用試片法測量管道的極化電位

馬彥昌,李國興,楊會香,馮紅臣

(1.河北石油職業技術學院,065000；2.管道局第四工程分公司,221008；3.黃驊市瑞晨防腐材料有限公司,061100)

0 引言

隨著人們對陰極保護理論認識的提高，現在，從業者大多都知道，判斷管道陰極保護是否充分或是否有過保護，依據的是管道的極化電位，即斷電電位。然而，在某些情況下，作用在管道上的所有電流源是沒有辦法同步中斷的，如犧牲陽極保護管道。即便是陰極保護系統可以同步中斷，如GPS同步的外加電流電源的同步中斷，但由于管道不同位置的極化程度不同，所以，電源中斷后，管道各部位之間的長線電流也無法消除，這也會給斷電電位測量帶來誤差，研究發現，該誤差在10-30mV之間。用地的緊缺造成多條管道、高壓輸電線路、電力機車系統經常公用一個走廊，各種電氣化設施以及各條管道的陰極保護系統電源都會成為干擾源，而同步中斷這些干擾源更是不可能的。這就給管道極化電位的測量帶來了困難。為克服這些環境因素帶來的困難，古老的試片法又重新得到人們的關注，而用試片法進行管道斷電電位的測量也得到了進一步的研究。

1 測量原理

眾所周知，管道的腐蝕會發生在防腐層缺陷點處，如果防腐層是完整的，管道不會腐蝕。我們真正關注的是管道防腐層缺陷點處的保護水平。為了測量到防腐層缺陷點處的保護電位，我們用試片來模擬管道防腐層缺陷點。該試片平時通過測試樁與管道連接，得到同樣的陰極保護。測量時，瞬時從管道上斷開，這樣，就可以測量到試片的斷電電位而不需要對管道上的所有電源進行中斷。試片的電位就是同一位置，同樣大小的管道防腐層缺陷點處的保護電位。該方法同時消除了雜散電流、長線電流等各種干擾因素的影響，可也得到較為準確的保護電位。

2 測量方法

2.1 試片法斷電電位測量有兩種形式，一種是將參比電極與試片組裝在一起，稱為極化探頭；另一種是將試片固定在參比管上，利用便攜式參比電極進行測量，稱為參比管試片法。當使用試片時，參比電極中的電解液會逐漸滲漏直至參比電極失效，同時，滲漏出來的電解液會改變試片所處環境，當硫酸銅電解液與試片接觸時，會發生置換反應，試片表面被銅覆蓋，改變了其極化特性，參比電極電位漂移時也不易察覺。采用參比管，由于參比管的屏蔽作用，利用便攜式參比電極在地表就可以進行測量，避免漏液帶來的問題。

2.2 試片面積的選擇，試片的面積根據防腐層類型、施工質量、管道所處環境及建設年限確定，試片的面積一般在6.5～50cm2之間。如果試片面積太小，它與土壤的接觸電阻和管道涂層缺陷處差異過大，腐蝕特性也會不同。如果試片電位測量說明該點保護滿足規范要求，只代表管道上涂層缺陷點面積小于試片面積的漏點滿足保護要求，不說明涂層缺陷點面積大于試片面積的涂層缺陷點保護是否充分。

2.3試片的埋深及回填狀態與管道相同。在測量之前，應確認陰極保護運行正常，試片與管道已連通，管道和試片充分極化。測量中，將直流數字電壓表的正極接試片，負極接硫酸銅參比電極。測量并記錄試片的通電電位。

2.4 將試片與管道斷開，立即測量并記錄試片的斷電電位。所測得的斷電電位，代表埋設點附近與試片同等面積防腐層缺陷點處的極化電位。所測量的試片斷電電位和把參比電極放置到管道正上方測量到的斷電電位會有所不同，因為當參比電極位于管道正上方時，所測量到的斷電電位是附近所有防腐層缺陷點斷電電位的綜合值，而試片斷電電位代表的是某一位置，同樣大小的一個防腐層缺陷點的電位。

2.5 試片的通電電位與參比電極位于防腐層漏點正上方時測得的通電電位類似。由于試片與管道在電位讀數中所占的比例難以分析，因此，該值不宜作為評判管地電位的依據。

2.6 試片要選用與管道類似的鋼材，鋼材的含碳量或強度對其腐蝕特性影響不大。因此，試片材質不必和管材完全一樣。

參比管斷電電位測量

參比管斷電電位曲線

3 如何確定自然電位

3.1 如果試片的斷電電位滿足保護指標，說明管道保護充分，如果試片斷電電位比-0.85V正，要判斷管道是不是滿足100mV陰極極化。此時，可以用試片的斷電電位減去管道的自然電位。如果不知道管道的自然電位，可以利用試片的自然電位，試片的自然電位受試片表面光亮程度影響，應將其埋設并自然銹蝕一段時間（1到12個月）后，再測量其自然電位。

3.2 如果管道的陰極保護為欠保護，管道仍處于腐蝕狀態，金屬離子濃度增大，其自然電位只會比施加陰極保護時更正，而不會更負，如果管道陰極保護良好，管道的自然電位也會因為環境的PH值增大而正向變化。一般來講，管道保護充分時，自然電位不會有太大變化（自然電位變負是因為管道沒有完全去極化或受雜散電流干擾），所以，可以采用管道施加陰極保護時的自然電位（除非土壤特性發生巨大變化，如，土壤受到污染）。

3.3 通電試片的去極化電位和自腐蝕試片的自然電位會有差別，可能會正于自腐蝕試片的自然電位，因為陰極保護改變了通電試片的環境。對于同樣的試片，在腐蝕性強的環境中電位較負（可以達到-0.80V CSE），在土壤腐蝕性弱的環境中，試片的自然電位較正（干沙中可以達到-0.30V CSE）。可以以此來判斷土壤的腐蝕性。

3.4 某燃氣公司對輸氣管道進行了陰極保護有效性檢測，該管道是1997年建設的，在2006年追加了陰極保護，當時測量到的管道自然電位是-0.55V CSE。2011年進行外檢測。由于犧牲陽極直接與管道相連，所以，無法獲知管道目前的自然電位。管道的通電電位為-0.91V CSE。通過埋設試片，測量到試片的自然電位為-0.69V CSE，試片極化電位為-0.72V CSE，由于試片的斷電電位沒有達到-0.85V CSE，所以，決定用100mV指標來判斷管道的保護狀況。如果用試片的斷電電位減去其自身的自然電位，其值為30mV，顯然，不滿足100mV指標。如果減去管道追加陰極保護時的自然電位，則極化值為170mV，滿足100mV陰極極化要求。實際開挖發現，管道涂層缺陷點處并無腐蝕。因此認為，可以用試片的斷電電位減去管道追加陰極保護時的自然電位進行陰極保護有效性判斷。

4 測量中注意的問題

4.1 如果試片很光亮，其自然電位會很低，甚至低于-0.80V CSE。如果管道的自然電位比較正，比如-0.50V CSE，由于探頭的斷電電位不可能正于-0.80V CSE，以此判斷，其結果是管道的陰極極化一定滿足100mV指標，這個結論是錯的，因為管道的斷電電位可能比-0.80V CSE更正而試片斷電后，電位不會正于自然電位。所以，在利用試片測量斷電電位時，其斷電電位值一定比其自然電位值更負才有效。如果管道為欠保護，其通電電位比試片的自然電位還正，此時，試片和管道連通后，將成為陽極而發生腐蝕。只有將試片自然銹蝕一段時間后，才可以實施測量。管道的斷電電位主要取決于管道所處環境和施加的電流密度，與自然電位關系不大，所以，試片的斷電電位可以代表該位置管道涂層缺陷點的斷電電位。

4.2 當需要測量兩個測試樁之間的管道極化電位時，需要將試片移到兩測試樁中間位置，受導線電阻影響，進入試片的電流密度會降低，試片的極化電位也會減小。同時，如果萬用表的內阻不足夠大，通電電位讀數也減小。所以，盡量避免將試片移開測試樁位置。當管道有開挖補漏時，可以直接在涂層漏點處做連接。

4.3 一般情況下，可以用測試樁之間某點的通電電位減去測試樁位置的通、斷電電位之差（IR降），來計算該點的管道極化電位。

4.4 采用參比管進行測量時，參比管內要填充密實的電解質（土壤），將參比電極位于參比管上部，并與參比管內的土壤緊密接觸，讀取試片的通、斷電電位。如果數值相差不大，說明參比電極與試片之間IR降不大，如果數值相差較大，應取試片斷電電位作為管道的保護電位。在存在動態雜散電流干擾的管道附近，如果試片的自然電位是穩定的，說明雜散電流不會形成電位梯度，對試片的斷電電位測量沒有影響。受動態雜散電流的影響，試片的通電電位有時會比斷電電位更正。

4.5 國內多數試片制造商并不了解試片測量原理，試片距離參比電極有一定的間距。用這種探頭測量時，必須讀取斷電電位，有雜散電流干擾時，由于參比電極和試片之間的土壤電位梯度，即便斷電也不能全部消除其干擾。因此，最好采用環形試片，參比電極位于其中心位置。

4.6 試片的斷電電位滿足要求時，不代表剝離的防腐層下面的管道得到充分保護，因為陰極屏蔽會阻礙陰極保護電流流向管道。