管道陰極保護電位檢查片測試方法及應用

沈光霽 徐 卓 張若雯 矯英男 王沂沛 田宏革

（1. 沈陽龍昌管道檢測中心，遼寧 沈陽 110168；2. 中國石油管道公司，河北 廊坊 065000）

管道陰極保護電位檢查片測試方法及應用

沈光霽1 徐 卓1 張若雯2 矯英男1 王沂沛1 田宏革1

（1. 沈陽龍昌管道檢測中心，遼寧 沈陽 110168；2. 中國石油管道公司，河北 廊坊 065000）

根據相關標準規定，鋼制埋地管道陰極保護效果評價應采用斷電電位指標，現場測試通常使用同步中斷法，但其并不適用于無法同步中斷管中陰極保護電流、以及受雜散電流干擾的管段。陰極保護電位檢查片可以解決這一難題，通過模擬管道防腐層漏點，利用檢查片的瞬間斷開電位實現近似管道斷電電位的測量。本文詳細介紹了管道陰極保護電位檢查片的適用范圍、設計、安裝、測試及分析等內容，通過具體實施案例明確了數據記錄的規范性，并驗證了測試方法的可行性，為該方法的推廣應用奠定實踐基礎。

管道 陰極保護 斷電電位 檢查片 效果評價

0 引言

鋼質埋地管道通常是采用防腐層和陰極保護聯合保護的方式，防腐層作為第一層堡壘，利用其良好的絕緣性、抗滲透性及機械性能達到防腐目的[1]；陰極保護系統作為第二道防線，可在防腐層破損或存在微孔處，通過保護電流對管道施加陰極極化，從而減緩或消除管壁腐蝕[2]。根據GB/T 21448-2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》[3]，管道陰極保護效果評價應采用斷電電位指標，現場測試通常使用GPS同步中斷法[4]，但其并不適用于無法同步中斷管中陰極保護電流、以及受雜散電流干擾的管段。

陰極保護電位檢查片可以解決這一難題，通過模擬管道防腐層漏點，利用檢查片的瞬間斷開電位實現近似管道斷電電位的測量。陰極保護電位檢查片是用于模擬被調查管道陰極極化后電位的檢查片[5]，將其埋設在管道測試點處，檢查片部分裸露，其余部分有防腐層，檢查片的埋設狀態、材質均與管道相同，通過電纜與管道連接起來，這樣檢查片的裸露部分就模擬了管道的一個防腐層漏點。當管道處于陰極保護狀態時，管道被保護電流極化的同時，檢查片也會被極化為與管道相同的程度，只需測量檢查片的瞬時斷開電位，即可代表管道測量點的斷電電位[6]。NACE SP0502-2010《管道外腐蝕直接評價方法》[7]認為檢查片的斷電電位近似于管道防腐層漏點處的陰極保護電位，能夠評估管道陰極保護效果。

1 適用范圍

陰極保護電位檢查片能夠評價埋地鋼制管道陰極保護效果，只要能將檢查片連接在管道上便可應用，尤其適用于同步中斷法受限制的下列情況:

（1）不能同步中斷保護系統內多臺恒電位儀提供的陰極保護電流；

（2）存在外部陰極保護系統影響，難以中斷該保護系統的恒電位儀；

（3）存在直接連接的、不能中斷的犧牲陽極；

（4）存在直流雜散電流影響，導致斷電電位不能代表陰極保護電位；

（5）采用管道陰極極化衰減或極化形成判斷管道陰極保護效果；

（6）公共走廊內存在多條管道，彼此造成干擾影響。

2 檢查片設計

陰極保護電位檢查片材料應與測試管道材料相同，檢查片裸露面積應與測試管段中可能產生的防腐層最大缺陷接近，裸露面積宜為10～100cm2，3PE防腐層及環氧涂層宜取10cm2，瀝青類防腐層宜取50cm2。裸露面應位于檢查片闊面的中間部分，并用易去除的耐水密封材料覆蓋其余面積，通常采用油性涂料或PE套，檢查片成品如圖1所示。

圖1 裸露面積為10cm2檢查片成品

檢查片表面應保持金屬光澤、無銹蝕；檢查片與電纜連接牢固，連接電阻盡可能小，連接處無銹蝕并做密封處理；必要時需對檢查片及電纜連接處進行除銹。

3 檢查片安裝

闊面應平行于管道，且裸露面背對管道埋設，檢查片中心應與管道中心處于統一標高，與管壁凈距離宜為0.1～0.3m。每處埋設位置分別在管道兩側安裝2個檢查片，即陰保極化試片和自腐蝕試片。檢查片埋設宜符合圖2規定[5]。

圖2 檢查片安裝示意圖

檢查片周圍的土壤用水潤濕并壓實，使檢查片與土壤緊密接觸，確保其充分極化。陰保極化試片通過測試樁或其它易連接裝置與管道連接，并串聯電氣開關或類似裝置（例如電流中斷器）使檢查片能夠迅速與管道斷開。若檢查片長期埋設監測陰極保護效果，宜使用長效參比電極，且盡量靠近檢查片的位置埋設；若檢查片臨時安裝測試，宜采用便攜式參比電極，放在檢查片正上方的地表來測量。

4 測試及分析

4.1 測量儀器

表1中列出了4種參數測試時常用的儀器。

表1 常用的測試工具

4.2 測試程序

（1）測試前應確保管道和檢查片被充分極化，保持陰極保護電流被連續施加在管道上；

（2）保持陰保極化試片與管道的連接，測試和記錄陰保極化試片通電電位；

（3）短暫斷開陰保極化試片與管道的連接，測試和記錄陰保極化試片瞬時斷開電位；

（4）測試和記錄自腐蝕試片的自然腐蝕電位；

（5）在動態直流干擾管段測量檢查片陰極極化衰減或極化形成時，需利用數據記錄儀和電流中斷器連續記錄陰保極化試片連通、斷開、再連通循環過程中的保護電位。數據記錄儀測試頻率不低于10次/秒，記錄時間不低于5分鐘；電流中斷周期根據試片現場極化情況選定，宜選用12秒通/3秒斷，斷電時間不宜超過30秒。

4.3 結果分析

（1)當測得的檢查片通電電位與瞬時斷開電位較接近時，檢查片通電電位、瞬時斷開電位均可以代表檢查片鄰近區域管道的陰極保護電位；

（2)當測得的檢查片瞬時斷開電位和通電電位有較大差異時，此時僅檢查片瞬時斷開電位可代表檢查片鄰近區域管道的陰極保護電位；

（3)通過檢查片的瞬時斷開電位，采用-850mV電位準則[3]評價管道的陰極保護效果；

（4)若不滿足電位準則，也可以比較檢查片的自然腐蝕電位和瞬時斷開電位，采用100mV陰極極化準則[3]評價管道的陰極保護效果，但在高溫條件下、SRB的土壤中、存在雜散電流干擾、以及異種金屬材料耦合的管道不適用；

（5)檢查片陰極極化衰減或極化形成電位曲線有助于分析動態直流干擾管段的陰極保護狀況。

4.4 注意事項

（1)檢查片必須埋設至少24小時保證其充分極化后，再進行相關測試；

（2)現場必須選用經校準過的硫酸銅參比電極進行測試；

（3)使用數字萬用表測量檢查片瞬間斷開電位時，應在斷開0.5秒后讀數并記錄（通常為萬用表顯示的第二個數值）；

（4)一般情況下檢查片的瞬間斷開電位數值應保持緩慢降低，若快速下降則表示檢查片沒有充分陰極極化，需重新埋設完全極化后再測量；

（5)測量檢查片陰極極化衰減或極化形成時，陰極保護電流中斷周期應通過現場試驗進行驗證，必須保證試片既能充分極化又能獲得去極化過程。

5 應用案例

新大線輸油管道松嵐-七廠段建于2004年，全長21.6km，管道材質L360鋼，管徑Φ711mm，管壁7.1mm，設計壓力4.5MPa。沿線9km管段與大連輕軌3號線近距離并行且發生4次穿越，間距約10～130m。大連輕軌采用直流1500V驅動，機車牽引電流最大2200A，其泄漏的雜散電流對與之接近的新大線管道產生動態直流干擾。

采用陰極保護電位檢查片測試方法評價新大線陰極保護效果，各測試點檢查片瞬間斷開電位及自然電位-距離分布曲線見圖3，測試數據見表2。結果顯示:大多數檢查片滿足-850mV電位準則，得到有效保護；其余K22、K30、K33、K34、K38檢查片瞬間斷開電位正于-0.85V，不滿足準則要求，表明這5處測試區域管段接近或大于10cm2的防腐層漏點處于欠保護狀態。

典型位置處（測試樁號25-1）檢查片陰極極化衰減及形成電位曲線見圖4，結果顯示:雖然檢查片通電電位受到直流干擾影響而持續波動，但瞬間斷開電位基本保持不變，說明地鐵對管道的動態直流干擾屬于短極化過程，并沒有影響陰極保護系統對管道的長極化結果。

圖3 檢查片瞬間斷開電位及自然電位-距離分布曲線

圖4 典型位置處檢查片陰極極化衰減及形成電位曲線（測試頻率25次/秒）

表2 檢查片測試數據

6 結論與建議

（1) 利用陰極保護電位檢查片的瞬間斷開電位能夠有效評價管道陰極保護效果，尤其適用于GPS同步中斷法測量管道斷電電位受限制的管段區域；

（2) 檢查片是反映其埋設區域附近管道防腐層缺陷處的實際保護狀況（缺陷面積不大于檢查片裸露面積），因此選擇檢查片裸露面積大小非常關鍵，一定要能代表測試管段的防腐層缺陷尺寸特性；

（3) 新大線測試實踐表明，選取合理的檢查片裸露面積、通斷周期及測試頻率等參數，可以實現檢查片陰極極化衰減及極化形成電位曲線的測量，有助于分析判斷動態直流干擾管段的陰極保護狀況；

（4) 檢查片的數量及埋設位置將影響管道陰極保護電流的實時分布，可能造成測試結果與實際情況的偏差，因此，用檢查片評價管道陰極保護效果時，必須確保偏差程度控制在允許范圍內。

[1] 沈光霽, 陳洪源, 薛致遠等. 管道涂層應用現狀分析[J]. 腐蝕科學與防護技術, 2013, 25(3):246-249.

[2] 閆茂成等. 埋地管線剝離覆蓋層下陰極保護的有效性[J]. 中國腐蝕與防護學報, 2007, 27(5):257-262.

[3] 胡士信等. GB/T 21448-2008埋地鋼質管道陰極保護技術規范[S]. 北京:中國標準出版社, 2008.

[4] 張平等. GB/T 21246-2007, 地鋼質管道陰極保護參數測量方法[S]. 北京:中國標準出版社, 2008.

[5] 黃春蓉等. SY/T 0029-2012埋地鋼質檢查片應用技術規范[S].北京:石油工業出版社, 2013.

[6] 謝躍輝. 試片斷電法測量埋地管道斷電電位的實驗研究[D]. 北京:中國石油大學, 2013年.

[7] National Association of Corrosion Engineers. NACE SP0502-2010 Pipeline external corrosion direct assessment methodology[S]. Houston: NACE, 2010.

Application and Test Method of Cathodic Protection Potential Coupon for Pipelines

SHEN Guang-ji1, XU Zhuo1, ZHANG Ruo-wen2, JIAO Ying-nan1, WANG Yi-pei1, TIAN Hong-ge1
(1. Shenyang Longchang Pipeline Survey Center, Shenyang 110168, China; 2. Petrochina Pipeline Company, Langfang 065000, Chian)

According to the relevant standards, the efectiveness evaluation of cathodic protection（CP）for buried steel pipelines should use of potential index by the method of current synchronized interruption, but it’s not applicable to the pipelines not interrupted CP current or disturbed by the stray current. The problem could be solved to measure the instant-disconnect potential of CP potential coupon which is similar to the of potential of pipeline coatings, through simulating the holiday of pipeline coatings by the coupon. This paper introduces the contents of application scope, design, installation, testing and analysis about the pipeline CP potential coupon. The normalization of the data records is cleared, the feasibility of the test method is verifed, and the foundation of the practical application is laid down based on the coupon case to carry out on-site.

pipeline; cathodic protection; of potential; coupon; efectiveness evaluation

TE988

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.11.014.04

沈光霽（1984—），男，工程師，碩士，現主要從管道腐蝕檢測與防護技術工作。