徐藝峰

摘要：針對輸氣管道陰極保護管中電流的分布規(guī)則，利用數(shù)值模擬方式在不同陰極保護站間距下的瀝青石油以及3PE的防腐處理下，計算管道的陰極保護數(shù)據(jù)，按照參數(shù)結(jié)果探討了管道沿線區(qū)的電流密度值、管中的電流和形成管內(nèi)阻電壓降的關(guān)聯(lián)分布規(guī)則，進一步對管道斷電電位和IR降研究分析。

關(guān)鍵詞：管道;陰極保護;數(shù)值模擬

控制輸氣管道工程腐蝕問題的基本技術(shù)手法為陰極保護長效功效以及防腐層完整功效的測試。這中間最核心的是密間隔電位檢測技術(shù)的應用。這項技術(shù)不僅可以應用于斷電電位標準評判陰極保護的有效功能性，還可以幫助地表電位梯度檢測到防腐層的破損位置。當前根據(jù)不同的管道工程檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)信息表明，3PE防腐層處理后的陰極保護電位曲線與其他方式的防腐層的曲線分布規(guī)則有不同。隨著陰極保護數(shù)值模擬技術(shù)的進步和發(fā)展，利用其技術(shù)對陰極保護電位曲線分布規(guī)律的分析和測試，進行了相應嘗試，應用陰極保護數(shù)值模擬的軟件對相關(guān)的問題進行了分析研討和數(shù)值模擬計算。

1數(shù)值模擬計算方式

1.1確定模擬尺度和計算數(shù)據(jù)

輸氣管道多則數(shù)千公里，我們先要設(shè)定陰極保護數(shù)值模擬的最小尺度，起保護作用的恒電位儀在每個站場的沿途設(shè)立，首位或末位恒電位儀只對上下位置有保護作用，中間站的對兩邊及上下都有保護作用，因此，中間站的陰極保護反映規(guī)律分析更適合。把2個陰保站縮為最小尺度模型制作。選用一個陰保站和兩邊半個站間距的管道設(shè)計制作最小尺度模型，進行相應的模擬運算。選用一個站間距和兩邊半個站間距的管道運算，可以展現(xiàn)一個站間距管道設(shè)施的電位分布情況。

經(jīng)過現(xiàn)場試驗，選用3PE防腐層以及石油瀝青電阻值比較低的防腐層進行對比，兩類防腐層的保護電流密度是每平米兩微安以及每平米0.2毫安，選用的站間距是100千米和50千米，選用三組電阻率分別為20歐、100歐、1000歐的土壤，進行相應的電位運算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20歐和100歐的土壤電阻值情況下的電位運算差異性極小，但是到1000歐電阻值的土壤情況下，管道的沿線區(qū)域電位分布變化就有了急劇上升趨勢，為減少相關(guān)影響因素，選用了100歐的電阻值土壤進行相關(guān)運算。

1.2運算結(jié)果

按照數(shù)據(jù)制作模型，獲得兩類防腐層管道設(shè)施的電位分布情況，3PE的管道區(qū)域電位降約為50微伏，石油瀝青類型的大約是250微伏。管道沿線區(qū)域是管道末端位置到接近陰保站陽極的位置，管道末尾是有陰極保護電流通過的位置，管內(nèi)電流為零。

2對電流密度與管道內(nèi)阻電壓降的研討

2.1管道沿線區(qū)域電流密度的解析

通常認同，埋地管道的陰極保護電流通過遠地地表在管道上是均勻分散的，這一結(jié)果通過3PE管道陰極保護的計算方法得到了證明。計算結(jié)果表明3PE管道沿線區(qū)域是因為管內(nèi)電流引發(fā)管道電壓降原因?qū)е碌碾娢徊町愋?，管道沿線區(qū)域的陰極保護電流密度大致相同。然而，相對電阻值低的石油瀝青類防腐層管道設(shè)施，它的陰極保護結(jié)果卻不同于這個分布規(guī)律。我們分析這個問題，首先，3PE防腐層的管道陰極保護效果不是在任何情況都是均勻分布的，相等的保護數(shù)值情況下，當3PE管道陰極保護的站間距隨著增加，它管道尾端位置的電位也隨之越正，最終的情況是站間距過于長，管道末端的自然電位就得不到保護舉措了。數(shù)據(jù)模擬運算200千米站間距的3PE防腐層管道的陰極保護測試結(jié)果顯示，有其他影響數(shù)值一定的情況，管道末端的保護和通電點位置的保護電流密度能有兩到三倍的差別，這充分說明只能是恰當?shù)年帢O保護站間距才會有均勻的電流密度和電位分布規(guī)律。

因此，輸氣管道陰極保護站間距的數(shù)值與防腐層絕緣性能數(shù)值互相配比時，就會產(chǎn)生管道沿線區(qū)域電流密度和電位的均勻分布，其中，防腐層類別影響管道的電位分布曲線，在實際工作中，沿線區(qū)域的地床土表電阻值多少以及防腐層不同類型和質(zhì)量問題都會有變化影響到現(xiàn)場電位分布情況。

2.2管道內(nèi)阻電壓降的簡析

管道電勢與地電勢的差就是管地電位。管道未作業(yè)沒有陰極保護時，管道電勢數(shù)值為零，施行保護效果后，末端位置沒有保護無電流通過管道電勢數(shù)值為零，接近通電點位置越近，管內(nèi)電流越大，從電勢數(shù)值為零累計的電勢降隨之增加，管道電勢隨之越負。測試的管道設(shè)施的某個管地電位包括管內(nèi)的積累電勢降，呈現(xiàn)管道電位越負越接近通電點位置的分布變化。

防腐層的電阻值比較高的情況下，電流密度又比較小時，是因為管中電流產(chǎn)生的內(nèi)阻電壓降引發(fā)的管道沿線電位差異。防腐層的電阻率比較低，電流密度比較大并站間距比較長的情況下，管道沿線區(qū)域的電流密度有比較大的差異，這是因為電流密度差異引發(fā)極化差異現(xiàn)象導致管道沿線區(qū)域電位分布變化。管道沿線區(qū)域電位分布變化的原因還可能是，防腐層管道設(shè)施電阻值低的情況，需要較大的保護電流才可以被保護到位，而較大的保護電流會形成管內(nèi)阻電壓降和較大的電流現(xiàn)象。

對于瀝青類型的電阻率比較低的防腐層處理測試表明，管道的通斷電位中的IR在200到300毫伏之間，IR值大就會接近通電點位置，管內(nèi)阻電壓降也相同，越是接近通電點位置隨之增加。

IR降是防腐層電阻和電流密度的乘積，可以對防腐層質(zhì)量標準有效評斷，但具體操作中，要對管道通電點位置遠離。

結(jié)束語

結(jié)果表明，3PE防腐層管道的電位分布曲線變化在100千米的站間距，每平方米兩微安電流密度等方面的情況下極小，并沿線區(qū)域的電流密度均勻分散，接近相等。管道陰極保護的站間距數(shù)值與防腐層絕緣性數(shù)值互相配比時，在管道沿線區(qū)域分布比較均勻，達到最佳保護目的。石油瀝青類的防腐層與3PE防腐層管道相比，因為石油類防腐層的處理沿線區(qū)域電位分布曲線呈漏斗狀態(tài)，3PE防腐層的管道沿線區(qū)域分布情況是大致平緩的走向，這些原因?qū)е铝耸蜑r青的防腐層管道設(shè)施站間距保護效果比較長，優(yōu)于3PE防腐層管道設(shè)施。當管道獲得陰極保護的時候，管道內(nèi)電流在其中會產(chǎn)生內(nèi)阻電壓將現(xiàn)象，電壓降越大，表示與通電點的距離越近，在斷電測試時此電壓降能否消失還有待進一步證實。

參考文獻：

[1]減少鋼制彎管防腐層脫落幾率[J].楊再忠. 全面腐蝕控制.2016（12）