張麗萍 劉旭 汪珉 楊帆 王波 趙志國(guó)

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道秦皇島輸油氣分公司

摘要：針對(duì)某原油管道陰保系統(tǒng)投用后運(yùn)行異常，列舉了系統(tǒng)運(yùn)行常見故障，分析了故障原因及其他干擾系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響因素，提出了針對(duì)性處置措施，以使陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮有效作用。

關(guān)鍵詞：原油管道；陰極保護(hù)系統(tǒng)故障；影響因素分析

津華原油管道起點(diǎn)為天津港南疆港區(qū)匯鑫油庫(kù)，終點(diǎn)為河北省任丘市華北石化煉廠，于2015年9月投產(chǎn)，全長(zhǎng)189.2 km，管徑508 mm，壁厚7.1 mm/7.9 mm/8.7 mm，管材L415M，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，設(shè)計(jì)輸量700×104 t/a，全線穿越公路16處，穿越鐵路7處，穿越河流11條。埋地保溫管道采用加強(qiáng)級(jí)熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層（厚度≥400 μm），定向鉆穿越段采用加強(qiáng)級(jí)3LPE防腐。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)恒電位儀分別設(shè)在管道里程29.9 km處（1#恒電位儀）和128.4 km處（2#恒電位儀）。陰極保護(hù)系統(tǒng)故障會(huì)影響其管道防腐效果，需要采取針對(duì)性處置措施。

1  陰極保護(hù)系統(tǒng)常見故障及原因

1.1  恒電位儀運(yùn)行異常

（1）異�，F(xiàn)象。管道投產(chǎn)之初，1#恒電位儀常常出現(xiàn)輸出電流11.2 A、輸出電壓10.1 V的異常情況，2#恒電位儀輸出電流僅0.6 A，輸出電壓1.1 V。在采用定向鉆穿越的子牙河管段，其電位明顯負(fù)于同在大城縣境內(nèi)的荒地段電位100 mV左右。

（2）原因分析。①土壤電阻率。當(dāng)土壤電阻率均勻，管道電阻忽略不計(jì)時(shí)，與輔助陽(yáng)極距離最近點(diǎn)電流密度最大，距陽(yáng)極越遠(yuǎn)，電流密度越小。恒電位儀覆蓋管段管道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)。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)，進(jìn)而產(chǎn)生了IR降。由于在陰保站和沿線測(cè)得的電位都是通電電位，還需要考慮IR降對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。1#恒電位儀位于水池邊，土壤電阻率��；接近于三分之二額定電流電壓運(yùn)行狀態(tài)。而2#恒電位儀位于鄉(xiāng)村道路邊的荒地中，陽(yáng)極地床的回填土中有建筑垃圾，導(dǎo)致陰極保護(hù)電流輻射范圍較小。②輔助陽(yáng)極布設(shè)位置。當(dāng)土壤電阻率均勻、輔助陽(yáng)極布置合理時(shí)，由輔助陽(yáng)極流出的電荷均勻分布于土壤中，流向管道的電荷也是均勻的；當(dāng)輔助陽(yáng)極布置不合理時(shí)，輔助陽(yáng)極集中的地方流向管道的電荷就多，管道電位變負(fù)。

1.2  雜散電流干擾

（1）干擾源。管道沿線電氣化鐵路是影響陰保系統(tǒng)正常運(yùn)行最為嚴(yán)重的雜散電流干擾源，其次是與已建10 kV及以上高壓交/直流輸電線路并行或交叉干擾影響。

（2）干擾原因。由于電氣化鐵路、高壓交流輸電線路運(yùn)行時(shí)會(huì)在周邊產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)范圍內(nèi)的管道會(huì)因電磁感應(yīng)而在管道內(nèi)部產(chǎn)生干擾電流和電壓。直流系統(tǒng)，特別是地鐵等其漏失在大地中的電流流入土壤和埋地金屬管線中，然后再?gòu)穆竦亟饘傥镏辛鞒觯�流向大地再返回到牽引變電所的�?fù)極，形成直流電流干擾。

1.3  絕緣接頭失效

（1）故障現(xiàn)象。管道站場(chǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)采用多路恒電位儀，其中一個(gè)站場(chǎng)采用2用2備運(yùn)行模式，另一個(gè)站場(chǎng)采用4用2備運(yùn)行模式。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。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)將線路陰保系統(tǒng)的部分電流引入站內(nèi)陰保系統(tǒng)，削弱線路陰極保護(hù)效果。

（2）失效原因。高壓輸電線路產(chǎn)生感性耦合引起管線雜散電流干擾，造成絕緣接頭兩側(cè)長(zhǎng)期處于高電位差狀態(tài)；閥室外電線路直擊雷和閥室放空管直擊雷擊穿絕緣接頭。

1.4  建設(shè)期預(yù)留犧牲陽(yáng)極影響

（1）故障現(xiàn)象。管道建設(shè)期在一般地段采用鋅帶、定向鉆和大型穿越段兩側(cè)采用鎂棒犧牲陽(yáng)極作為臨時(shí)陰極保護(hù)，犧牲陽(yáng)極通過測(cè)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，其輸出的電流電壓高于犧牲陽(yáng)極，影響強(qiáng)制電流陰極保護(hù)效果。

（2）原因分析。建設(shè)期為保證管道埋入地下后不被腐蝕，在管道建設(shè)時(shí)設(shè)置了犧牲陽(yáng)極作為管道的臨時(shí)保護(hù)系統(tǒng)。

2  處置措施

2.1  安裝輔助陽(yáng)極

正確布置輔助陽(yáng)極是改善電流均勻分布的有效措施。采用高硅鑄鐵輔助陽(yáng)極，安裝輔助陽(yáng)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(yáng)極電纜引入陰極保護(hù)設(shè)備間，用細(xì)土回填陽(yáng)極地床。改造之后，2#恒電位儀輸出電流3.5 A，輸出電壓1.9 V，輸出明顯上升；1#恒電位儀輸出明顯降低。

2.2  雜散電流干擾處置措施

（1）管道穿越京滬高鐵等電氣化鐵路7處。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)。設(shè)計(jì)施工階段各穿越點(diǎn)一側(cè)設(shè)置了耦合器排流，用以排出流入管道的雜散電流。以京滬高鐵穿越為例，排流效果見表 1。結(jié)果表明，最大交流電流密度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的30 A/m2，交流干擾程度判斷為弱。

表 1 京滬高鐵穿越段管道交流干擾排流效果

隨著電氣化鐵路車流量增多，雜散電流干擾會(huì)逐漸增強(qiáng)，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）與特高壓輸電線路鐵塔、高壓線交叉并行管段，可沿管道平行敷設(shè)一根或多根淺埋鋅帶或裸銅線接地線作屏蔽體，屏蔽線通過固態(tài)去耦合器與受影響的管道連接，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。如與蒙西至天津南1000 kV特高壓交流輸電線路津華段交叉跨越并行段，共設(shè)置4處排流耦合器，以降低交流雜散電流影響陰保系統(tǒng)對(duì)管道造成的危害，詳見表 2。結(jié)果顯示，去耦合器發(fā)揮了排流效果。

表 2 特高壓交流輸電線路交叉管段排流防護(hù)效果

2.3  絕緣接頭失效處置措施

要定期測(cè)試絕緣接頭保證其絕緣性能良好，同時(shí)定期檢測(cè)絕緣接頭處的避雷裝置以有效發(fā)揮保護(hù)作用。在關(guān)注站場(chǎng)絕緣效果的同時(shí)也要關(guān)注沿線閥室主閥和旁通管線儀表設(shè)備的絕緣阻件的絕緣狀態(tài)，防止從這些地方將陰極保護(hù)電流流入接地網(wǎng)。

2.4  拆除建設(shè)期預(yù)留犧牲陽(yáng)極

需要逐個(gè)排查測(cè)試樁，徹底拆除犧牲陽(yáng)極與管道的連接，以免影響線路陰保系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確性，杜絕不必要的陰保電流流失。

3  結(jié)束語

國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明，管道外防腐層與強(qiáng)制電流陰極保護(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，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。

作者簡(jiǎn)介：張麗萍，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），本科，現(xiàn)任北方管道秦皇島輸油氣分公司管道管理部陰保管理專業(yè)主管、工程師，主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式：13930343050，850110408@qq.com。