陰極保護技術在西氣東輸二線管道上的應用現狀

肖志 劉林遠

1中國石油西部管道酒泉輸油氣分公司，甘肅 酒泉

2西南石油大學化學化工學院，四川 成都

陰極保護技術在西氣東輸二線管道上的應用現狀

肖志1劉林遠2

1中國石油西部管道酒泉輸油氣分公司，甘肅 酒泉

2西南石油大學化學化工學院，四川 成都

陰極保護技術已在埋地金屬管道防腐上被廣泛使用，但并不是所有的管道都能同時達到有效的保護，出現保護電位過高或者過低等現象，針對西氣東輸二線管道陰極保護情況，提出幾點意見。

陰極保護；西二線；陰極保護情況

引言

西氣東輸二線管道管徑為1219mm，是目前國內管徑最大的管道，西起新疆霍爾果斯口岸，總體走向自西向東、由北向南，東至浙江、上海，南至廣東、廣西，途經新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、廣東、廣西、浙江、上海、湖南、山東、江蘇14個省、市、自治區，線路總長約為8700km，設計年任務輸量300′108Nm3/a，是一條連接中亞進口氣源和沿線中西部地區、華東、華南、長三角、珠三角用氣市場的重要能源通道[1]，但管道所經地區地形復雜多變，土壤中不同類型的電解質及各種雜散電流提供了管道發生腐蝕所需的環境，且管道輸送的介質中如果含有H2S、CO2等酸性氣體也會形成管道發生腐蝕所需的環境，管道若長期暴露在此類環境中，將會發生腐蝕，導致管壁減薄，縮短管道的壽命，如果發生腐蝕穿孔則可能會造成巨大的經濟損失或人員傷亡事故，因此對西氣東輸二線管道進行腐蝕防護意義重大。

1. 西氣東輸二線管道的腐蝕防護

腐蝕的類型按腐蝕機理主要分為化學腐蝕、電化學腐蝕、物理腐蝕三大類，長輸天然氣管道主要發生電化學腐蝕，目前國內外針對埋地管道發生腐蝕的問題，主要采用涂層隔離和陰極保護相結合的方法來避免管道發生腐蝕或減少管道的腐蝕速率延長管道的壽命。

西氣東輸二線西段管道采用X80鋼制管道，另有3PE作外防腐層；對油氣管道進行防腐層保護而不加陰極保護是不行的，因為防腐層不可能絕對完好無損，一旦防腐層上有針孔或破損，就會形成大陰極、小陽極（針孔或破損部分）的腐蝕電池。腐蝕將會集中在破損或針孔處，氣腐蝕速度比裸管道的腐蝕速度還要大，從而導致管道在較短的時間內穿孔，顯然只采用防腐層而不加陰極保護是不行的；如果只采用陰極保護不加防腐層或防腐層質量較差，也是不行的，因為這樣做會耗電巨大而不經濟，陰極保護與防腐層的結合，被稱為管道的“聯合保護”，是當今世界上公認的管道防腐措施[2]。

2. 陰極保護系統及其安裝

西氣東輸二線管道西段共設15座陰極保護站保護干線管道，各站相距約160公里，陰極保護站均與壓氣站合建；因站內管道長度、大小不一，單個通道的輸入輸出無法滿足站內各個管道分配到足夠的保護電流，所以需要依靠輔助陽極的合理布局、保護電流的自由分配以及與相鄰設備要達到電絕緣,使被保護對象處于規定的保護電位范圍內，即區域陰極保護法。干線和站內的陰保系統主要由恒電位儀、輔助陽極地床、陰保電纜、參比電極等組成。

2.1 電連續性跨接安裝

為使干線保護電流與站內管道保護電流隔離開來，干線管道進出站采用絕緣法蘭與站內管道連接，另外為了保護該絕緣法蘭免受雷電高壓電涌的破壞，采用Y1.5W-0.25/1.3型低壓氧化鋅避雷器對其進行保護。為了保證干線管道陰極保護電流的電連續性，需對站場絕緣法蘭外側的管道進行電連續性跨接，在站場設1支跨接測試樁，通過樁內的銅質連接片將跨接電纜連接起來。 跨接電纜在管道絕緣接頭的外側與管道焊接，焊接采用銅焊方式，焊點距絕緣接頭不小于2m，并進行嚴格的密封防腐。

2.2 恒電位儀的安裝

干線管道陰極保護采用強制電流保護方式，在陰保站內機柜間內安裝一臺恒電位儀機柜，機柜內設置有兩臺恒電位儀（一用一備）和一臺控制臺，恒電位儀的規格為15A/40V（電源AC 220V）。

區域性陰極保護系統采用強制電流保護方式，在陰保站內機柜間內安裝一臺四回路的交流供電型恒電位儀，設備規格為50V/30A（每回路），多路恒電位儀供電電源為AC380V。恒電位儀四路輸出分為3用1備。

2.3 陽極地床的安裝

干線輔助陽極采用高硅鑄鐵陽極，選用連續淺埋式，為降低陽極地床的接地電阻，整個陽極地床底部都需填充石油焦炭，并要求距主干線管道的垂直距離不小于100m，該硅鑄鐵陽極在陽極地床內水平放置，并置于焦炭填充層的中間層部分，相鄰陽極之間中心間隔3米。焦炭填充層厚度為150～200mm，其頂部埋深不小于2m。每支陽極的引線與陽極匯流電纜連接采用銅管鉗接，并用熱熔膠和電纜連接熱收縮套對連接點密封防腐。在回填時，應將回填土進行過篩，防止塊狀堅物對陽極及陽極電纜的損壞，安裝陽極時不能拽拉陽極引線。

站內區域陰極保護輔助陽極選用柔性陽極，柔性陽極與站內管道（污水罐或水平接地體）同溝敷設，與管道水平凈距為300mm，埋深應低于管（污水罐或水平接地體）底200mm。當柔性陽極與管道、接地體、或柔性陽極之間交叉時，采用柔性陽極專用隔離網將柔性陽極與被保護構筑物隔離開。 在回填時，應將回填土進行過篩，防止塊狀堅物對柔性陽極的損壞。

3. 陰極保護的運行與調試

美國腐蝕工程師協會（NACE）在《埋地和水下金屬管道外部腐蝕控制推薦規范》RP-01-69(2007)的標準中，對陰極保護準則做出了某些規定，對于天然水和土壤中的鋼和鑄鐵構筑物，在施加陰極電流的情況下，測得管地電位為-850mV（CSE）或更負，測量中必須排除附加電壓降（IR降）的影響，而含最大保護電位則根據環境而定；管道表面與土壤接觸的穩定的參比電極之間的陰極極化的電位值最小為100 mV。

干線管道陰保系統恒電位儀都采用恒電位工作模式，通過饋流點的信號來調整恒電位儀的輸出電壓電流。各個陰保站控制電位都在-1300mV，通過每月對陰極保護電位的測試數據（所測電位含土壤IR降）發現管道保護電位在-800mV到-1500mV之間，其中只有幾個點的電位在-800mV到-900mV之間，后經過發現這幾個點都是距離陰保站較遠的點；在陰極保護運行6個月后，對沿線管道的自然電位測試發現，大部分管道電位都在-0.6V到0.8V之間，有幾個點的電位比-850還負，后經現場測試發現，管道中存在雜散電流，而這些點附近剛好與高壓線或者鐵路交叉。

選取西氣東輸二線嘉峪關壓氣分輸站所轄管道10個月以來的保護電位進行分析，嘉峪關壓氣分輸站管轄管道162公里，管道所經地域屬于甘肅省嘉峪關市、酒泉市管轄，途徑戈壁、鹽堿地、農田、河流、水源地等地貌，每個月的平均電位見圖1，每10公里的平均電位見圖2，

圖1 嘉峪關壓氣分輸站所轄管道每月平均電位

圖2 每10公里管線的平均電位

從圖1從發現，管道基本達到了保護，且管道保護電位隨季節的變化而變化，夏季溫度高，雨水相對較多，管線保護電位偏低，而冬季溫度低雨水少時管道保護電位偏高，由于測試的電位含有IR降，所以可能是溫度和含水量影響著土壤的電阻率，7月份和8月份溫度相當一樣，但8月份雨水少，電位比7月份高，說明土壤中含水越多土壤電阻率越低，4月份與5月份基本無降水，5月份溫度比4月份溫度高，保護電位比4月低，說明溫度越高土壤電阻率越低。

從圖2中發現，管道保護電位在某一地域有最高值，某一地域有最低值，后經現場踏勘發現，最高值是因為這一區域離嘉峪關陰保站最近，而最低值這一區域為一鹽堿地，其他相對較高的區域屬于戈壁、相對較低屬于農田，說明土壤電阻率隨著土壤中電解質的濃度升高而降低，農田段低可能是因為土壤的密實性高電阻率低。

采用ZC-8型電阻測試儀，對各個陰保進行了陽極接地電阻測試，發現其中有三個站的接地電阻偏高，為4.8、5.0、15.0Ω，其他12個陰保站的陽極接地電阻均在0～3Ω之間，最低的為0.18Ω，這可能是施工質量造成的或者土壤電阻率所影響的。

4. 結論與建議

(1)西氣東輸二線干線管道整體陰極保護是良好的，有部分地方管道未達到保護；未達到保護可能原因就是恒電位儀輸出不夠，因為恒電位儀的輸出時根據通電的點保護情況而決定輸出的，所以可以適當增加控制電位到-1400mV，或者通過計算保護電流將恒電位儀的工作模式由恒位模式改為恒流模式。

(2)其中三個陰保站的陽極接地電阻偏高，使得大量的保護電流浪費，進而造成管道達不到保護電位，這有可能是施工質量，或者陽極地床所處環境干燥造成的，建議對陽極地床安設注水口，定期對陽極地床進行澆水，保證其所處環境濕潤，或者更換現有土壤改用土壤電阻率的代替，或者添加降阻劑。

(3)需要對沿線管道與鐵路、高壓線交叉的地方進行雜散電流測試，若存在且很高，應該在此安設排流裝置，不讓其進入管道。

[1] 西氣東輸工程[J].特種結構.2003,(03)

[2] 茹惠靈.油氣管道保護技術[M].北京：石油工業出版社.2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.020