油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)有效性影響因素

邱鑫

【摘 要】近年來(lái)，伴隨著我國(guó)能源行業(yè)的快速發(fā)展，其帶動(dòng)了能源運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，特別是在石油、天然氣的管道運(yùn)輸方面發(fā)展迅速。目前，管道運(yùn)輸是我國(guó)石油、天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑捎谟蜌忾L(zhǎng)輸管道常年埋藏在地下，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中存在著諸多的安全問(wèn)題，其中管道腐化問(wèn)題最為明顯，而陰極保護(hù)能有效地防止管道腐化的問(wèn)題，增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的壽命。本文針對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)有效性影響因素進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】油氣長(zhǎng)輸管道；陰極保護(hù)；影響因素

引言

油氣長(zhǎng)輸管線的穩(wěn)定、安全運(yùn)行對(duì)國(guó)家的戰(zhàn)略能源安全有著非常重要的作用。而油氣長(zhǎng)輸管道在日常的運(yùn)行過(guò)程中受到種種因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況，導(dǎo)致管道安全運(yùn)行受到威脅。陰極保護(hù)是油氣長(zhǎng)輸管道常用的一種防腐技術(shù)。陰極保護(hù)的基本原理如下：在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，如果陽(yáng)極首先發(fā)生腐蝕那么陰極金屬就不會(huì)發(fā)生腐蝕。利用這一基本原理，在管道防腐過(guò)程中為管道金屬補(bǔ)充足夠的電子，這樣被保護(hù)的金屬表面就會(huì)充滿過(guò)剩的電子，而且都處在同一負(fù)電位，這樣被保護(hù)的金屬原子就不會(huì)被輕易離子化。

1管道腐蝕現(xiàn)狀及原理分析

目前，我國(guó)大多數(shù)管道都采有涂層防腐的方式降低管道腐蝕速率，所采用的涂層技術(shù)有環(huán)氧煤瀝青防腐層、3PE防腐層等，盡管這些涂層技術(shù)使得管道腐蝕速率大大降低，但是不管涂層的質(zhì)量如何，涂層上都會(huì)存在一定的缺陷，例如針孔等，這些缺陷主要是在材料加工及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生的。當(dāng)涂層及管道埋設(shè)于地下以后，受到土壤及地層活動(dòng)的影響，會(huì)使得涂層缺陷擴(kuò)大化，進(jìn)而管道無(wú)法被有效保護(hù)，使得管道腐蝕速率增加，這種嚴(yán)重的管道腐蝕問(wèn)題將嚴(yán)重威脅油氣管道的安全，因此，必須進(jìn)一步采取措施降低管道腐蝕速率。

2影響管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的主要因素

2.1管道保護(hù)性套管會(huì)影響管道陰極保護(hù)效果

油氣長(zhǎng)輸管道的陰極保護(hù)就是要讓陰極保護(hù)的電流充滿管道的金屬表面，在管道金屬表面各個(gè)點(diǎn)就處在了同一點(diǎn)位，而且電子也處在過(guò)剩的狀態(tài)下，這就對(duì)管道形成了很好的保護(hù)作用。但是當(dāng)管道在穿越的時(shí)候會(huì)采取鋼套管保護(hù)措施，從而導(dǎo)致陰極保護(hù)電流沒(méi)有達(dá)到管道金屬表面，而是直接聚集在了鋼套管表面，從而導(dǎo)致管道的陰極保護(hù)失效。此外，如果管道采取了鋼套管保護(hù)措施，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)金屬管道與鋼套管接觸后發(fā)生短路的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)也有較大的影響。因此，管道金屬表面與鋼套管接觸出現(xiàn)短路后，陰極保護(hù)電流就會(huì)出現(xiàn)大量流失的現(xiàn)象，陰極保護(hù)就會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

2.2管道周圍的電氣化鐵路對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響

油氣長(zhǎng)輸管道由于距離較長(zhǎng)，因此途徑的環(huán)境也非常復(fù)雜，環(huán)境的影響也會(huì)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，而在管線途徑電氣化鐵路系統(tǒng)的時(shí)候?qū)艿赖年帢O保護(hù)的影響是最大的。電氣化的鐵路系統(tǒng)中通常都會(huì)存在接觸系統(tǒng)以及牽引供電網(wǎng)，牽引供電網(wǎng)是由鐵路的鐵軌、地面、接觸網(wǎng)等功能共同組成的，因?yàn)榇蟮夭皇墙^緣體，因此，帶電的鐵路鋼軌在與大地的接觸過(guò)程中會(huì)有大量的電流泄漏到鐵路沿線的大地中，這樣途徑電氣化鐵路的長(zhǎng)輸管線周圍就會(huì)形成散亂的高電位電流，這部分電流進(jìn)入長(zhǎng)輸管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)后，就會(huì)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)中的電位產(chǎn)生一定的干擾。當(dāng)干擾超出了陰極保護(hù)系統(tǒng)的范圍時(shí)就會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)失效。通常情況下，長(zhǎng)輸管道帶有負(fù)電的位置如果有電流流入的情況下，就會(huì)形成一個(gè)陰極區(qū)，該陰極區(qū)對(duì)管道有陰極保護(hù)的作用，但是管道的金屬表面電位負(fù)值過(guò)大的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)析氫的現(xiàn)象，導(dǎo)致長(zhǎng)輸管道表面出現(xiàn)防腐層脫落的現(xiàn)象，而雜亂電流流入到管道的陽(yáng)極位置時(shí)，不僅會(huì)誘發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，而且反應(yīng)的程度比較強(qiáng)烈，從而引起了油氣長(zhǎng)輸管道的電化學(xué)腐蝕。

2.3其他可能影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的因素

除上述情況外，地下管網(wǎng)交叉鋪設(shè)，彼此之間的陰保系統(tǒng)互相影響，地上電力設(shè)備等產(chǎn)生的雜散電流等因素，均會(huì)對(duì)長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)效果產(chǎn)生影響。

3管道陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)措施

3.1陰極保護(hù)方案選擇

目前，常見(jiàn)的管道陰極保護(hù)方法主要有兩種，分別是犧牲陽(yáng)極的保護(hù)法及外加電流的保護(hù)法，這兩種方法存在原理上的區(qū)別，但是都可以對(duì)管道起到有效的保護(hù)，對(duì)于油氣長(zhǎng)輸管道而言，一般都采用外加電流的保護(hù)法，這主要是因長(zhǎng)輸管道的距離相對(duì)較長(zhǎng)，且受到外界雜散電流的干擾相對(duì)較小。此外，對(duì)于新建設(shè)管道及已建管道部分地段（如穿江、河等地段）會(huì)同時(shí)采用犧牲陽(yáng)極法和外加電流法對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，起到相輔相成的作用。

3.2采取接地排流的方式確保陰極保護(hù)系統(tǒng)正常

如果管道在途徑電氣化鐵路系統(tǒng)的時(shí)候不能完全將兩者進(jìn)行安全的隔離，那么可以采取接地排流的方式來(lái)進(jìn)行保護(hù)，但是，接地排流的實(shí)施同時(shí)也要保證管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，避免出現(xiàn)接地排流與管道陰極保護(hù)出現(xiàn)沖突的現(xiàn)象，從而對(duì)管道的陰極保護(hù)效果造成影響。極性排流：該排流方式充分利用了散亂的電流對(duì)管道形成極好的保護(hù)作用，在實(shí)際的應(yīng)用中不僅操作簡(jiǎn)單，而且經(jīng)濟(jì)性也較好，但是采取極性排流后會(huì)對(duì)其周邊的構(gòu)筑物造成一定的干擾作用，容易導(dǎo)致構(gòu)筑物出現(xiàn)電位過(guò)負(fù)的現(xiàn)象，在交流干擾區(qū)域內(nèi)該方法的實(shí)用性較差。油氣長(zhǎng)輸管道在選擇排流方式來(lái)去除分散電流的過(guò)程中，要充分的結(jié)合長(zhǎng)輸管道出現(xiàn)分散電流現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)合理的選擇排流方式，排流裝置完成安裝后要及時(shí)的開(kāi)展監(jiān)測(cè)并將設(shè)備調(diào)試到最佳狀態(tài)，這樣才能確保管道的陰極能夠時(shí)刻處在合理的范圍內(nèi)，充分發(fā)揮出陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)作用，避免油氣長(zhǎng)輸管道在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)腐蝕的情況。

3.3失陽(yáng)極造陰極的保護(hù)措施

此保護(hù)措施的實(shí)施原理較為簡(jiǎn)易。主要在管道的外壁附著一層比管道金屬因子更為活躍的金屬材料，促使管道金屬、所附著金屬材料、水蒸氣扥電解質(zhì)共同融合成原性電池，其中陽(yáng)極是尤其活躍的金屬、陰極則是管道，兩者共同暴露在腐蝕物質(zhì)面前，而陽(yáng)極活躍金屬被持續(xù)性腐蝕，管道相對(duì)則被保護(hù)起來(lái)。在進(jìn)行此項(xiàng)防腐措施過(guò)程中，首先根據(jù)運(yùn)輸管道的所處地理環(huán)境、管道長(zhǎng)度、管壁厚度進(jìn)行分析，確保活躍金屬材料的放置位置、用量能夠最大范圍是發(fā)揮其效用。

3.4外加電源的陰極保護(hù)措施

該防護(hù)措施在管道防腐蝕方面的應(yīng)用情況較少，特殊環(huán)境情況下除外。從理論參考角度來(lái)說(shuō)能起到一定成效，其使用方式"簡(jiǎn)單粗暴"，通過(guò)對(duì)金屬管道外壁增加電源，以起到保護(hù)管道外壁的作用。使用較少主要因?yàn)楣艿垒斔徒橘|(zhì)本身即是易燃易爆物品，如果電流的設(shè)置無(wú)法確保其百分百安全、有效或發(fā)生意外時(shí)難以控制，即很大程度上出現(xiàn)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)外加電源的陰極保護(hù)措施的具體實(shí)施過(guò)程中，也需要按照管道所處環(huán)境的不同、管壁厚度等等因素確定具體設(shè)置的電流量與電壓數(shù)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，成效與綜合成本的比例略低于犧牲陽(yáng)極造就陰極的防護(hù)措施。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，在油氣長(zhǎng)輸管道的運(yùn)行過(guò)程中陰極保護(hù)系統(tǒng)是一種非常有效的防腐蝕途徑，而在長(zhǎng)輸管道穿越時(shí)采取的鋼套管保護(hù)以及電氣化鐵路在大地中形成的雜散電流對(duì)長(zhǎng)輸管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)有非常大的影響，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致管道陰極保護(hù)的失效，使得長(zhǎng)輸管道出現(xiàn)腐蝕情況，影響了常熟管道的正常運(yùn)行。而通過(guò)研究提出了提升管道自身性能以及采取接地排流等方式能夠很好的解決陰極保護(hù)失效的問(wèn)題。充分保證了長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)行。

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（作者單位：中石油山東輸油有限公司）