關(guān)于油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)及提升的探討

袁　曄

（中國(guó)石油集團(tuán)東南亞管道有限公司，北京 100028）

關(guān)于油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)及提升的探討

袁曄

（中國(guó)石油集團(tuán)東南亞管道有限公司，北京 100028）

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)常會(huì)發(fā)生管道事故，其中腐蝕是關(guān)鍵因素之一。在管道防腐蝕維護(hù)的過(guò)程中，陰極保護(hù)是一種重要的方法。因此，人們按照陰極保護(hù)的原理，開(kāi)始運(yùn)用鋼套管保護(hù)與電氣化鐵路方式，同時(shí)舉例說(shuō)明。根據(jù)這兩種方式采取有效的措施，尤其是對(duì)于電氣化鐵路等雜散電流排流方面，對(duì)比分析了3種排流方式。在具體運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮到實(shí)際需求，選用適宜的排流方式。本文詳細(xì)分析了油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)及提升，僅供參考。

油氣長(zhǎng)輸管道；陰極保護(hù)；維護(hù)

現(xiàn)階段，我國(guó)的油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)事業(yè)正處于上升期。相關(guān)的調(diào)查結(jié)果顯示，造成油氣管道失靈的原因包括外部因素、腐蝕、材料質(zhì)量問(wèn)題等。其中，腐蝕是導(dǎo)致油氣管道事故的關(guān)鍵因素之一。

由腐蝕引發(fā)的油氣輸送管道泄漏、破裂等情況，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的損失，搶修工作也會(huì)很難，并且還很容易導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸或者環(huán)境污染問(wèn)題。防腐蝕是一種有效的防護(hù)方式。一般情況下，在油氣長(zhǎng)輸管道中會(huì)利用外防腐層與強(qiáng)制電流陰極保護(hù)相結(jié)合的方法，保證防腐蝕工作。這種方法可以提升管道的抗腐蝕功能，延長(zhǎng)管道的使用時(shí)間。本文主要分析了油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)及提升，具體內(nèi)容如下。

一、陰極保護(hù)的原理

現(xiàn)階段，人們應(yīng)用的陰極保護(hù)系統(tǒng)都是強(qiáng)制電流為主、犧牲陽(yáng)極為輔的陰極保護(hù)方式。陰極保護(hù)的原理是，從電化學(xué)的角度來(lái)看，腐蝕電池的陰極不會(huì)出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，但是陽(yáng)極會(huì)出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。因此，應(yīng)該把保護(hù)金屬轉(zhuǎn)變成陰極的，可以避免金屬出現(xiàn)腐蝕的情況。它的原理是為金屬提供豐富的電子，保證被保護(hù)金屬全部呈現(xiàn)出電子過(guò)剩的特點(diǎn)，金屬表面上的各個(gè)點(diǎn)都可以到達(dá)相同的負(fù)電位，這樣金屬原子很難失去電子，不易轉(zhuǎn)變成離子溶進(jìn)溶液。

二、陰極保護(hù)失去作用的情況分析

1.保護(hù)性套管因素的影響

根據(jù)陰極保護(hù)原理，只有陰保電流到達(dá)管道表面時(shí)，管道會(huì)呈現(xiàn)出電子過(guò)剩的特點(diǎn)，這樣的情況下，管道表面的各個(gè)點(diǎn)都會(huì)到達(dá)相同的點(diǎn)位，以此維護(hù)管道。當(dāng)管道穿越的過(guò)程中運(yùn)用鋼套管時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種屏蔽的效果，陰保電流可以通到鋼套管。但是管道自身無(wú)法接收到陰保電流，或者只能接收到極少的陰保電流。鋼套管會(huì)阻礙陰極保護(hù)電流通到管道。而且，利用鋼套管會(huì)埋下更多的安全隱患。如果鋼套管和管道相連，或?qū)е露搪?，引起大部分電流的流失，從而削弱陰極保護(hù)系統(tǒng)的功能。

20世紀(jì)，我國(guó)的油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)中，如果需要穿越河流，就會(huì)利用鋼制套管來(lái)維護(hù)主管道。但是隨著時(shí)間的不斷發(fā)展，在鋼套管的保護(hù)位置會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，比如主管道會(huì)被侵蝕，油品泄漏等。在使用鋼套管之后，無(wú)法保證管道的安全性，還會(huì)減少管道的使用時(shí)間。近年來(lái)，部分管道公司對(duì)采用鋼套管管段進(jìn)行了改造，把鋼套管替換成其他的套管，或者選擇不使用。

2.電氣化鐵路的影響

一般情況下，在電氣化鐵路中會(huì)通過(guò)帶回流線的供電方式。它具體指的是，將承力索、接觸導(dǎo)線共同形成接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線等又會(huì)形成牽引網(wǎng)。牽引回流由鋼軌、大地、回流線返回牽引變電所。鋼軌、接觸網(wǎng)與回流線NF會(huì)共同組成牽引供電系統(tǒng)。此時(shí)接觸網(wǎng)會(huì)和回流線產(chǎn)生互感作用，鋼軌內(nèi)的回流會(huì)從回流線流轉(zhuǎn)移到牽引變電所，從鋼軌到地面中形成的電流也會(huì)降低。在交流電子化鐵道中，第2個(gè)根導(dǎo)線是大地，它可以傳送電流。軌道與地沒(méi)有全面的絕緣，整條軌道都會(huì)產(chǎn)生一些泄漏電流，最終流入大地。在入地電流位置，或者牽引變電部門(mén)的地表會(huì)產(chǎn)生高電位，這會(huì)在很大程度上影響到周圍的油氣管道與油庫(kù)。

利用地中雜散電流場(chǎng)可以解釋阻性耦合的影響。電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)屬于一類非常特別的高壓輸電路線，而且具有不對(duì)稱的特征。受到電磁感應(yīng)的影響，鐵道周圍的油氣管道也會(huì)形成部分電壓或者電流。同時(shí)，也會(huì)影響到鐵道周圍的地下金屬管道。在使用恒電位儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)某條管道在接近鐵路的位置可以產(chǎn)生很大的輸出電壓。其主要原因在于鐵軌泄漏產(chǎn)生的電流直接流入陰極保護(hù)的回路中，使恒電位儀產(chǎn)生了誤差。如果高電位與低電位已經(jīng)不在陰極保護(hù)的范圍內(nèi)，就無(wú)法保護(hù)到油氣長(zhǎng)輸管道。然后，雜散電流會(huì)進(jìn)入埋地管道，在部分地區(qū)會(huì)形成一個(gè)有負(fù)電的陰極區(qū)，這樣可以防止管道出現(xiàn)腐蝕。如果電位值偏負(fù)，金屬管道外層會(huì)產(chǎn)生析氧作用，導(dǎo)致管道防腐層的脫落。從管道引出的位置會(huì)帶正電，變成陽(yáng)極區(qū)。再加上雜散電流的影響，陽(yáng)極區(qū)也會(huì)產(chǎn)生較大的電化學(xué)作用，最終引起埋地管道發(fā)生腐蝕作用。

三、油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)及提升

1.保證管道安全

在管道應(yīng)用套管之后，會(huì)阻礙到對(duì)管道的陰極保護(hù)。如果出現(xiàn)漏點(diǎn)，會(huì)直接提高腐蝕的速度。這樣不會(huì)增強(qiáng)管道的安全性，也會(huì)縮短其使用時(shí)間。因此，應(yīng)該在穿越段管道位置，加厚管道壁，以此保證管道的安全。在管道穿越道路的過(guò)程中，人員應(yīng)該盡可能使用混凝土套管維護(hù)管道，同時(shí)應(yīng)該在套管和尤其管道的中間位置，布置絕緣功能較高的絕緣支架，確保套管和油氣管道具備一定的絕緣作用，防止影響到油氣管道的陰保功能。如果需要時(shí)，應(yīng)該在套管穿越的兩邊，添加犧牲陽(yáng)極，這樣可以有效地維護(hù)屏蔽管道。

2.采用接地排流的方法

如果管道與電氣化鐵路之間沒(méi)有安全間隔，應(yīng)該采用接地排流的方式來(lái)維護(hù)管道。然而在接地排流的過(guò)程中，應(yīng)該確保管道陰極保護(hù)工作的可靠性，切忌與管道的陰極保護(hù)出現(xiàn)沖突，這會(huì)在很大程度上影響到陰極保護(hù)系統(tǒng)涵蓋的范圍和效果。

3.在極性排流的過(guò)程中，可以有效地運(yùn)用雜散電流實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的保護(hù)，成本低、操作簡(jiǎn)單。但是不足之處在于容易對(duì)其他構(gòu)筑物造成不良影響，導(dǎo)致電位過(guò)負(fù)，在交流干擾區(qū)域應(yīng)用的作用不大。極性排流器的組織包括有二極管與鎂陽(yáng)極接地裝備。在管道中的正電位可以借助二極管接到地面，保留住陰極保護(hù)電位。在運(yùn)用某條管道的過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)極性排流器會(huì)導(dǎo)致正電位的減少，但是并不能徹底改善管道中電位過(guò)負(fù)的現(xiàn)象。

4.在鉗位式排流的過(guò)程中，可以在很大程度上降低管道中的交流電壓值。其不足是如果交流電壓偏大，直流電位會(huì)出現(xiàn)一定地變化，會(huì)影響到陰極保護(hù)。而且，排流能力較低，在排流設(shè)施中極有可能會(huì)導(dǎo)致毀壞的現(xiàn)象，而且管理與維護(hù)的工作比較復(fù)雜，成本較高。鉗位式排流設(shè)施中需要運(yùn)用的接地材料標(biāo)準(zhǔn)也較高，它提出管道和接地極使用的材料應(yīng)該相同。隨著時(shí)間的發(fā)揮在那，接地極會(huì)逐漸出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，從而消耗，電位也會(huì)出現(xiàn)改變，會(huì)更改陰極保護(hù)電位。

5.在固態(tài)去耦合器進(jìn)行排流時(shí)，去耦合器采用先進(jìn)的固態(tài)技術(shù)和非金屬殼體。這種做法可以避免管道中產(chǎn)生交流故障電流、雷電流等，從而會(huì)影響到埋地管道，這樣可以增加管道的使用年限。同時(shí)，還應(yīng)該避免雜散電流聚集在管道中。固態(tài)去耦合器加接地體方法是國(guó)外應(yīng)用比較廣泛的一種方法，因?yàn)樗牡烷撝惦妷号c雷電沖擊漏泄電流量大，能夠有效地降低感應(yīng)電壓，具備方便管理、適用強(qiáng)的特征。但是花費(fèi)的成本也會(huì)偏高。

去耦合器排流方法對(duì)管道使用的材料沒(méi)有特殊要求。在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該選用鎂合金陽(yáng)極或者鋼管接地，這樣都可以消除交流干擾，但是不會(huì)對(duì)管道中的直流電位產(chǎn)生任何影響。無(wú)論采用哪種排流方法，管道在消除雜散電流的過(guò)程中，都應(yīng)該按照管道周圍的實(shí)際情況來(lái)選用科學(xué)的排流方式，在完成排流裝置的安裝后，還需要及時(shí)檢查與測(cè)試，保證管道的陰保電位在正常范圍內(nèi)。同時(shí)，也應(yīng)該充分利用管道陰保系統(tǒng)，防止管道出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。

四、運(yùn)用的實(shí)例

1.運(yùn)用水泥套管的實(shí)例

現(xiàn)階段，我國(guó)的油氣長(zhǎng)輸管道套管在穿越的過(guò)程中，一般都會(huì)利用到混凝土套管。在調(diào)料罐和輸油鋼管中布置絕緣內(nèi)支架。在套管內(nèi)部，運(yùn)用填土的方式進(jìn)行密封。這種做法不僅不會(huì)對(duì)管道的陰保系統(tǒng)造成影響，還會(huì)排出套管內(nèi)部的油氣空間，有利于增強(qiáng)管道的安全性。

2.雜散電流排流的實(shí)例

（1）直流電流排流方面

在油氣長(zhǎng)輸管道中，會(huì)被直流雜散電流所影響。因此，布置了幾個(gè)點(diǎn)的鎂合金犧牲陽(yáng)極接地排流，其中接地的電阻應(yīng)該在0.5Ω以內(nèi)。

（2）交流雜散電流排流方面

如果交流雜散電流偏大，應(yīng)該利用鉗位式排流方法。在管道和接地極中間布置耦合器，避免雜散電流聚集在管道上。在接地極時(shí)，需要選用120m的鍍鋅角鋼，在深井進(jìn)行安裝。其中，接地的電阻應(yīng)該在0.5Ω以內(nèi)。這種排流方法可以達(dá)到良好的排流效果。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，陰極保護(hù)屬于一項(xiàng)極其有效的防腐技術(shù)。在管道的規(guī)劃、管道工程與運(yùn)行中，都應(yīng)該重視陰極保護(hù)方面的工作。在開(kāi)始使用管道之后，應(yīng)該定期檢測(cè)。尤其是運(yùn)用鋼套管保護(hù)與雜散電流干擾階段的管道，應(yīng)該加強(qiáng)重視。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該及時(shí)解決，保證陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而維護(hù)管道的安全，保證其不會(huì)被腐蝕。

［1］張永飛，王樹(shù)立，李恩田，等.長(zhǎng)輸埋地管道陰極保護(hù)故障診斷排除的實(shí)踐與探討［C］.2014北京國(guó)際腐蝕技術(shù)大會(huì)論文集.

［2］滕延平，張永盛，王禹欽，等.雜散電流排流設(shè)施有效評(píng)價(jià)研究［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2012（4）：40-42.

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