影響油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)因素與對(duì)策

熊 偉，魏克同

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

隨著社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)以及人們生活水平的不斷提升，油氣能源的消耗量也在不斷增加，由此也使得油田的油氣管道建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，初步估計(jì)未來幾年我國油氣集輸管道的總體建設(shè)長度將達(dá)到15 萬公里。由于我國幅員遼闊，油氣集輸管道在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)面臨各種不同的環(huán)境，由此也導(dǎo)致油氣集輸管道安全事故發(fā)生的頻率較高。而腐蝕是造成油氣集輸管道發(fā)生事故的主要原因。針對(duì)油氣管道防腐方面主要應(yīng)用陰極保護(hù)、防腐層保護(hù)很多種措施。但是，油氣管道在運(yùn)行的過程中不可避免出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，因此，針對(duì)油氣管道以及保護(hù)時(shí)效問題進(jìn)行深入研究，找出相應(yīng)的解決措施，才能充分保證油氣管道的安全運(yùn)行。

1 油氣管道陰極保護(hù)影響因素分析

1.1 套管的影響

通常情況下在進(jìn)行油氣管道施工過程中都會(huì)在管道表面鋪設(shè)1 層套管，套管的作用是對(duì)油氣管道進(jìn)行良好的保護(hù)。而根據(jù)陰極保護(hù)基本原理可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陰極保護(hù)系統(tǒng)中外部電流進(jìn)入油氣管道內(nèi)部并達(dá)到金屬管道容納電子的額定值，才能讓金屬表面成為陰極保護(hù)系統(tǒng)中的負(fù)電位，由此才能達(dá)到對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)效果。但是，在陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際實(shí)施的過程中，由于油氣管道表面存在套管，從而對(duì)金屬管道形成屏蔽，從而使得絕大部分的電子只能停留在套管中，使得陰極保護(hù)失效。另外，我國油氣管道中套管的材質(zhì)通常都為鋼材，由于套管與金屬管道直接接觸，從而出現(xiàn)短路狀況，這樣不僅使得托管吸收的電子數(shù)量增加，而且可能引起金屬管道內(nèi)部電子出現(xiàn)外流情況，這樣就會(huì)進(jìn)一步加劇油氣管道的腐蝕。

1.2 電氣化設(shè)備的影響

由于油氣管道上方經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些電氣化設(shè)備，這部分電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)對(duì)深埋在地下的油氣管道產(chǎn)生一定程度的影響。所有的電氣化設(shè)備中電氣化鐵路對(duì)油氣管道的影響是最大的。電氣化鐵路在運(yùn)行過程中都會(huì)涉及到接觸系統(tǒng)和牽引供電網(wǎng)，接觸系統(tǒng)中的接觸導(dǎo)線會(huì)與承力索共同組成接觸網(wǎng)，而鐵路的鋼軌、接觸網(wǎng)以及大地組合后會(huì)共同形成1 個(gè)牽引供電網(wǎng)。眾所周知，大地與鐵路的鋼軌具有良好的保健性，因此，供電網(wǎng)中部分泄漏的電流會(huì)通過鐵路鋼軌進(jìn)入地下，從而在油氣管道周圍的土壤中形成了高電位的雜散電流，當(dāng)這部分雜散電流進(jìn)入到油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重的干擾陰極保護(hù)系統(tǒng)的電位移，一旦干擾作用超過陰極保護(hù)系統(tǒng)承受的范圍，就會(huì)導(dǎo)致油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)失效。通常情況下，當(dāng)雜散電流進(jìn)入到油氣管道負(fù)電位的時(shí)候，會(huì)在該位置形成陰極區(qū)域，從而使得該區(qū)域的油氣管道不會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，但是隨著金屬管道表面負(fù)電位的逐漸升高，就會(huì)導(dǎo)致金屬管道出現(xiàn)析氫反應(yīng)，由此就會(huì)造成油氣管道表面防腐層脫落。當(dāng)大量帶正電的雜散電流進(jìn)入油氣管道的時(shí)候，就會(huì)在其表面形成陽極區(qū)，該區(qū)域在雜散電流的作用下會(huì)發(fā)生劇烈的電化學(xué)反應(yīng)，從而造成金屬管道產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕[1]。

2 長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)失效的對(duì)策分析

2.1 提升管道本質(zhì)安全

由于油氣管道套管對(duì)金屬管道表面的陰極保護(hù)形成很大的影響，如果某個(gè)位置的套管出現(xiàn)漏點(diǎn)，就會(huì)進(jìn)一步加速油氣管道的腐蝕處理，不僅沒有很好的起到保護(hù)油氣管道的作用，甚至?xí)?duì)油氣管道的使用壽命造成嚴(yán)重影響。鑒于此，針對(duì)穿越電氣化鐵路的油氣管道要適當(dāng)?shù)奶嵘蜌夤艿赖谋诤瘢源藖碛行嵘蜌夤艿辣举|(zhì)安全。另外，還可以通過混凝土套管來進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)穿越道路油氣管道的有效保護(hù)，并在套管以及油氣管道表面之間鋪設(shè)具有良好絕緣性的支架，有效提升油氣管道的絕緣性能，這樣就能有效避免油氣管道受到雜散電流影響造成一級(jí)保護(hù)失效。如果在必要的情況下，針對(duì)油氣管道穿越的兩次可以采取犧牲陽極對(duì)屏蔽管道進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)。

2.2 接地排流方式

如果油氣管道在運(yùn)行過程中與電子化鐵路不能保證足夠的安全距離，要想進(jìn)一步提升對(duì)油氣管道的防護(hù)保護(hù)，接地排流是可行性最高的方案。但是該方式在具體實(shí)施的過程中必須要充分保證管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效性，還要保證接地排流不能對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際的保護(hù)效果以及保護(hù)范圍產(chǎn)生影響。

2.2.1 極性排流

極性排流不是充分利用油氣管道周圍土壤中產(chǎn)生的雜散電流來對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，這樣不僅能夠提升油氣管道防腐保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，而且實(shí)際操作過程非常簡(jiǎn)單，但是，該方法在具體實(shí)施的過程中會(huì)對(duì)周邊的其他構(gòu)筑物形成嚴(yán)重的干擾影響，非常容易導(dǎo)致構(gòu)筑物出現(xiàn)點(diǎn)位過負(fù)的現(xiàn)象，因此在一些具有交流干擾線上的區(qū)域不能進(jìn)行很好運(yùn)用。極性排流器主要是由二極管以及鎂陽極接地裝置共同組成。充分利用極性排流器中的二極管將油氣管道上的正電位與大地進(jìn)行相連，這樣就能夠很好的將陰極保護(hù)系統(tǒng)電位進(jìn)行保留。極性排流器在一些油氣管道中的實(shí)踐應(yīng)用表明，雖然其能夠有效減少金屬管道上的正電位，但是管道仍然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電位過負(fù)現(xiàn)象[2]。

2.2.2 鉗位式排流

鉗位式排流在油氣管道中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油氣管道表面交流電壓值的有效控制，但是其最大的缺點(diǎn)就是在交流電壓過大的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致直流電位產(chǎn)生變化，從而對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)效果形成一定影響，而且其實(shí)際的排流能力也比較有限，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中其排流設(shè)施遭到破壞的可能性非常大，而且針對(duì)排流設(shè)施的維護(hù)和管理也比較繁瑣，實(shí)際應(yīng)用成本比較高。另外，鉗位式排流在實(shí)際應(yīng)用過程中排流裝置中對(duì)接地材料的要求非常嚴(yán)格，必須要充分保證接地極與油氣管道的材質(zhì)保持一致，而且接地在實(shí)際的應(yīng)用過程中也會(huì)逐漸的出現(xiàn)腐蝕而產(chǎn)生消耗，電位也會(huì)隨著接地極的腐蝕而產(chǎn)生變化，如此會(huì)對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)形成進(jìn)一步影響。

2.2.3 固態(tài)去耦合器排流

在該方法中采用比較先進(jìn)的固態(tài)技術(shù)耦合器，耦合器的外殼為非金屬材質(zhì)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油氣管道上交流故障電流以及雷電流等的有效控制，對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)形成很好的保護(hù)作用，能夠有效延長油氣管道的使用壽命。與此同時(shí)，固態(tài)去耦合器排流能夠有效避免油氣管道在穿越電氣化鐵路的過程中出現(xiàn)雜散電流匯集的現(xiàn)象。在國外一些油田中會(huì)將固態(tài)去耦合器與接地體進(jìn)行結(jié)合使用，該方法能夠有效的降低感應(yīng)電壓，而且維護(hù)管理非常方便，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是其實(shí)際的使用成本比較高。

3 結(jié)束語

在油氣管道運(yùn)行的過程中加以保護(hù)是一種非常有效的防腐蝕途徑，但是當(dāng)油氣管道穿越道路的時(shí)候由于套管以及電氣化設(shè)備的影響，會(huì)在油氣管道周圍形成雜散電流，進(jìn)一步對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)形成了巨大的影響，甚至?xí)?dǎo)致油氣管道以及保護(hù)系統(tǒng)失效，加速油氣管道腐蝕現(xiàn)象。通過有效提升油氣管道自身性能，并采取合理的排流方式有效提升陰極保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。