山區管道應用陰極保護技術常見問題及解決措施

冉箭聲，寧海春，魯勝偉，田燁瑞，黃明奎

(中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川宣漢 636156)

山區管道應用陰極保護技術常見問題及解決措施

冉箭聲，寧海春，魯勝偉，田燁瑞，黃明奎

(中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川宣漢 636156)

文章論述了某氣田山區管道應用陰極保護技術過程中所遇見的電位不達標、漏電、長效硫酸銅參比電極損壞、恒電位儀與SCADA系統不匹配、陽極電纜斷、陰極保護自動監控不能測試斷電電位等問題產生的原因，并針對出現的問題采取了相應措施:①解決了電位不達標;②長效硫酸銅參比電極損壞;③恒電位儀與SCADA系統不匹配;④陽極電纜斷;⑤管道穿、跨越桁架漏電;⑥管道外防腐層漏電;⑦陰極保護自動監控不能測試斷電電位的問題。同時提出了在山區建設陰極保護工程須要注意的問題，對其它山區管道應用陰極保護技術杜絕發生類似問題具有借鑒作用。

氣管道 陰極保護技術 解決措施

根據《石油天然氣管道保護條例》和《含硫天氣然管道安全規程》SX6457－2000等標準條例要求，對長輸石油、天然氣管道外防腐蝕必須采取陰極保護技術。長輸管道一般采取的是外加電流陰極保護技術。

某氣田管道外防腐蝕設計采取的是3PE防護層加外加電流陰極保護技術。

1 常見問題

某氣田管道陰極保護系統設計初衷是考慮管道地處山區，地形復雜，39 km管道又分別處于3座大山上，管理難度大，于是采取了自動監控的現代化管理模式。但氣田陰極保護系統工程建成投運后出現了一些問題，主要表現在以下幾方面:

1.1 電位不達標

根據設計要求，氣田39 km管道設計有30個智能測試樁，要求在陰極保護服務器上通過控制恒電位儀實現在通電12 s和斷電3 s的情況下，30個智能測試樁保護電位都應達到－0.85～－1.15 V(相對于飽和硫酸銅參比電極)。但陰極保護系統投運初期，由于部分進出站場的管道安裝的絕緣法蘭(接頭)存在漏電現象，同時進出閥室的管道未嚴格按《埋地鋼質管道強制電流陰極保護設計規范》SY/T0036－2000標準，安裝絕緣法蘭，也未進行陰極保護電連續性的跨接，因此造成漏電，從而使30個智能測試樁只有僅僅幾個在通電12 s和斷電3 s的情況下達到了設計要求的標準，這種現象就說明了整個陰極保護系統對管道外壁保護的效果不理想。

1.2 漏電問題

由于在山區施工經驗不足，從而造成陰極保護系統投運后出現了諸多漏電部位，如:部分進出站場的管道之間安裝的絕緣法蘭(接頭)漏電;進出閥室的管道未安裝絕緣法蘭，從而造成閥門直接接地漏電;進出閥室的管道與保護管道的穿墻套管之間絕緣不好，造成管道與套管搭接漏電;管道穿、跨越支架處防腐蝕層破損而又沒有墊絕緣膠皮致使漏電;管道外防腐蝕層在施工中破損沒有修補就回填造成漏電等等。

1.3 長效硫酸銅參比電極損壞問題

根據設計要求，在30個智能測試樁下面都埋設有1支長效硫酸銅參比電極，其目的就是自動測試管道保護電位最后傳入陰極保護服務器進行自動監控管理。但在陰極保護系統投運后的檢測過程中發現有近半數在測試樁下埋設的長效硫酸銅參比電極損壞后也埋入了地下，沒有起到設計要求的作用。判斷測試樁下埋設的長效硫酸銅參比電極是否損壞的方法是通過與便攜式硫酸銅參比電極通過測試電位值進行對比判斷。若測試樁下埋設的是損壞的長效硫酸銅參比電極，那么人工去測電位時，要么測不出電位值，要么測電位時數值飄浮不穩定或者與便攜式參比電極測試數值誤差大于100 mV以上。損壞的長效硫酸銅參比電極在人工測電位值出現的這些現象，在挖出埋設的長效硫酸銅參比電極后得到了驗證。

1.4 恒電位儀問題

恒電位儀是陰極保護的重要設備。某氣田陰極保護系統所使用的是開關型恒電位儀，由于所用恒電位儀與SCADA系統不匹配，恒電位儀只能在SCADA系統A環通信裝態下進行通斷電電位測試監控，但在SCADA系統B環通信裝態下卻不能進行斷電電位測試監控。同時恒電位儀本身也出現過因儀器內部線路故障在恒電位模式不能正常工作的問題。還有就是因埋設的長效硫酸銅參比電極損壞，造成恒電位儀實際在匯流點測得的給予管道的保護電位值與儀器面板顯示的保護電位值不一致的問題。

1.5 陽極電纜斷的問題

由于氣田地處山區，陽極地床埋設地較難選擇。因此，在陰極保護系統投運后，曾在2個陰極保護站發生過因下大雨漲水而沖斷陽極電纜的問題。陽極電纜斷在恒電位儀上顯示的現象就是超額定輸出電壓，輸出電流為零。

1.6 管道穿和跨越桁架漏電問題

氣田39 km管道共穿、跨越桁架32處。在陰極保護系統投運后，通過檢測發現在穿、跨越桁架管道固定卡與管道之間因絕緣的橡膠板脫落造成多處存在漏電問題。

1.7 管道外防腐蝕層漏電問題

氣田陰極保護系統投運后，通過采取PCM檢漏儀對管道外防腐蝕層進行檢漏證實，管道外防腐蝕層漏電超過10處。

1.8 陰極保護自動監控問題

氣田陰極保護系統投運后，按設計要求應達到完全自動監控的目的。但實際情況卻出現了智能測試樁測試的電位值不能傳入站控室PLC或線路截斷閥室RTU的問題;智能測試樁測試的電位值與實際測試的電位應該一致卻出現較大誤差的問題;部分電位數據不能從SCADA系統傳入到陰極保護服務器的問題;因恒電位儀與SCADA系統不匹配，恒電位儀只能在SCADA系統A環通信裝態下進行斷電電位測試監控，但在SCADA系統B環通信裝態下卻不能進行斷電電位測試監控。

2 存在問題的解決方法與措施

(1)首先對氣田整個管道的站場、閥室及穿、跨越桁架等處全面采取了PCM防腐蝕層檢漏、絕緣法蘭(接頭)絕緣性能測試、密間隔電位測量(CIPS)等技術手段進行了管道漏電情況調查，然后對查找出漏點的部位進行了針對性的整改治理。①對絕緣法蘭(接頭)的漏電問題，采取的方法是重新測試合格的新絕緣法蘭(接頭)，合格后進行更換處理。或者在漏電的絕緣法蘭(接頭)部位(被保護管道)邊增加1組犧牲陽極來提高電位以彌補漏電損失。②管道閥室閥門漏電采取在閥門直接與地接觸處增加絕緣橡膠片。判斷管道與穿墻套管是否搭接可通過分別測試其電位的辦法進行判別。在管道陰極保護系統運行時，如果測試的管道電位與套管電位接近或一樣，則說明它們之間存在搭接，若測試的套管電位與自然電位接近且與管道電位差距較大，則說明它們之間絕緣良好。對管道與穿墻套管搭接的閥室的漏電問題，采取的是開挖后按設計標準重新進行管道與套管之間的絕緣處理來解決管道通過套管的漏電問題。同時還采取了對進出閥室的管道進行陰極保護電連續性的跨接。③對穿、跨越桁架管道固定卡與管道之間因絕緣的橡膠板脫落造成的漏電問題進行了重新添加絕緣橡膠板的辦法來解決。④對由PCM檢漏發現的外防腐蝕層漏電點，采取開挖后重新按標準修復并檢測合格后重新埋設。

通過對管道上存在的漏電問題的處理，使氣田設計的30個測試樁保護電位值由投產時幾個點達到標準到治理后全部達到標準。

(2)采取人工測試的辦法，用便攜式硫酸銅參比電極與長效硫酸銅參比電極進行電位測試比較。如果二者之間測試電位值接近，則說明長效硫酸銅參比電極無問題;若二者之間電位值差距大或長效參比電極測不出電位或測試時數據不穩定飄浮，就說明長效參比電極存在問題須開挖更換。

(3)對于上述恒電位儀存在的問題，屬于恒電位儀廠家的問題由廠家解決。恒電位儀和SCADA系統不匹配問題，由氣田組織設計、恒電位儀廠家等討論后，最后采取通過RJ45端口接入站場站控室通信以太網而不進入SCADA系統，最后上傳至陰極保護智能監測系統進行監控并實現同步通斷電位測量。

(4)對因下大雨漲水沖斷的兩個陰極保護站的陽極電纜，采取了由過去的埋地改為架空的更換處理。

(5)對管道檢測發現的穿、跨越桁架管道固定卡與管道之間因絕緣的橡膠板脫落造成的漏電問題進行了重新更換解決。

(6)對管道外防腐蝕層由PCM檢漏發現的漏電點進行了開挖驗證，并對損壞的防腐蝕層重新修復合格后進行了回填。

(7)由于智能測試樁處于露天環境，而氣田所處的山區環境又多雨潮濕，因此測試樁自動監測電位的數據傳輸電器元件，極大可能受到傷害而影響傳輸效果。因此，首先就將測試樁自動監測電位的傳輸系統改入室內，然后將自動監測數據改為通過RJ45端口接入站場站控室通信以太網而不進入SCADA系統，最后再上傳至中控室陰極保護智能監測系統進行監控并實現同步通斷電位測量。

3 結論

地處山區的管道陰極保護系統工程的建設有別于平原地區，由于山區特殊的地理環境，再加上陰極保護系統工程建設對施工質量的嚴格要求，因此，山區管道進行陰極保護系統工程建設應注意以下幾個方面的問題:

(1)要加強對易出現漏電的絕緣法蘭(接頭)、管道與穿墻套管、管道與穿越公路、河流的套管之間、管道閥室閥門、穿和跨越桁架管線固定卡與管道之間、管道外防腐蝕層等的施工質量的監管，確保施工質量合格，杜絕漏電問題的存在。

(2)如果采取智能測試樁自動測試管道電位，則在施工中要確保智能測試樁下埋設的長效硫酸銅參比電極不被損壞。

(3)恒電位儀是陰極保護的重要設備，無論管道陰極保護是否采取自動監控，對恒電位儀的產品質量一定要嚴格把關符合設計要求的標準。

(4)陰極保護工程原理簡單，但對施工質量要求高，如:陽極地床點的選擇和施工、陰極電纜匯流點的連接施工、絕緣法蘭(接頭)的安裝等，都是陰極保護工程質量要求的重點，須加以特別重視。

(5)對陰極保護站出站管道處應設置1個電位測試樁，這樣有利于通過測試電位值很方面的判斷陰極保護站內是否存在漏電問題。同時，對穿越公路、河流的管道兩邊也應各設置1個電位測試樁，這樣通過測試兩邊電位值的變化，會很方面的知道管道穿越公路、河流后是否存在漏電問題。

(6)山區管道陰極保護系統如果采取自動監控管理的辦法，就應采取獨立信號傳輸的辦法進行，不要與其它系統相關聯，否則易導致出現問題后發生扯皮推諉現象。

(7)山區管道陰極保護系統工程的建設，甲方應把其作為一個獨立的工程采取全部承包的方式進行，這樣甲方既省事也減少了建設階段和后期服務過程中出現的許多相互之間扯皮現象的發生。

Technical Problems in Cathodic Protection of Mountainous Pipelines and Solutions

Ran Jiansheng，Ning Haichun，Lu Shengwei，Tian Yerui，Huang Mingkui
(SINOPEC PetroChina Henan Oil Field Puguang Company，Xuanhan，Sichuan 636156)

The causes of off－specification of voltage，electric current leakage，damage of long－efficiency copper sulfate reference electrodes，non－matching of constant potentiometer with SCADA system and failure of cathodic protection monitoring system to monitor the voltage at power－on and power－off conditions were studied.The effective measures were adopted and problems were solved such as off－specification of voltage，electric current leakage，damage of long－efficiency copper sulfate reference electrodes，non－matching of constant potentiometer with SCADA system and failure of cathodic protection monitoring system，breaking of anode cables，electric current leakage of pipeline crossing structures，electric current leaking of corrosion protection coating of pipeline and problems in automatic monitoring system of cathodic protection.The precautions in construction of cathodic protection system in mountainous area were presented，which provide a good reference for application of cathodic protection in other mountainous pipelines and for the elimination of the similar problems.

gas pipeline，cathodic protection technology，solution

TE988.2

A

1007－015X(2012)04－0031－03

2012－02－ 23;修改稿收到日期:2012－05－30。

冉箭聲，1996年7月畢業于管道職工學院防腐蝕專業，工程師，目前在從事天然氣采氣技術管理工作。E-mail:luseny73@163.com。

(編輯 寇岱清)