慶陽支線管道腐蝕控制研究與參數測量分析

屈　銳，馬宏宇，文　立，安　順

（1.中國石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718000；2.中國石油管道公司沈陽龍昌管道檢測中心，遼寧沈陽110000）

慶陽支線管道腐蝕控制研究與參數測量分析

屈銳*1，馬宏宇1，文立2，安順1

（1.中國石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718000；2.中國石油管道公司沈陽龍昌管道檢測中心，遼寧沈陽110000）

長輸管道的腐蝕控制是否合理有效直接關乎管道的運行安全和經濟壽命。從管道腐蝕與控制的機理入手，對管道陰極保護準則及相關參數測量方法進行深入分析，結合實際情況，對近幾年慶陽支線所測陰極保護電位參數趨勢圖綜合比對，查找陰極保護異常管段，并對異常管段進行多次復測和實驗校驗工作，查出問題根本所在。并分析總結了目前各輸油氣分公司在管道斷電電位測量、評價管道陰極保護有效性方面的局限性以及陰極保護參數測量分析時應注意的評價誤區，為其他分公司及站隊開展管道腐蝕控制研究與參數測量分析提供參考與指導。

長輸管道；慶陽支線；腐蝕控制；參數測量；分析

隨著能源需求的不斷增長，承擔油氣運輸任務主力軍的管道行業得到快速發展，為實現降本增效，提高管道投用效率，建設期間優化設計方案、采用焊接新工藝和防腐新材料已被廣泛采用，但是，如何延長管道運行壽命，其腐蝕控制系統起到了至關重要的作用[1]。目前，國內外諸多學者針對這一問題，展開了豐富的研究[2]。以腐蝕控制理論標準入手，并結合蘭鄭長成品油管道慶陽支線實際防腐參數測試結果進行分析，找出陰極保護系統存在的問題和解決辦法。

1　腐蝕與控制機理

油氣管道外腐蝕控制系統由防腐層和陰極保護系統組成。防腐層是控制管道腐蝕的第一道防線，然而管道在建設施工及運行過程中，防腐層不可避免地會因外力出現一些漏點，導致管體與腐蝕性環境接觸，形成腐蝕原電池回路而受到腐蝕威脅。陰極保護系統則為這些漏點處管體提供電流保護，防止管道發生腐蝕，是管道腐蝕控制的第二道防線[3-5]。陰極保護技術通過向管道表面提供陰極電流，使管/地電位發生負向極化，從而控制管道表面腐蝕[6]。陰極保護方法包括強制電流法和犧牲陽極法，2種方法原理相同，只是陰極保護電流來源不同：犧牲陽極法陰極保護電流來自陽極體；強制電流法陰極保護電流來源于直流電源，國內通常為恒電位儀，國外則通常采用整流器。2種陰極保護方法中，通常以強制電流保護為主[7]。

2　陰極保護準則

在陰極保護過程中，評價長輸管道是否達到有效保護的主要指標公認為管道瞬時斷電電位負于-850 mV（CSE）正于-1200mV（CSE）或管道陰極極化電位與自然電位差值滿足-100mV的負向極化準則[2]。但是，在實際工況中，油氣管道不免受到運行介質溫度、外部動態直流干擾、交流干擾等影響，使我國現有陰極保護準則并不能完全滿足油氣管道生產需求，進而可能導致管道產生欠/過保護問題，相對于采用3PE進行管道外防腐，過保護相比于欠保護危害較大，當過保護時，3PE管道極易產生剝離，導致剝離面產生電流屏蔽，會造成管道嚴重腐蝕[1]。因此，開展高運行溫度管道陰極保護準則研究、通過引進國外先進準則完善我國現有陰極保護準則和建立交流干擾下的管道陰極保護準則等來完善油氣管道陰極保護技術還有許多鉆研空間。

3　陰極保護參數測量

目前，由于國內還未研發出具備通/斷電電位自動測量和數據采集功能的陰極保護裝備，因此，陰極保護主要采取通電控制、斷電保護的方式進行日常管理。為評價所測管段的腐蝕現狀，管道公司需由具備相應資質和設備的專業公司定期開展全段管道斷電電位的測量工作才能完成。獲得斷電電位有3種方法：（1）在管道斷開犧牲陽極的情況下，采用GPS衛星同步中斷器實現被測管段上所有恒電位儀瞬時同步斷電的方法來測量，但在測量時應考慮管道均壓線的影響和排除被測管段雜散電流的干擾；（2）埋設特定面積的試片，使之充分極化后，測得斷開試片與管道連接的瞬間電位，以獲得無IR降的斷電電位[3]；（3）采用與試片法原理相同的極化探頭法進行斷電電位測量。

4　慶陽支線陰極保護系統問題分析

蘭鄭長成品油管道慶陽支線于2008年始建，2010年10月投產運行至今，設計壓力9MPa，全長220km，全段采用3PE外防腐層，共設兩座恒電位儀陰極保護站，分別位于出站下游36km處（39#～40#）的1#閥室和115km處（122#～123#）的5#閥室，除出站處設有絕緣接頭外，全段管道未安裝其他絕緣接頭。

為了對發現問題有一個較為直觀了解，篩選了3組近兩年來由站隊測試的具有代表性的管道通電點電位趨勢圖進行比對，如圖1所示。

圖1　電位趨勢圖

其中，2014年3月以前，管道恒電位儀給定電位均為1158mV，所測通電電位主要位于1200～1500mV，電位曲線較平穩；2014年3月，恒電位儀給定電位按要求進行調整為1400mV，之后測得通電電位明顯得到提升，主要位于1350～1700mV，至2015年1月電位曲線依舊較平穩；但是，在2015年1月以后，管道出站至1#閥室陰極保護站之間電位曲線明顯異于先前，1#閥室下游通電電位較為平穩，主要位于1350～1750mV。

按照陰保代維計劃安排，在二、三季度分別對管道陰極保護參數進行了3次全線測試，二、三季度平均斷電電位如圖2所示。

發現出站至1#閥室部分管段陰極保護斷電電位偏低，與自然電位差值不滿足-100mV的負向極化準則，因此存在欠保護問題，而緊靠5#閥室下游部分管段斷電電位超過-1200mV，最高為-1295mV，存在過保護問題。

4.1出站至1#閥室陰極保護數據測量與分析

為排除恒電位儀影響的因素，對恒電位儀系統及外部接線進行測試。測試結果表明，1#閥室恒電位儀系統正常，外部接線正常，并通過測量，恒電位儀長效參比有效與標準參比差值為26mV，陽極接地電阻為1.76Ω。通過檢測，排除了恒電位儀系統運行不正常導致電位偏低的因素。

4.1.1管道電位原始數據測量

閥室恒電位儀控制電位為1400mV，保護電位為1400mV，輸出電壓4.5V，輸出電流2.2A。在此條件下測得的陰極保護數據，見表1。

4.1.2調整后管道電位數據測量

對1#閥室恒電位儀閥室恒電位儀控制電位調整為2000mV，保護電位為2000mV，調整后，輸出電壓9.3V，輸出電流4.1A。在此條件下測得的陰極保護數據見表2。

圖2　斷電電位圖

表1　陰極保護數據

表2　陰極保護數據

由以上2個表格對比可以看出，恒電位儀控制電位由1400mV調至2000mV，恒電位儀輸出電流由2.2A提高至4.1A，增大了1.9A，管道斷電電位均也有一定程度的提高，但是提高效果不明顯。

對上述采用試片法測得的斷電電位與恒電位儀同步中斷法測得數據不一致的現象，通過查閱大量文獻資料得到了依據：特定大小電極面積的試片無法適用于所有條件下的測量，試片面積需根據管道涂層類型、涂層狀況及測量點位置進行調整[8-10]。因此，上述情況這可能是因為試片極化需要的電流小，所以電位得到了提升；管道極化需要的電流大，所以沒有得到足夠的電流，即管道線路存在比試片面積大很多的漏點。為排查問題發生的原因，結合以往經驗，考慮到管道線路目前不具備進行大面積開挖驗證的條件，決定首先對易發生防腐層損壞的閥室內埋地截斷閥及三通進行詳細排查。

4.21#閥室數據測量及分析

在保證恒電位儀與先前運行條件一致的情況下（保護電位為1400mV）進行測量，數據見表3。

表3　1#閥室數據

由表3數據可以看出，進出站三通和主閥位置陰保電流流失，電位偏低。

為驗證上述結論，使用PCM+設備，設置了5種實驗條件對1#閥室漏電情況進行復測(1#閥室位于39#和40#樁之間)，若PCM+發射點兩側均無大的漏點，根據并聯線路分流作用，發射在管道上的電流應該在發射點（閥室）兩側各為二分之一。

實驗一：PCM+發射機正極接管道，負極接恒電位儀陽極，調節到輸出為2A的發射電流，閥室上游80m處接收電流為900mA，39#樁（閥室上游第一個樁）415mA，36#樁（閥室上游3km處接收）505mA；閥室下游150m處接收電流僅為400mA。

實驗二：PCM+發射機正極接管道，負極接恒電位儀機殼接地，調節到輸出為2A的發射電流，測得閥室上游20m處（圍墻外）接收電流為137mA，閥室下游5m處接收121mA。

實驗三：PCM+發射機正極接管道，負極接恒電位儀機殼接地，調節到輸出為600mA的發射電流，則測得閥室上游20m處（圍墻外）接收電流為80mA，閥室下游5m處接收75mA。

實驗四：以閥室下游40#測試樁作為PCM+電流發射點，發射電流270mA，閥室上游20m接收電流20mA，閥室下游5m接收電流120mA。

實驗五：PCM+發射機正極接管道，負極接恒電位儀機殼接地，調節到輸出為600mA的發射電流，閥室內主閥和三通A字架DB值指示情況如圖3所示。

圖3　DB值

由以上試驗可以得出：（1）1#閥室存在嚴重的漏電情況，即1#閥室主閥三通防腐層破損嚴重或存在異常接地搭接；（2）當使用接地作為接地極時電流漏失比使用陽極作接地極時電流漏失嚴重。

5　結論

（1）一般情況下，試片由基層單位的上級統一制作并配發，未考慮實際管道涂層狀況等一些實際影響因素，所測管道斷電電位位于自然電位和通電電位之間，可能與管道真實保護電位存在偏差，因此直接將其作為管道腐蝕控制狀況的決定性依據存在一定的局限性。

（2）慶陽支線管道1#閥室內部存在明顯的陰保電流流失，需要進一步開展驗證工作，找出異常點，并根據實際情況采取相應的修復措施。修復完畢后，需再次進行出站至1#閥室之間的保護電位測試與防腐有效性評價工作。

（3）過保護對3PE管道腐蝕控制危害較大，目前緊靠5#閥室下游部分測試樁存在過保護問題，不排除出站至1#閥室之間是由于2014年恒電位儀給定電位調整后導致控制電位過高，造成過保護，使防腐層損壞引起的。

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TE83

A

1004-5716(2016)11-0068-04

2015-12-18

2015-12-18

屈銳（1984-），男（漢族），陜西漢中人，工程師，現從事管道管理及陰極保護工作。