鐵秦線陰極保護(hù)電位分析及改進(jìn)措施

孫蕾，寧軍，申龍涉, 李巖，李亮，李武華，何洋，牛辰瑞

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鐵秦線陰極保護(hù)電位分析及改進(jìn)措施

孫蕾1，寧軍2，申龍涉1, 李巖3，李亮1，李武華1，何洋1，牛辰瑞1

（1. 遼寧石油化工大學(xué) 儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001;2. 上海中船燃石油有限公司，上海 201204； 3. 中國(guó)石油管道公司沈陽(yáng)調(diào)度中心，遼寧 沈陽(yáng) 110000 ）

介紹了鐵秦線埋地輸油管道陰極保護(hù)現(xiàn)狀。對(duì)陰極保護(hù)電位進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，電位是反應(yīng)管道所處狀態(tài)的主要指標(biāo)，因此陰極保護(hù)系統(tǒng)的通電電位反映了管道受干擾情況。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)多處管段處于“過(guò)保護(hù)”狀態(tài)，分析可知鐵秦線輸油管道受雜散電流影響較為嚴(yán)重，針對(duì)鐵秦線輸油管道這一現(xiàn)狀提出具體保護(hù)措施來(lái)延長(zhǎng)管道的使用壽命。

埋地輸油管道；陰極保護(hù)電位；陰極保護(hù)系統(tǒng)；過(guò)保護(hù)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[1]，人們對(duì)石油天然氣的需求量越來(lái)越大，管道式輸送成為輸送油品的主要方式，但是土壤中有強(qiáng)度和方向變化不定的雜散電流，它們來(lái)自多種多樣的雜散電流源。其中，直流電氣化鐵路系統(tǒng)是對(duì)帶有防腐涂層的埋地金屬管道影響最嚴(yán)重的雜散電流源之一。[2-11]針對(duì)這一現(xiàn)狀出現(xiàn)，本文對(duì)鐵秦線輸油管道電位進(jìn)行了分析，并提出了金屬管道的防腐措施。

1 鐵秦線輸油管道概況

鐵秦線管線全長(zhǎng)454.25 km，總共設(shè)置七座輸油站，首站為沈陽(yáng)站，中間站為新民站、黑山站、凌海站、葫蘆島站、綏中站，末站為秦皇島站，全線投產(chǎn)于1973年9月。鐵秦線受雜散電流影響較大，2007年對(duì)鐵秦線進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)，檢測(cè)出中度及以上腐蝕達(dá)6 500多處，每年耗費(fèi)了大量的財(cái)力等對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

2 輸油管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的介紹

陰極保護(hù)狀況主要通過(guò)管地保護(hù)電位和陰極保護(hù)率來(lái)描述[12]。

表1 管地電位的分級(jí)評(píng)價(jià)及描述

埋地管道陰極保護(hù)的工程實(shí)踐中“欠保護(hù)”或“過(guò)保護(hù)”都有可能發(fā)生。其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)合理的陰極保護(hù)電位應(yīng)該控制在-0.8 V(相對(duì)于銅-硫酸銅參比電極，下同)至-1.2 V的范圍內(nèi)，如果電位偏正就保護(hù)不足即“欠保護(hù)”，如果電位偏負(fù)就是“過(guò)保護(hù)”，這種情況下可能導(dǎo)致保護(hù)涂層損壞或鋼材氫脆[13-14]

3 陰極保護(hù)電位測(cè)試及結(jié)果分析

陰極保護(hù)電位是埋地管道系統(tǒng)腐蝕狀態(tài)的重要參數(shù)。管道受干擾的程度也可以通過(guò)自然電位反映，其偏離正常值的大小也能反映管道受干擾的程度。鐵秦線沿線鋪設(shè)了測(cè)試樁對(duì)其進(jìn)行電位測(cè)試，測(cè)試樁可以在陰極保護(hù)的檢測(cè)有作用，在管道維護(hù)安全不可缺少，按測(cè)試功能沿線布設(shè)[15]。測(cè)試樁可用于管道電位、絕緣性能、電流的檢測(cè)，也可用于干擾檢測(cè)。

3.1 新民站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖及結(jié)果分析

（1）繪制新民站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖。

（2）新民站陰極保護(hù)電位測(cè)試結(jié)果分析及改進(jìn)措施。

由圖1可看出48～50和87～105號(hào)樁處的電位過(guò)低，處于“過(guò)保護(hù)”狀態(tài)。經(jīng)調(diào)查48～50號(hào)樁位處是常三子村所在地，此村有一個(gè)小型變電所產(chǎn)生的雜散電流是使電位值升高的主要原因。管道與高壓輸電線路接近，因此臨近的管道也受其影響。

針對(duì)新民站的雜散電流的來(lái)源情況，我們可在高壓線路附近采取直接排流得方法，使管道的保護(hù)電位值達(dá)到正常范圍。

圖1 新民站50~129號(hào)樁3月份極保護(hù)電位測(cè)試圖

3.2 黑山站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖及結(jié)果分析

（1）繪制黑山站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖（圖2）。

圖2 黑山站130~208號(hào)樁3月份陰極保護(hù)電位測(cè)試圖

（2）黑山站陰極保護(hù)電位測(cè)試結(jié)果分析及改進(jìn)措施。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)165號(hào)樁處該泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)附近的測(cè)試樁處有電氣化鐵軌經(jīng)過(guò)，造成該處附近管道大范圍的處于“過(guò)保護(hù)”狀態(tài)，因此說(shuō)明電氣化鐵軌經(jīng)過(guò)的管道時(shí)，排流設(shè)施遭到了破壞，管道的防腐層老化，受到雜散電流的干擾加大，造成電流增大，電位降低，使管道的電位超出了保護(hù)電位。

對(duì)有電氣化鐵軌經(jīng)過(guò)的輸油管道，出現(xiàn)“過(guò)保護(hù)”電位現(xiàn)象的輸油管道，我們還可以采取鎂帶組合陽(yáng)極技術(shù)。傳統(tǒng)的犧牲陽(yáng)極技術(shù)使用錠狀鎂陽(yáng)極塊，其輸出電流的大小決定于電極的形狀和尺寸(即重量)以及周?chē)寥赖碾娮杪?，在埋地之后就不可調(diào)節(jié)改變。

鎂帶組合陽(yáng)極技術(shù)即使每根陽(yáng)極各有自己的電纜獨(dú)立引出，然后匯合成組。跟相等重量的大塊錠狀陽(yáng)極相比，鎂帶組合陽(yáng)極的作用效果顯著增大，從而提高了陽(yáng)極輸出電流。

采用鎂帶組合的方法將使“過(guò)保護(hù)”的管段電位處于保護(hù)范圍。

3.3 凌海站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖及結(jié)果分析

（1）繪制凌海站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖（圖3）。

圖3 凌海站209~285號(hào)樁3月份陰極保護(hù)電位測(cè)試圖

（2）凌海站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖分析及改進(jìn)措施。

圖3為凌海站地區(qū)的電位圖。在266號(hào)樁處電位達(dá)到了-2.3 V，處于“過(guò)保護(hù)”電位。經(jīng)調(diào)查可知該處有電氣化鐵軌經(jīng)過(guò)，且與管道間距小于安全的范圍。

針對(duì)266號(hào)樁處由于電氣化鐵軌經(jīng)過(guò)引起管道“過(guò)保護(hù)”現(xiàn)象，建議整改電氣化鐵路與輸油管道的間距，并在此處增加排流設(shè)施。

3.4 葫蘆島站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖及結(jié)果分析

（1）繪制黑山站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖（圖4）。

（2）葫蘆島站陰極防護(hù)電位測(cè)試結(jié)果分析及改進(jìn)措施。

由圖4可知322號(hào)樁處于“過(guò)保護(hù)”狀態(tài)。該管段為泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)的恒電位儀為閥室用電設(shè)備提供電能。恒電位儀的接地電極與閥室的大地接地電網(wǎng)相通。為了絕緣，一般在泵站進(jìn)出口管道上焊接絕緣法蘭。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)該泵站進(jìn)出口管道絕緣法蘭已失效，未起到絕緣的效果，使得被防護(hù)的管道和大地網(wǎng)連接成了回路。

建議更換泵站進(jìn)出口管道的絕緣法蘭，使管道起到很好的絕緣效果。使泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)附近的電位得以調(diào)整。

圖4 葫蘆島站286~362號(hào)樁3月份陰極保護(hù)電位測(cè)試圖

3.5 綏中站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖及結(jié)果分析

（1）繪制綏中站陰極保護(hù)電位測(cè)試圖（圖5）。

圖5 綏中站362～436號(hào)樁3月份電位測(cè)試圖

（2）綏中站陰極防護(hù)電位測(cè)試結(jié)果分析及改進(jìn)措施。

調(diào)查可知雜散電流沒(méi)有對(duì)周?chē)斐商笥绊憽Ｅ帕髟O(shè)施較好。綏中站采用鎂合金犧牲陽(yáng)極的防護(hù)方法，有效的控制了該段輸油管道的外壁腐蝕。該段管道與地面軌道走向一致，兩者相距較近，但該站排流設(shè)施較完善，因此保護(hù)電位仍在保護(hù)范圍內(nèi)。

通過(guò)對(duì)鐵秦線全線的電位分析可知最高電位在-0.8 V以下，在保護(hù)電位范圍內(nèi)，因此全線不存在“欠保護(hù)”的狀態(tài)。但局部地區(qū)最低電位低于最低的保護(hù)電位-1.2 V，由電位圖可知各站中間處為泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)，該處的電位普遍偏低，根據(jù)我國(guó)石油天然氣總公司制定的SYJ17-86《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)》標(biāo)準(zhǔn)[16]，各站泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)都處于“過(guò)保護(hù)”的狀態(tài)。針對(duì)泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電壓偏低的現(xiàn)象，可通過(guò)調(diào)控改變泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出電壓或電流。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文對(duì)鐵秦線輸油管道的腐蝕因素、腐蝕類(lèi)型、腐蝕機(jī)理等現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并且對(duì)鐵秦線輸油管道全年的陰極保護(hù)電位進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)全面分析研究可得出以下結(jié)論：

（1）靠近泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)的電位處于“過(guò)保護(hù)”狀態(tài)，可通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)泵站陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出電壓或電流來(lái)調(diào)控輸油管道的保護(hù)電位。

（2）有電氣化鐵軌及高壓輸電線經(jīng)過(guò)的管道處要做好排流設(shè)施。

4.2 展望

針對(duì)鐵秦線輸油管道現(xiàn)狀，本文提出在以下幾點(diǎn)展望：

（1）鎂帶組合犧牲陽(yáng)極的方法在輸油管線的應(yīng)用，極大地降低管線腐蝕速率，將使管道獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）加強(qiáng)輸油管道的日常管理，對(duì)輸油管道防腐層進(jìn)行防腐層質(zhì)量的檢驗(yàn)，并適時(shí)對(duì)老化管道進(jìn)行防腐層泄漏檢測(cè)。

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Potentiometric Analysis and Improvement of Cathodic Protection of Tieling-Qinhuandao Pipeline

1，2，1，3，1，1，1，1

（1．Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；2．China Marine Bunker Supply Company，Shanghai 201204, China；3. China Petroleum Pipeline Company Shenyang Dispatching Center , Liaoning Shenyang 110000，China）

Present situation of cathodic protection of Tieling-Qinhuandao buried pipeline was introduced, and field test of the cathodic protection potential was carried out (Potential is the main indicator to reflect pipeline state, therefore, power-potential of the cathodic protection system can reflect the pipeline disruption). The testing results showed that multiple pipe sections were in "over-protection" status, Tieling-Qinhuandao pipeline was seriously affected by stray current, then specific protective measures were proposed to extend the life of the pipeline.

Buried oil pipeline; Cathodic protection potential; Cathodic protection system; Over-protection

TE 832

A

1671-0460（2014）06-1100-03

2013-11-02

孫蕾（1988-），女，遼寧盤(pán)錦人，碩士。郵箱 563902123@qq.com。

申龍涉（1954-），男，遼寧撫順人，教授，研究方向：油氣集輸，稠油降黏等。郵箱：longshe_shen@sina.com。