張遂

西部管道甘肅輸油氣分公司武威維搶修隊

 

摘要：腐蝕是導致油氣管道失效的重要因素。陰極保護是延緩管道腐蝕的主要技術手段。通過識別并行管道陰極保護系統失效類型，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措施，并行管道陰極保護有效率提升至98.65%，超過目標要求。

關鍵詞：并行管道；腐蝕；陰極保護；陽極地床；參比電極

 

根據GB/T 21448―2017 《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》及陰極保護系統實際運行要求，當陰極保護系統對地電位穩定保持在﹣0.85 VCSE～ ﹣1.20 VCSE時，才能有效保護管道免受腐蝕損壞，公司要求陰極保護有效率達98%以上。經現場實測，兩條并行敷設管道（以下簡稱管線1、管線2）中管線1陰極保護電位達標率為88.5%，未達到要求。通過檢測分析并行管道陰極保護不達標原因以采取針對性解決措施，維護管道安全平穩運行。

1  并行管道陰極保護失效原因分析

1.1  管道防腐層破損

管道防腐層破損失效會導致防腐層絕緣電阻下降，陰極保護系統恒電位儀自動增大輸出，造成陽極電位偏移。為定量分析管道防腐層破損對陰極保護造成的影響，模擬制作多個管線1防腐層破損點進行實驗，結果如表 1所示。

表 1 防腐層破損點對應陽極場電位正向偏移統計表

實驗表明，管線1防腐層破損點會導致陰極保護系統陽極電位偏移，最大偏移10 mV，對陰極保護有效率影響有限。

1.2  陽極場金屬屏蔽

為驗證陽極場金屬屏蔽對并行管道的實際影響，人為屏蔽陽極場，現場測量陽極場電位正向偏移值，驗證與并行管道陽極地床電位偏移數學相關性。

表 2所示為管線1、管線2與陽極場金屬屏蔽的電位偏移關系，依據直流雜散電流排流標準，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 并行管道陽極場金屬屏蔽影響對比

陽極電位計算公式采用工程可接受的簡化數學公式：

依據式（1）建立如圖 1所示數學模型，分析陽極場金屬屏蔽與管道電位關系。

圖 1 陽極場金屬屏蔽與管道電位數學模型

從圖 1可以看出，陽極場受金屬屏蔽后不僅與陽極干擾電位具備數學相關性，且陽極干擾電位偏移大于100 mV，表明陽極場金屬屏蔽會對陰極保護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據收集不準確，恒電位儀輸出不穩定最終造成陰極保護系統失效。受周邊復雜空間電場影響，參比電極存在明顯的直流干擾。采用由遠及近，再由近至遠的方式測量并行管道參比電極測點處電壓偏移值并進行定量分析，結果如圖 2所示。建立空間電場變化對參比電極干擾模型如圖 3所示。

圖 2 并行管道參比電極測點處陽極干擾電壓正向偏移值

圖 3 空間電場對參比電極干擾影響模型

可見，參比電極受直流及空間電場干擾是影響管道陰極保護有效率的重要因素之一。

2  并行管道陰極保護有效率提升措施

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電位分布規律入手，考慮土壤電阻率，淺埋地床埋深等因素，建立地床輸出電流、陰極保護系統管道保護距離及保護電位三者關系的空間模型，如圖 4所示。

圖 4 空間電位分布側視模型

分析發現，受管線1金屬屏蔽影響，管線2電位呈兩種情況分布。屏蔽側與非屏蔽側管道陽極地床干擾分別呈現電位正向偏移及負向偏移趨勢。屏蔽體電位處于有效保護且連續可調的范圍內，如圖 5紅線所示。

圖 5 屏蔽體電位處于有效保護且連續可調示意圖

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，補充并行管道保護電流。

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

圖 6 并行管道電連通及陰極保護電位測試曲線

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干擾，參比極化探頭直接與并行管道近距離埋設，減少參比電極直流干擾。同時為消除雜散電流干擾，將兩條并行管道排流裝置導通，實現共用排流裝置[2]，消減直流干擾。

2.3  提升效果

通過實施綜合措施，并行管道陰極保護有效率達到了98.65%（圖 7），超過公司98%目標要求。

圖 7 提升措施實施后電位偏移檢測結果

3  結論

提升陰極保護系統有效率需要綜合考慮并行管道金屬屏蔽、空間電場分布等現場實際影響，將兩條并行管道作為一個整體考慮，采取針對性解決措施使并行管道陰極保護系統正常有效，確保油氣管道安全平穩運行。

 

參考文獻：

[1]徐子洋.探討輸氣管道陰極保護問題及解決對策[J].當代化工研究，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，2018，41(04)：94-99. 

作者簡介：張遂，1984年生，大學本科，工程師，現從事管道壓縮機、機泵及關鍵設備檢維修工作。聯系方式：18628866822，zhangxu85994747@163.com。