張遂

西部管道甘肅輸油氣分公司武威維搶修隊(duì)

摘要：腐蝕是導(dǎo)致油氣管道失效的重要因素。陰極保護(hù)是延緩管道腐蝕的主要技術(shù)手段。通過識(shí)別并行管道陰極保護(hù)系統(tǒng)失效類型，建立并行管道附近電位分布模型分析失效原因，采用消除陽極地床金屬屏蔽及防干擾參比電極等技術(shù)措施，并行管道陰極保護(hù)有效率提升至98.65%，超過目標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：并行管道；腐蝕；陰極保護(hù)；陽極地床；參比電極

根據(jù)GB/T 21448―2017 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》及陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行要求，當(dāng)陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)地電位穩(wěn)定保持在﹣0.85 VCSE～ ﹣1.20 VCSE時(shí)，才能有效保護(hù)管道免受腐蝕損壞，公司要求陰極保護(hù)有效率達(dá)98%以上。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，兩條并行敷設(shè)管道（以下簡(jiǎn)稱管線1、管線2）中管線1陰極保護(hù)電位達(dá)標(biāo)率為88.5%，未達(dá)到要求。通過檢測(cè)分析并行管道陰極保護(hù)不達(dá)標(biāo)原因以采取針對(duì)性解決措施，維護(hù)管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1  并行管道陰極保護(hù)失效原因分析

1.1  管道防腐層破損

管道防腐層破損失效會(huì)導(dǎo)致防腐層絕緣電阻下降，陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀自動(dòng)增大輸出，造成陽極電位偏移。為定量分析管道防腐層破損對(duì)陰極保護(hù)造成的影響，模擬制作多個(gè)管線1防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表 1所示。

表 1 防腐層破損點(diǎn)對(duì)應(yīng)陽極場(chǎng)電位正向偏移統(tǒng)計(jì)表

實(shí)驗(yàn)表明，管線1防腐層破損點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)陽極電位偏移，最大偏移10 mV，對(duì)陰極保護(hù)有效率影響有限。

1.2  陽極場(chǎng)金屬屏蔽

為驗(yàn)證陽極場(chǎng)金屬屏蔽對(duì)并行管道的實(shí)際影響，人為屏蔽陽極場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量陽極場(chǎng)電位正向偏移值，驗(yàn)證與并行管道陽極地床電位偏移數(shù)學(xué)相關(guān)性。

表 2所示為管線1、管線2與陽極場(chǎng)金屬屏蔽的電位偏移關(guān)系，依據(jù)直流雜散電流排流標(biāo)準(zhǔn)，將造成陽極電位偏移量超過100 mV[1]的失效判斷為主要失效類型。

表 2 并行管道陽極場(chǎng)金屬屏蔽影響對(duì)比

陽極電位計(jì)算公式采用工程可接受的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)公式：

依據(jù)式（1）建立如圖 1所示數(shù)學(xué)模型，分析陽極場(chǎng)金屬屏蔽與管道電位關(guān)系。

圖 1 陽極場(chǎng)金屬屏蔽與管道電位數(shù)學(xué)模型

從圖 1可以看出，陽極場(chǎng)受金屬屏蔽后不僅與陽極干擾電位具備數(shù)學(xué)相關(guān)性，且陽極干擾電位偏移大于100 mV，表明陽極場(chǎng)金屬屏蔽會(huì)對(duì)陰極保護(hù)有效率帶來顯著影響。

1.3  參比電極受直流干擾

參比電極受到干擾將造成陰保數(shù)據(jù)收集不準(zhǔn)確，恒電位儀輸出不穩(wěn)定最終造成陰極保護(hù)系統(tǒng)失效。受周邊復(fù)雜空間電場(chǎng)影響，參比電極存在明顯的直流干擾。采用由遠(yuǎn)及近，再由近至遠(yuǎn)的方式測(cè)量并行管道參比電極測(cè)點(diǎn)處電壓偏移值并進(jìn)行定量分析，結(jié)果如圖 2所示。建立空間電場(chǎng)變化對(duì)參比電極干擾模型如圖 3所示。

圖 2 并行管道參比電極測(cè)點(diǎn)處陽極干擾電壓正向偏移值

圖 3 空間電場(chǎng)對(duì)參比電極干擾影響模型

可見，參比電極受直流及空間電場(chǎng)干擾是影響管道陰極保護(hù)有效率的重要因素之一。

2  并行管道陰極保護(hù)有效率提升措施

2.1  消除陽極地床金屬屏蔽影響

從并行管道陽極地床周邊保護(hù)電位分布規(guī)律入手，考慮土壤電阻率，淺埋地床埋深等因素，建立地床輸出電流、陰極保護(hù)系統(tǒng)管道保護(hù)距離及保護(hù)電位三者關(guān)系的空間模型，如圖 4所示。

圖 4 空間電位分布側(cè)視模型

分析發(fā)現(xiàn)，受管線1金屬屏蔽影響，管線2電位呈兩種情況分布。屏蔽側(cè)與非屏蔽側(cè)管道陽極地床干擾分別呈現(xiàn)電位正向偏移及負(fù)向偏移趨勢(shì)。屏蔽體電位處于有效保護(hù)且連續(xù)可調(diào)的范圍內(nèi)，如圖 5紅線所示。

圖 5 屏蔽體電位處于有效保護(hù)且連續(xù)可調(diào)示意圖

因此，可以將屏蔽體管線2與被屏蔽體管線1連通，使兩條并行管道成為一體，消除陽極屏蔽，補(bǔ)充并行管道保護(hù)電流。

從圖 6可以看出，連通后兩條并行管道陰極保護(hù)電位均處于﹣0.85 VCSE～﹣1.20 VCSE之間，改進(jìn)措施有效，且屏蔽體管線2的陰極保護(hù)電位處于有效保護(hù)狀態(tài)，無負(fù)面影響。

圖 6 并行管道電連通及陰極保護(hù)電位測(cè)試曲線

2.2  采用極化探頭

利用聚氨酯絕緣特性隔絕周邊空間電場(chǎng)干擾，參比極化探頭直接與并行管道近距離埋設(shè)，減少參比電極直流干擾。同時(shí)為消除雜散電流干擾，將兩條并行管道排流裝置導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)共用排流裝置[2]，消減直流干擾。

2.3  提升效果

通過實(shí)施綜合措施，并行管道陰極保護(hù)有效率達(dá)到了98.65%（圖 7），超過公司98%目標(biāo)要求。

圖 7 提升措施實(shí)施后電位偏移檢測(cè)結(jié)果

3  結(jié)論

提升陰極保護(hù)系統(tǒng)有效率需要綜合考慮并行管道金屬屏蔽、空間電場(chǎng)分布等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際影響，將兩條并行管道作為一個(gè)整體考慮，采取針對(duì)性解決措施使并行管道陰極保護(hù)系統(tǒng)正常有效，確保油氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐子洋.探討輸氣管道陰極保護(hù)問題及解決對(duì)策[J].當(dāng)代化工研究，2018(06)：7-8.

[2]湯丁，何鑫，許捷，等.埋地輸氣管道的直流雜散電流干擾分析與排流措施[J].天然氣勘探與開發(fā)，2018，41(04)：94-99. 

作者簡(jiǎn)介：張遂，1984年生，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事管道壓縮機(jī)、機(jī)泵及關(guān)鍵設(shè)備檢維修工作。聯(lián)系方式：18628866822，zhangxu85994747@163.com。