電法。

2  管道瞬間斷電法

管道瞬間斷電法要求斷開(kāi)管道上陰極保護(hù)裝置、犧牲陽(yáng)極，且在測(cè)試點(diǎn)處不應(yīng)有雜散電流的干擾。在實(shí)際操作中，不能確保所有電連接都斷開(kāi)，比如犧牲陽(yáng)極。該方法無(wú)法消除雜散電流和二次電流導(dǎo)致的非歐姆壓降。

3  試片斷電法

在測(cè)試點(diǎn)處埋設(shè)一個(gè)裸試片，其材質(zhì)、埋設(shè)狀態(tài)要求與管道相同，試片與管道用導(dǎo)線連接，模擬一個(gè)管道覆蓋層的缺陷，由管道提供的保護(hù)電流進(jìn)行極化。測(cè)量時(shí)只需斷開(kāi)試片和管道的連接線，就可測(cè)到試片斷電電位。由試片電位代表管道電位，避免切斷管道主保護(hù)電流以及其他電連接的麻煩。但存在雜散電流干擾時(shí)，用測(cè)量數(shù)據(jù)表示參比電極和試片間電解質(zhì)（土壤）上產(chǎn)生的IR降，產(chǎn)生的誤差會(huì)比較大。因此，試片斷電法也不能消除V0。

4  極化探頭法

4.1極化探頭構(gòu)造

以CU/飽和CuSO4參比電極為例說(shuō)明極化探頭的構(gòu)造。該探頭分為上、下兩個(gè)腔室，上腔室為參比電極安裝室，下腔室安裝有極化試片、自腐蝕試片、保濕劑，上腔室與下腔室、下腔室與極化試片通過(guò)導(dǎo)電鹽橋連接。極化探頭有三根導(dǎo)線分別與參比電極、極化試片、自腐蝕試片相連接。極化試片的連接線既用作試片的極化線又可作電位的測(cè)量線。極化探頭法可以測(cè)量到最接近真實(shí)值的管道陰極保護(hù)極化電位，因此更適用于雜散電流區(qū)域的電位測(cè)量。

圖1  CU/飽和CuSO4參比電極極化探頭結(jié)構(gòu)

4.2   極化探頭的使用

（1） 探頭使用前應(yīng)先用自來(lái)水浸泡底部24小時(shí)。

（2） 配置填料包。填充料的構(gòu)成為：石膏粉75%，膨潤(rùn)土20%，無(wú)水硫酸鈉5%。在混合罐中加入與填包料體積比為1:1的水充分?jǐn)嚢琛?o:p>

（3）放置填料包和探頭。在管道的一側(cè)，與管道中心線的水平距離大約0.1-0.5 m的位置處鉆孔或開(kāi)挖探頭放置坑，深度等同于管道中心線的深度。將配置好的填料包與探頭直接放入鉆孔或者開(kāi)挖的土坑中，保證探頭周圍均勻分布有5-10 cm的填料包；也可預(yù)先將配置好的填料包與探頭一并放入滲透性良好的天然纖維織品種，然后整體填裝。探頭與填料包安裝好后，在其周圍澆水，保證填料包充分濕潤(rùn)。取出與管道貼近的土壤放置于探頭回填料周圍，并壓實(shí)土壤。為避免電流在探頭試片上的優(yōu)先分布，對(duì)于陽(yáng)極和管道臨近的情況，探頭與管道的放置距離應(yīng)小于管道和陽(yáng)極的距離。

（4）放置過(guò)程中盡量減少探頭連接部的電纜受力，放置平穩(wěn)后稍微用力按壓探頭頂部務(wù)必使試片和微滲封端與地面充分接觸。

（5）在施工回填過(guò)程中，用過(guò)篩后的細(xì)土回填，避免損傷電纜和探頭。探頭被回填覆土后，在外面澆適量水，并進(jìn)行一次檢測(cè)，如果能穩(wěn)定讀數(shù)，說(shuō)明探頭正常，再進(jìn)行電纜溝回填。在沙漠等干燥地段，應(yīng)在附近同時(shí)安裝一根用于澆水的PVC地漏。

（6）電纜溝回填后，將電纜引入已有的測(cè)試樁上，再次進(jìn)行測(cè)試，如果儀表有穩(wěn)定讀數(shù)，說(shuō)明安裝成功。

5  現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果

用極化探頭對(duì)西南片區(qū)某管段陰極保護(hù)效果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。該管段地處城市周邊，陰極保護(hù)方式為外加強(qiáng)制電流和犧牲陽(yáng)極相結(jié)合。周圍有較多電氣化鐵路、高壓輸電塔、銅礦廠，受雜散電流的干擾比較嚴(yán)重。用極化探頭和便攜式參比電極測(cè)量的電位見(jiàn)表1。

從表 1可知：

（1）極化探頭通電電位與斷電電位之差較小，測(cè)量的10個(gè)點(diǎn)中，有9個(gè)點(diǎn)的通斷電位差都不到100 mV，與便攜式參比電極測(cè)量數(shù)據(jù)比較，其通電電位中包含的IR降較小。

（2）便攜式參比電極測(cè)得的通電電位與極化探頭測(cè)得的斷電電位存在較大的電位差，這是由于雜散電流和土壤電阻率高造成的。便攜式參比電極測(cè)量的通電電位包含的IR降更大。

（3）用極化探頭測(cè)量斷電電位，與其他電位比較，包含的IR降最小。 

6  結(jié)論

極化探頭法是測(cè)量管道陰極保護(hù)真實(shí)極化電位較理想的手段，與其他測(cè)量方法相比，它可以最大程度消除其他電連接和雜散電流對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。可以測(cè)到最接近管道真實(shí)值的管道陰極保護(hù)極化電位。 

作者：伍少杰，1984年生，工程師，學(xué)士；2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位；主要從事特種設(shè)備壓力管道各類檢驗(yàn)研究工作。 

《管道保護(hù)》2017年第5期（總第36期）