張騰蛟

摘 要：陰極保護技術(shù)是解決長輸管道外腐蝕問題最為經(jīng)濟有效的方法，分為犧牲陽極法和強制電流法，通過使電極電位從原平衡電位向負偏移，使金屬進入免蝕區(qū)，從而對金屬管道實現(xiàn)保護。對長輸管道進行陰極保護由于需要電流量較大，所以通常采用強制電流法。在城市化急劇擴張和經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，長輸管線周圍新建了電廠、變電所、高壓輸電線、地鐵以及高速鐵路等，許多地方和管線出現(xiàn)并行或者交叉情況，對管道的陰極保護系統(tǒng)干擾很大。針對陰保電位屏蔽、雜散電流干擾等問題，提出了補加犧牲陽極、合理選擇排流方式等解決措施。

關(guān)鍵詞：陰極保護技術(shù)；長輸管道外腐蝕；犧牲陽極法；強制電流法；雜散電流干擾

某長輸埋地管道由于受外界干擾、防腐蝕層破損等原因，管道陰保電位出現(xiàn)欠保、過保及異常波動的現(xiàn)象。采用Fluke數(shù)字萬用表、直流電壓梯度測量法等埋地管道非開挖無損評價技術(shù)，對陰極保護系統(tǒng)進行了全面檢測和診斷。結(jié)果表明，管道沿線測得的陰保電位有些超出了陰保電位準則范；有些管段陰保電位頻繁異常波動；防腐蝕層檢測出多處破損點，而且部分腐蝕活性呈陽性。雜散電流對陰極保護系統(tǒng)的的干擾問題成為目前研究的熱點，特別是交流雜散電流對陰保系統(tǒng)的干擾以及對管道的腐蝕行為，將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于管道和儲罐的陰極保護領(lǐng)域，得到了陰極保護電位的分布影響規(guī)律，為陰極保護研究提供了一種新的手段。

1 管道陰保系統(tǒng)檢測方法

1.1 管道介紹

被檢測管道為長距離埋地鋼質(zhì)管道，常溫密閉輸送天然氣，所用管材為L360，無縫埋弧焊接，管線外防腐蝕采用防腐蝕涂層和陰極保護的聯(lián)合防腐蝕方式。外防腐蝕涂層采用環(huán)氧粉末（FBE），陰極保護系統(tǒng)采用近陽極強制電流保護方式，在管線兩端分別設(shè)置兩個陰保站，為管道提供陰保電流。該管道沿線地形非常復(fù)雜，多處穿越道路、碼頭、河流，測量難度較大。

1.2 管道檢測的參考標準

參考標準GB/T 21246 - 2007《埋地鋼制管道陰極保護測量方法》，其中對于管地通斷電位、土壤電阻率、防腐蝕層絕緣電阻率等相關(guān)參數(shù)，以及對相關(guān)的管道檢測設(shè)備包括數(shù)字式萬用表、LIPS/DCVG，PCM等檢測設(shè)備的使用操作和數(shù)據(jù)處理都做了明確規(guī)定參考標準SY/T0017一2006《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術(shù)標準》，直流雜散電流干擾檢測，對干擾源側(cè)與被干擾管道側(cè)兩方面的調(diào)查測試：管地電位較管道自然電位正向偏移20mV；地電位梯度大于0.5 mV/m，確認為直流干擾。當管道任意點的管地電位比自然電位正向偏移超過100mV或者地電位梯度超過2.5 mV時，管道應(yīng)該及時采取直流排流保護或者其他防護措施。電位負向偏移不做規(guī)定，但是不應(yīng)超過管道采用防腐蝕層的陰極剝離電位。

參考標準SY/T 0032一2000《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護技術(shù)標準》，當管道上的交流干擾電壓不高于4V時，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時，應(yīng)采用交流電流密度進行評估，測試點處于管道埋深相同的土壤電阻率實測值；d 值按發(fā)生交流腐蝕最嚴重考慮，取 0.0113。管道受交流干擾的程度判斷指標。

2 陰極保護系統(tǒng)問題診斷與分析

2.1 恒電位儀輸出參數(shù)異常波動

長輸埋地管道兩端分別設(shè)有一座陰極保護站，采用強制電流方式對管道進行保護。陰極保護系統(tǒng)采用高硅鑄鐵近陽極地床，利用Fluke289數(shù)字萬用表對其中一座陰保站的恒電位儀輸出電壓進行24 h檢測的結(jié)果。測試結(jié)果表明，恒電位儀輸出電壓波動頻繁且幅度較大，波幅在6. 0-12. 0 V之間，判斷陰保站周圍存在較強的干擾源。對異常波動的時間分析發(fā)現(xiàn)，陰保系統(tǒng)白天比晚上受外界干擾的情況更復(fù)雜。

2.2 管道陰保電位異常

對套管對地電位進行測試，結(jié)果表明有陰保電流流入套管和被保護管道，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)含有導(dǎo)電成分，不存在絕緣層屏蔽；套管和工作管線通過電解質(zhì)發(fā)生電性連接，穿越套管的短路分流是造成被保護管線陰保電位欠保護的原因。設(shè)計的埋地管道和保護套管之間是干燥絕緣的，但是水有時通過有殘缺的密封端頭進入套管，或是由通氣孔進入套管的空氣中凝結(jié)水氣。管線和套管間積存的水和其他電解質(zhì)導(dǎo)致兩者產(chǎn)生電性連接，從而造成陰保電流分流，被保護管線得不到有效保護。在施工階段，涂覆的管線被推入套管時，管線涂層很可能被損壞，由于套管與管道間的空間比較狹小，所處位置又不能定期開挖維修，所以存在較大的腐蝕安全隱患。根據(jù)測得地電位梯度的正負可以判斷雜散電流的流向，對周圍環(huán)境進行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，沿雜散電流來流方向500 m處，建有一座大型電廠，是造成陰保電位異常波動的干擾源。

3解決方案

3.1 保護套管電屏蔽

由于保護套管和輸油管道發(fā)生電性連接，短路分流導(dǎo)致輸油管道陰保電位欠保護，需要采用局部陰極保護方法來補充陰保電流，從而使套管內(nèi)輸油管道的斷電電位較保護電位更負。采用在套管內(nèi)的管段焊接帶狀陽極和鐲式陽極的犧牲陽極方式對被屏蔽段進行陰極保護。帶狀陽極主要有帶狀鎂陽極和帶狀鋅陽極兩種。由于帶狀陽極體積小，且內(nèi)部設(shè)有加強鋼芯，具有一定的柔軟性，可以沿管線纏繞在管壁四周。在應(yīng)用于套管內(nèi)管道的陰極保護時，可將帶狀陽極直接繚繞于管道的外表面，并每隔一段進行一次點焊。這樣當套管內(nèi)進水或其他的腐蝕介質(zhì)時，帶狀陽極就會對管道起到保護作用。

3.2 外界雜散電流干擾

雜散電流是指沿著非指定電力通路流過的電流，流入埋地管線的地方帶負電，成為陰極區(qū)，一般不會受到受到腐蝕影響，但是若電位值過負，金屬管線表面會發(fā)生析氫反應(yīng)，造成此區(qū)域防腐蝕層的剝落。流出管道的部位帶正電，成為陽極區(qū)，在雜散電流的作用下，陽極區(qū)域會發(fā)生激烈的電化學反應(yīng)，從而造成埋地管線的電化學腐蝕侵害。雜散電流可以分為靜態(tài)干擾和動態(tài)干擾。靜態(tài)干擾源包括：鐵路信號電池、高壓直流電接地極、陰保系統(tǒng)整流器、電廠、變電站等。動態(tài)干擾源包括：直流焊接、交直流鐵路、氯化物鋁廠、太陽黑子活動等。

3.3直流焊接作業(yè)干擾

當電焊動火時，電流除了在管道中流動外，還會從管道泄漏到大地，在大地中的各種金屬物體上流動，然后再回到電源系統(tǒng)。這部分泄漏出來的電流可能成為對陰保系統(tǒng)造成干擾的雜散電流。直流焊機一般用低氫型堿性焊條焊接，常用于高強度鋼焊接，直流弧焊常用于不銹鋼、欽合金等材料焊接。對電焊過程中雜散電流的防護應(yīng)從以下兩個方面著手：一是從源頭上控制雜散電流的形成，讓回路中的電流全部流回電源的負極，不向地下泄漏，即在電路和地之間采取有效的絕緣，控制和減少雜散電流形成的數(shù)量；二是對產(chǎn)生的雜散電流采取排流措施來降低雜散電流對埋地金屬管線的腐蝕危害。

參考文獻：

[1]唐德志， 杜艷霞， 路民旭，等. 埋地管道交流干擾與陰極保護相互作用研究進展[J]. 中國腐蝕與防護學報， 2013， 33（5）：351-356.