趙永麗

山東運(yùn)維中心濟(jì)寧作業(yè)區(qū)

摘要：西氣東輸二線平泰管道山東段地理環(huán)境和干燥氣候條件下恒電位儀運(yùn)行異常。分析了土壤電阻率變化對(duì)電流分布的影響，以及影響陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的干擾因素，提出了處置措施，使陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮有效作用，為管道陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；平泰管道；恒電位儀；運(yùn)行分析

西氣東輸二線平泰管道起自河南省平頂山市魯山壓氣站終至山東省泰安市泰安壓氣站，采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)防腐。其中山東段沿線地貌以平原為主，氣候干燥，土壤中沙性比例大，造成土壤電阻率和自然電位較高，個(gè)別地段的自然電位甚至接近于保護(hù)電位。沿線各陰保站恒電位儀自投產(chǎn)以來經(jīng)常出現(xiàn)輸出電流過小或輸出為零現(xiàn)象，導(dǎo)致恒電位儀報(bào)警或恒位轉(zhuǎn)恒流，影響了陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1  陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1  恒電位儀運(yùn)行情況

平泰管道投產(chǎn)初期將恒電位儀通電電位設(shè)定為﹣1.2 V，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)土壤電阻率和自然電位較高，個(gè)別地段的自然電位甚至接近于保護(hù)電位，后期各站場根據(jù)實(shí)際情況將通電電位調(diào)高至﹣1.3 V，恒電位儀運(yùn)行正常。上述情況說明在不同地理環(huán)境下，可以根據(jù)恒電位儀的實(shí)際運(yùn)行情況，在允許范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整通電電位以改善其運(yùn)行狀況。

1.2  IR降對(duì)測量數(shù)據(jù)的影響

陰極保護(hù)系統(tǒng)開始工作時(shí)會(huì)有電流進(jìn)入土壤并在其中流動(dòng)，這種陰極保護(hù)電流的移動(dòng)而引起土壤的電壓降稱之為IR降。由于在陰保站和沿線測得的電位都是通電電位，還需要考慮IR降對(duì)測量數(shù)據(jù)的影響。IR降為通電電位減去瞬時(shí)斷電電位，或瞬時(shí)通電電位減去結(jié)構(gòu)自然電位。實(shí)際工作中我們常使用瞬間斷電法和試片斷電法對(duì)IR降進(jìn)行消除，消除IR降后的斷電電位保持在準(zhǔn)則規(guī)定的﹣0.85 V～﹣1.2 V（CSE）之間。

1.3  土壤電阻率變化對(duì)陰保電流分布的影響

當(dāng)土壤電阻率均勻，管道電阻忽略不計(jì)時(shí)，與輔助陽極距離最近點(diǎn)電流密度最大，距陽極越遠(yuǎn)，電流密度越小。山東段沿線土壤電阻率變化較大，對(duì)管道電流分布產(chǎn)生較大影響。土壤電阻率較大時(shí)，導(dǎo)致管道電流密度較小，管道電位變正；土壤電阻率較小時(shí)，導(dǎo)致管道電流密度較大，管道電位變負(fù)。例如穿越河流的管段，由于河水的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于周圍土壤電阻率，導(dǎo)致臨近河床的管道電流密度增大，電位變負(fù)。

1.4  影響恒電位儀正常運(yùn)行的干擾因素

（1）管道沿線地區(qū)夏季干旱少雨，日照蒸發(fā)強(qiáng)烈，導(dǎo)致土壤長期處于干燥狀態(tài)，容易造成現(xiàn)場參比電極流空。現(xiàn)場參比開路時(shí)恒電位儀顯示為無輸出電壓、電流，顯示“保護(hù)電位”高于“控制電位”。日常應(yīng)做好現(xiàn)場參比電極檢查，桶內(nèi)細(xì)沙保持濕潤，夏季加密注水周期。

（2）沿線電氣化鐵路是對(duì)管道影響最為嚴(yán)重的雜散電流源之一，與已建10 kV及以上高壓交/直流輸電線路并行或交叉，也對(duì)管道安全運(yùn)行形成嚴(yán)重干擾。管道與高壓交/直流輸電線路或通訊鐵塔等設(shè)施靠近時(shí)，在雷擊或輸電線路發(fā)生工頻故障時(shí)，接地系統(tǒng)會(huì)在地下形成脈沖電弧，擊傷附近管道，為此應(yīng)做好強(qiáng)電沖擊與交/直流干擾防護(hù)安全設(shè)計(jì)。

2  處置措施

2.1  土壤電阻率變化對(duì)電流分布影響的處置措施

正確布置輔助陽極是改善電流均勻分布的有效措施。平泰管道采用高硅鑄鐵輔助陽極。安裝輔助陽極時(shí)應(yīng)避免與堅(jiān)硬材料相碰，按設(shè)計(jì)要求和埋設(shè)深度水平或垂直埋設(shè)，周圍放置一定數(shù)量填料。將輔助陽極電纜引入陰極保護(hù)設(shè)備間，用細(xì)土回填陽極地床。

2.2  交流干擾因素處置措施

（1）與交流電氣化鐵路并行管段，如果二者間距在400 m范圍內(nèi)，應(yīng)從并行段的起點(diǎn)開始，每2000 m設(shè)置一處排流防護(hù)點(diǎn)；在與直供式電氣化鐵路交叉地段，應(yīng)至少在交叉段的其中一側(cè)設(shè)置一處排流防護(hù)點(diǎn)。平泰管道與山西中南部鐵路交叉，交叉點(diǎn)采用箱涵穿越方式。為確保管道陰極保護(hù)效果，箱涵穿越段管道在施加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)情況下，又增加了犧牲陽極保護(hù)（同時(shí)兼做排流防護(hù)）。犧牲陽極采用鎂陽極，其測試電位為﹣1.595 V（CSE），表明運(yùn)行正常未完全消耗。管道與鎂陽極連接同時(shí)施加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)情況下，測試的管道通電電位為﹣1.332 V（CSE），在斷開犧牲陽極時(shí)管道通電電位為﹣1.210 V（CSE）。經(jīng)測算，此處土壤電阻率為25.12 Ω·m，管道交流干擾電壓為2.265 V（CSE），計(jì)算得出交流電流密度為20.36 A/m2，交流干擾程度弱，可不采取交流干擾防護(hù)措施。但隨著電氣化鐵路車流量增多，雜散電流會(huì)逐漸增加，存在發(fā)生點(diǎn)蝕穿孔或誘發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)管道穿越段進(jìn)行專項(xiàng)交流干擾評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果采取有效的排流防護(hù)措施。

（2）管道與輸電線路鐵塔、高壓線或通訊鐵塔以及鐵塔的接地系統(tǒng)之間的距離小于10 m，可沿管道平行敷設(shè)一根或多根淺埋接地線（如鋅帶等）作屏蔽體，屏蔽線宜通過固態(tài)去耦合器與受影響的管道連接且連接點(diǎn)不少于兩處，減輕在電力故障或雷電情況下，強(qiáng)電沖擊對(duì)管道防腐層或金屬本體的影響。

與高壓交流輸電線路并行敷設(shè)的管道，與110 kV及以上輸電線最外側(cè)邊導(dǎo)線間距小于300 m且累計(jì)長度超過2 km的管段，應(yīng)進(jìn)行交流感應(yīng)電壓排流防護(hù)。平泰管道與220 kV上都高壓輸電線路并行且交叉，與最外側(cè)邊導(dǎo)線間距小于300 m范圍內(nèi)管道長度約2.3 km，故共設(shè)置3處排流點(diǎn)，排流防護(hù)采用固態(tài)去耦合器和裸銅線，裸銅線沿管道兩側(cè)敷設(shè)。排流防護(hù)結(jié)果如表 1所示。

表 1 平泰管道與220 kV高壓輸電線路并行交叉段排流防護(hù)結(jié)果

從表 1看出，采取交流干擾防護(hù)措施后，3處排流點(diǎn)交流電流密度均小于30 A/m2，交流干擾程度為弱，說明固態(tài)去耦合器發(fā)揮了有效排流作用。

2.3  區(qū)域陰保和線路陰保相互干擾處置措施

平泰管道站場區(qū)域陰保系統(tǒng)采用4路恒電位儀3用1備。正常情況下與站外線路陰保系統(tǒng)之間通過絕緣接頭隔離，各自獨(dú)立。如果絕緣接頭失效會(huì)造成兩個(gè)陰保系統(tǒng)相互干擾，通常會(huì)將線路陰保的部分電流引入站內(nèi)造成線路陰保的削弱，另外在開展站外管道檢測時(shí)也帶來更多的操作困難。因此，要定期測試絕緣接頭保證其絕緣性能良好，同時(shí)定期檢測絕緣接頭處的避雷裝置以有效發(fā)揮保護(hù)作用。此外，站場1101#閥門與線路陰保系統(tǒng)相連，要定期檢查1101#閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)與電纜鋼套管之間絕緣墊片的絕緣性能，確保線路陰保系統(tǒng)不發(fā)生漏電。

2.4  拆除建設(shè)期預(yù)留犧牲陽極

平泰管道在建設(shè)期采用裸鋅帶犧牲陽極作為臨時(shí)陰極保護(hù)，犧牲陽極通過測試樁與管道相連。管道全線投產(chǎn)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)后，需逐個(gè)排查測試樁，徹底拆除犧牲陽極與管道的連接，以免影響線路陰保系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確性，杜絕不必要的陰保電流流失。

3  結(jié)束語

管道外防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合使用是最經(jīng)濟(jì)、最合理的防腐措施。影響管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的原因較多，管道企業(yè)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)做好陰保系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，分析各影響因素干擾情況，綜合評(píng)判陰保系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)，采取針對(duì)性治理措施。如何讓管道陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮更有效的作用，還有待今后在實(shí)踐中進(jìn)一步探討。 

作者簡介：趙永麗，1983年生，本科，工程師，主要從事輸氣站場的運(yùn)行維護(hù)工作。聯(lián)系方式：13791768237，zhaoyongli200620@163.com。