關于油氣長輸管道陰極保護系統維護及提升的探討

袁　曄

（中國石油集團東南亞管道有限公司，北京 100028）

關于油氣長輸管道陰極保護系統維護及提升的探討

袁曄

（中國石油集團東南亞管道有限公司，北京 100028）

近年來，我國經常會發生管道事故，其中腐蝕是關鍵因素之一。在管道防腐蝕維護的過程中，陰極保護是一種重要的方法。因此，人們按照陰極保護的原理，開始運用鋼套管保護與電氣化鐵路方式，同時舉例說明。根據這兩種方式采取有效的措施，尤其是對于電氣化鐵路等雜散電流排流方面，對比分析了3種排流方式。在具體運用過程中，應該充分考慮到實際需求，選用適宜的排流方式。本文詳細分析了油氣長輸管道陰極保護系統維護及提升，僅供參考。

油氣長輸管道；陰極保護；維護

現階段，我國的油氣長輸管道建設事業正處于上升期。相關的調查結果顯示，造成油氣管道失靈的原因包括外部因素、腐蝕、材料質量問題等。其中，腐蝕是導致油氣管道事故的關鍵因素之一。

由腐蝕引發的油氣輸送管道泄漏、破裂等情況，不僅會造成嚴重的損失，搶修工作也會很難，并且還很容易導致火災、爆炸或者環境污染問題。防腐蝕是一種有效的防護方式。一般情況下，在油氣長輸管道中會利用外防腐層與強制電流陰極保護相結合的方法，保證防腐蝕工作。這種方法可以提升管道的抗腐蝕功能，延長管道的使用時間。本文主要分析了油氣長輸管道陰極保護系統維護及提升，具體內容如下。

一、陰極保護的原理

現階段，人們應用的陰極保護系統都是強制電流為主、犧牲陽極為輔的陰極保護方式。陰極保護的原理是，從電化學的角度來看，腐蝕電池的陰極不會出現腐蝕的現象，但是陽極會出現腐蝕的現象。因此，應該把保護金屬轉變成陰極的，可以避免金屬出現腐蝕的情況。它的原理是為金屬提供豐富的電子，保證被保護金屬全部呈現出電子過剩的特點，金屬表面上的各個點都可以到達相同的負電位，這樣金屬原子很難失去電子，不易轉變成離子溶進溶液。

二、陰極保護失去作用的情況分析

1.保護性套管因素的影響

根據陰極保護原理，只有陰保電流到達管道表面時，管道會呈現出電子過剩的特點，這樣的情況下，管道表面的各個點都會到達相同的點位，以此維護管道。當管道穿越的過程中運用鋼套管時，會產生一種屏蔽的效果，陰保電流可以通到鋼套管。但是管道自身無法接收到陰保電流，或者只能接收到極少的陰保電流。鋼套管會阻礙陰極保護電流通到管道。而且，利用鋼套管會埋下更多的安全隱患。如果鋼套管和管道相連，或導致短路，引起大部分電流的流失，從而削弱陰極保護系統的功能。

20世紀，我國的油氣長輸管道建設中，如果需要穿越河流，就會利用鋼制套管來維護主管道。但是隨著時間的不斷發展，在鋼套管的保護位置會出現很多問題，比如主管道會被侵蝕，油品泄漏等。在使用鋼套管之后，無法保證管道的安全性，還會減少管道的使用時間。近年來，部分管道公司對采用鋼套管管段進行了改造，把鋼套管替換成其他的套管，或者選擇不使用。

2.電氣化鐵路的影響

一般情況下，在電氣化鐵路中會通過帶回流線的供電方式。它具體指的是，將承力索、接觸導線共同形成接觸網，接觸網、鋼軌、回流線等又會形成牽引網。牽引回流由鋼軌、大地、回流線返回牽引變電所。鋼軌、接觸網與回流線NF會共同組成牽引供電系統。此時接觸網會和回流線產生互感作用，鋼軌內的回流會從回流線流轉移到牽引變電所，從鋼軌到地面中形成的電流也會降低。在交流電子化鐵道中，第2個根導線是大地，它可以傳送電流。軌道與地沒有全面的絕緣，整條軌道都會產生一些泄漏電流，最終流入大地。在入地電流位置，或者牽引變電部門的地表會產生高電位，這會在很大程度上影響到周圍的油氣管道與油庫。

利用地中雜散電流場可以解釋阻性耦合的影響。電氣化鐵路的牽引供電系統屬于一類非常特別的高壓輸電路線，而且具有不對稱的特征。受到電磁感應的影響，鐵道周圍的油氣管道也會形成部分電壓或者電流。同時，也會影響到鐵道周圍的地下金屬管道。在使用恒電位儀時，發現某條管道在接近鐵路的位置可以產生很大的輸出電壓。其主要原因在于鐵軌泄漏產生的電流直接流入陰極保護的回路中，使恒電位儀產生了誤差。如果高電位與低電位已經不在陰極保護的范圍內，就無法保護到油氣長輸管道。然后，雜散電流會進入埋地管道，在部分地區會形成一個有負電的陰極區，這樣可以防止管道出現腐蝕。如果電位值偏負，金屬管道外層會產生析氧作用，導致管道防腐層的脫落。從管道引出的位置會帶正電，變成陽極區。再加上雜散電流的影響，陽極區也會產生較大的電化學作用，最終引起埋地管道發生腐蝕作用。

三、油氣長輸管道陰極保護系統維護及提升

1.保證管道安全

在管道應用套管之后，會阻礙到對管道的陰極保護。如果出現漏點，會直接提高腐蝕的速度。這樣不會增強管道的安全性，也會縮短其使用時間。因此，應該在穿越段管道位置，加厚管道壁，以此保證管道的安全。在管道穿越道路的過程中，人員應該盡可能使用混凝土套管維護管道，同時應該在套管和尤其管道的中間位置，布置絕緣功能較高的絕緣支架，確保套管和油氣管道具備一定的絕緣作用，防止影響到油氣管道的陰保功能。如果需要時，應該在套管穿越的兩邊，添加犧牲陽極，這樣可以有效地維護屏蔽管道。

2.采用接地排流的方法

如果管道與電氣化鐵路之間沒有安全間隔，應該采用接地排流的方式來維護管道。然而在接地排流的過程中，應該確保管道陰極保護工作的可靠性，切忌與管道的陰極保護出現沖突，這會在很大程度上影響到陰極保護系統涵蓋的范圍和效果。

3.在極性排流的過程中，可以有效地運用雜散電流實現對管道的保護，成本低、操作簡單。但是不足之處在于容易對其他構筑物造成不良影響，導致電位過負，在交流干擾區域應用的作用不大。極性排流器的組織包括有二極管與鎂陽極接地裝備。在管道中的正電位可以借助二極管接到地面，保留住陰極保護電位。在運用某條管道的過程中，會發現極性排流器會導致正電位的減少，但是并不能徹底改善管道中電位過負的現象。

4.在鉗位式排流的過程中，可以在很大程度上降低管道中的交流電壓值。其不足是如果交流電壓偏大，直流電位會出現一定地變化，會影響到陰極保護。而且，排流能力較低，在排流設施中極有可能會導致毀壞的現象，而且管理與維護的工作比較復雜，成本較高。鉗位式排流設施中需要運用的接地材料標準也較高，它提出管道和接地極使用的材料應該相同。隨著時間的發揮在那，接地極會逐漸出現腐蝕的現象，從而消耗，電位也會出現改變，會更改陰極保護電位。

5.在固態去耦合器進行排流時，去耦合器采用先進的固態技術和非金屬殼體。這種做法可以避免管道中產生交流故障電流、雷電流等，從而會影響到埋地管道，這樣可以增加管道的使用年限。同時，還應該避免雜散電流聚集在管道中。固態去耦合器加接地體方法是國外應用比較廣泛的一種方法，因為它的低閾值電壓與雷電沖擊漏泄電流量大，能夠有效地降低感應電壓，具備方便管理、適用強的特征。但是花費的成本也會偏高。

去耦合器排流方法對管道使用的材料沒有特殊要求。在實際試驗時，應該選用鎂合金陽極或者鋼管接地，這樣都可以消除交流干擾，但是不會對管道中的直流電位產生任何影響。無論采用哪種排流方法，管道在消除雜散電流的過程中，都應該按照管道周圍的實際情況來選用科學的排流方式，在完成排流裝置的安裝后，還需要及時檢查與測試，保證管道的陰保電位在正常范圍內。同時，也應該充分利用管道陰保系統，防止管道出現腐蝕的現象。

四、運用的實例

1.運用水泥套管的實例

現階段，我國的油氣長輸管道套管在穿越的過程中，一般都會利用到混凝土套管。在調料罐和輸油鋼管中布置絕緣內支架。在套管內部，運用填土的方式進行密封。這種做法不僅不會對管道的陰保系統造成影響，還會排出套管內部的油氣空間，有利于增強管道的安全性。

2.雜散電流排流的實例

（1）直流電流排流方面

在油氣長輸管道中，會被直流雜散電流所影響。因此，布置了幾個點的鎂合金犧牲陽極接地排流，其中接地的電阻應該在0.5Ω以內。

（2）交流雜散電流排流方面

如果交流雜散電流偏大，應該利用鉗位式排流方法。在管道和接地極中間布置耦合器，避免雜散電流聚集在管道上。在接地極時，需要選用120m的鍍鋅角鋼，在深井進行安裝。其中，接地的電阻應該在0.5Ω以內。這種排流方法可以達到良好的排流效果。

結語

綜上所述，陰極保護屬于一項極其有效的防腐技術。在管道的規劃、管道工程與運行中，都應該重視陰極保護方面的工作。在開始使用管道之后，應該定期檢測。尤其是運用鋼套管保護與雜散電流干擾階段的管道，應該加強重視。如果發現問題，應該及時解決，保證陰極保護系統的正常運行，進而維護管道的安全，保證其不會被腐蝕。

［1］張永飛，王樹立，李恩田，等.長輸埋地管道陰極保護故障診斷排除的實踐與探討［C］.2014北京國際腐蝕技術大會論文集.

［2］滕延平，張永盛，王禹欽，等.雜散電流排流設施有效評價研究［J］.管道技術與設備，2012（4）：40-42.

TE988

A