鄒德龍 黃金釗

上海道盾科技股份有限公司

摘 要：陰極保護(hù)系統(tǒng)在管道的腐蝕與防護(hù)中起到了關(guān)鍵作用，需要定期對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以調(diào)整或維修。詳細(xì)介紹了陰保系統(tǒng)恒電位儀、絕緣、斷電電位、土壤腐蝕性等關(guān)鍵因素和在特殊地段的測(cè)試，提出了注意事項(xiàng)和運(yùn)行維護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：陰保系統(tǒng)；斷電電位；絕緣；恒電位儀

陰極保護(hù)是控制埋地管道腐蝕的主要措施，陰極保護(hù)的維護(hù)和管理也是管道完整性管理的重要方面。近年來(lái)管道受雜散電流干擾越來(lái)越多，管理技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜，陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的專業(yè)化需求也越來(lái)越高。另一方面，隨著管道長(zhǎng)度不斷延伸，管理難度也日益加大，陰極保護(hù)管理專業(yè)人員數(shù)量不足，且沒(méi)有其他有效的檢測(cè)或監(jiān)測(cè)方式判斷整個(gè)陰保系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致很多管道陰保系統(tǒng) “帶病”運(yùn)行。

目前絕大部分長(zhǎng)輸管道采用強(qiáng)制電流陰保方式，系統(tǒng)主要包括恒電位儀、輔助陽(yáng)極地床、絕緣系統(tǒng)、排流及防雷系統(tǒng)、陰極保護(hù)測(cè)試樁等。目前測(cè)試陰保系統(tǒng)有效性的普遍做法是沿線定期測(cè)試管道直流通電電位和交流電壓，恒電位儀每日查看輸出情況，絕緣性能測(cè)試還停留在保護(hù)端和非保端的電位測(cè)試評(píng)價(jià)，排流器和防雷系統(tǒng)更是少有人關(guān)注并加以測(cè)試。這對(duì)陰保系統(tǒng)的有效運(yùn)行難以提供支持，為此，筆者提出詳細(xì)的陰保系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容及注意事項(xiàng)。

1 陰保系統(tǒng)測(cè)試

1.1 恒電位儀測(cè)試

恒電位儀檢查項(xiàng)目主要包括外觀、陰極接線、陽(yáng)極接線、參比接線、零位接陰接線及防雷接地接線。主要測(cè)試項(xiàng)目包括通電點(diǎn)保護(hù)電位（通斷電位）、輸出電壓、輸出電流、輔助陽(yáng)極接地電阻、回路電阻和長(zhǎng)效參比校驗(yàn)等。需要注意以下七點(diǎn)。

（1）確保恒電位儀各接線正確連接且無(wú)斷線情況。

（2）測(cè)試通電點(diǎn)保護(hù)電位時(shí)萬(wàn)用表負(fù)極接長(zhǎng)效參比電極、正極接零位接陰端子，測(cè)得數(shù)值與給定電位相比較應(yīng)近似相等。

（3）測(cè)試輸出電流時(shí)應(yīng)首先明確串聯(lián)分流器規(guī)格型號(hào)，通過(guò)萬(wàn)用表直流“mV”檔測(cè)試分流器分壓計(jì)算輸出電流。

（4）當(dāng)通電點(diǎn)處存在雜散電流干擾時(shí)，應(yīng)進(jìn)行恒電位儀輸出電壓、輸出電流長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，并在通電點(diǎn)處采用試片斷電法測(cè)試斷電電位。

（5）長(zhǎng)效參比校驗(yàn)時(shí)應(yīng)確保經(jīng)校準(zhǔn)后便攜式參比電極與長(zhǎng)效參比電極處于最近距離位置（若有參比管，可置于參比管中），分別用長(zhǎng)效參比和便攜參比測(cè)試斷電電位（放置參比位置周圍不應(yīng)存在地電位梯度），通過(guò)比較斷電電位來(lái)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。

（6）測(cè)試輔助陽(yáng)極接地電阻時(shí)應(yīng)首先確定輔助陽(yáng)極埋設(shè)類型、位置、長(zhǎng)度、走向、埋深等信息，據(jù) 此確定三級(jí)法測(cè)試中電流極和電位極所處位置。

（7）定期測(cè)試各單只陽(yáng)極地床輸出電流大小，調(diào)節(jié)每支電流輸出，使各組陽(yáng)極地床輸出相對(duì)平衡。

1.2 絕緣有效性測(cè)試

國(guó)外文獻(xiàn)指出“沒(méi)有絕緣就沒(méi)有陰保”，可見(jiàn)絕緣在陰保系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。在役絕緣接頭（法蘭）及組件最常用的測(cè)試方法有：電位法、 PCM漏電法、絕緣接頭測(cè)試儀法和通斷電位法。絕緣有效性測(cè)試應(yīng)注意以下七點(diǎn)。

（1）查看管道工藝及走向，明確已設(shè)置絕緣位置和應(yīng)設(shè)置絕緣位置，包括進(jìn)出站絕緣接頭（法蘭）處、站內(nèi)管道去下游用戶管道處、去放空區(qū)管道處、過(guò)站（或閥室）各類閥組儀表接地與干線管道之間。

（2）明確每處絕緣接頭（法蘭）或組件兩端陰極保護(hù)設(shè)置情況（有無(wú)設(shè)置陰保或陰保所處區(qū)間位置）。

（3）地上型絕緣接頭及組件采用RF-IT絕緣接頭測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，輔以電位法和通斷電位法進(jìn)行共同驗(yàn)證。

（4）通斷電位法應(yīng)通斷輸出電流較大、通斷較為明顯的一側(cè)，同時(shí)觀察另一側(cè)電位變化情況。

（5）通斷測(cè)試時(shí)應(yīng)避免地電場(chǎng)變化對(duì)測(cè)試產(chǎn)生的干擾。

（6）在外側(cè)通斷電位差值大于100 mV時(shí)，說(shuō)明該絕緣位置有漏電現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)分析并排查故障原因。

（7）地上型絕緣接頭（法蘭）相較于地下型更能準(zhǔn)確判斷絕緣性能并方便維護(hù)。

1.3 管道斷電電位測(cè)試

獲取管道斷電電位常見(jiàn)的方法有同步通斷恒電位儀和試片法兩種。同步通斷法要求同步通斷施加在管道上所有陰保電源且管道上無(wú)雜散電流干擾，需要多臺(tái)衛(wèi)星中斷器同步進(jìn)行；并且恒電位儀固有的電路阻抗可能會(huì)響應(yīng)較慢，數(shù)據(jù)采集需要響應(yīng)較快的數(shù)據(jù)記錄儀。試片斷電法則應(yīng)用條件更寬松，且優(yōu)點(diǎn)較多，但需要注意以下五點(diǎn)。

（1）針對(duì)所維護(hù)管道防腐層狀況，選擇合適的試片裸露面積。

（2）試片埋設(shè)所處環(huán)境與管道處盡量一致，且土壤沉降完全。

（3）試片安放位置靠近管道中心線偏下，試片裸露點(diǎn)背對(duì)管道本體。

（4）在埋設(shè)試片位置埋設(shè)PVC參比管，且與試片裸露處有相同的幾何中心，并且土壤管中放入可以與參比電極接觸良好的土壤。

（5）選擇合適的通斷周期，至少60次/秒采樣頻率，并確保正確的測(cè)試連線。

1.4 土壤腐蝕性測(cè)試

管道沿線土壤電阻率是陰極保護(hù)系統(tǒng)重要參數(shù)之一，用以評(píng)價(jià)土壤腐蝕性強(qiáng)弱，此外還有腐蝕速率、pH值、氧化還原電位、各種腐蝕性離子種類及濃度等參數(shù)。

南方地區(qū)土壤電阻率會(huì)隨著干濕季節(jié)的交替隨之變化，北方地區(qū)冬季凍土也會(huì)影響土壤電阻率的變化，經(jīng)實(shí)測(cè)冬季凍土環(huán)境的土壤電阻率跟夏季相比有很大的差異，如圖 1所示。

土壤電阻率的變化不僅可以改變陰極保護(hù)電流分布，同時(shí)對(duì)陰極保護(hù)評(píng)級(jí)準(zhǔn)則也有影響（ISO、 GB/T 21447―2008和GB/T 21448―2008有相應(yīng)說(shuō)明）。因此要根據(jù)其變化來(lái)調(diào)整陰保站的輸出，根據(jù)評(píng)級(jí)準(zhǔn)則進(jìn)行陰極保護(hù)評(píng)價(jià)與管理。

1.5 特殊管段測(cè)試

（1）穿跨越管段

首先了解穿跨越管段信息，如穿越方式、是否有 套管（套管材質(zhì)）、陰極保護(hù)狀況、是否有加強(qiáng)陰保等。測(cè)試內(nèi)容包括：①檢查管道本體與套管的絕緣狀況，測(cè)試套管內(nèi)犧牲陽(yáng)極的現(xiàn)役狀態(tài)。②采用試片法測(cè)試與評(píng)價(jià)管涵內(nèi)管道陰極保護(hù)有效性。③大型穿越的管道防腐層電導(dǎo)率以及起止點(diǎn)陰極保護(hù)有效性。

（2）交叉平行管段

了解第三方管道基本信息，明確兩條管道相互位置關(guān)系，檢查是否有屏蔽或相互干擾。并行管道間距應(yīng)至少大于1.5倍管徑，以免陰極保護(hù)屏蔽影響；交叉管道如果有跨接測(cè)試樁，則應(yīng)定期調(diào)試跨接電阻，平衡兩條管道電流分布。

（3）受污染土壤或含微生物管段

如存在硫酸鹽還原菌的土壤應(yīng)按照斷電電位﹣0.95 Vcse的準(zhǔn)則要求測(cè)試評(píng)價(jià)。疑似受污染及含微生物土壤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)。

（4）固定墩位置

檢查固定墩內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是否與管道本體有搭接或者屏蔽，測(cè)試方法同套管與管道絕緣測(cè)試。

（5）受雜散電流干擾管段

雜散電流干擾識(shí)別防護(hù)包括干擾識(shí)別、干擾評(píng)價(jià)、干擾防護(hù)、防護(hù)效果評(píng)價(jià)幾個(gè)環(huán)節(jié)，干擾識(shí)別和評(píng)價(jià)可以同步完成，以地鐵雜散電流干擾為例，典型的地鐵雜散電流干擾管道電位變化如圖 2所示。

試片法測(cè)試斷電電位評(píng)價(jià)干擾狀態(tài)下陰極保護(hù)有效性如圖 3所示。

可以看出，即使管道通電電位有正向和負(fù)向波動(dòng)，但斷電電位一直保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，滿足陰極保護(hù)有效性要求。

1.6 排流設(shè)施測(cè)試

以直流排流器為例，需要檢測(cè)的內(nèi)容有管道直流電位、排流電流、交流電壓、排流地床接地電阻等。測(cè)試接線如圖 4所示。

2 陰保系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)建議

（1）建立良好的陰極保護(hù)絕緣系統(tǒng)是有效運(yùn)行的關(guān)鍵。絕緣位置包含但不限于進(jìn)出站場(chǎng)、閥室、氣液聯(lián)動(dòng)閥、溫控儀表、手動(dòng)閥門、鋼質(zhì)套管、固定墩及管道支架吊環(huán)等。

（2）在陰保站地床位置及長(zhǎng)效參比設(shè)置合理的情況下，根據(jù)不同季節(jié)土壤電阻率變化導(dǎo)致管道沿線IR降的變化，調(diào)整適宜的恒電位儀輸出。

（3）密切關(guān)注第三方管道、電氣化鐵路以及高壓輸電設(shè)施對(duì)管道可能產(chǎn)生的雜散電流干擾，必要時(shí)開(kāi)展專項(xiàng)測(cè)試評(píng)估、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并制定適宜的防護(hù)措施。

（4）對(duì)特殊管段可能產(chǎn)生的屏蔽、干擾應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注和增加檢測(cè)頻次。

（5）定期開(kāi)展腐蝕速率檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作，特別是特殊管段位置。

3 結(jié)束語(yǔ)

良好的陰極保護(hù)系統(tǒng)可以極大地減少腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)管道使用壽命，增強(qiáng)管道安全。管道陰保系統(tǒng)的專業(yè)化管理要從陰保附屬設(shè)施的完整性、陰極保護(hù)有效性、沿線土壤腐蝕性、雜散電流干擾等方面，對(duì)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行定期檢測(cè)與評(píng)價(jià)，制定經(jīng)濟(jì)科學(xué)的防護(hù)措施。循環(huán)開(kāi)展檢測(cè)工作和調(diào)試維修工作，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)閉環(huán)管理，以期最終形成一套穩(wěn)定可靠、運(yùn)行良好的陰極保護(hù)系統(tǒng)。

作者：鄒德龍，上海道盾科技股份有限公司壓力管道檢驗(yàn)員。

2019年第4期（總第47期）