油氣長輸管道陰極保護系統的影響因素與措施研究

（大慶油田工程建設有限公司化建公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

隨著國家的發展，我國油氣長輸管道的使用率和建設都達到了前所未有的高度。近年來，管道事故頻發，究其原因，管道腐蝕是造成事故的主要原因之一（其他原因包括外部影響、材料缺陷等）。很多管道安全事故的搶修進程相對困難，甚至可能引起火災、爆炸和污染等。所以，進行管道防腐蝕工作非常重要。陰極保護系統可以有效的防止管道腐蝕，大大提高了管道的使用期限和安全性。經實驗表明，沒有陰極保護的油汽長輸管道腐蝕率比使用陰極保護系統管道的腐蝕率快20倍之多。因此，確保管道陰極保護系統對于管道安全運行有十分重要的意義。

1 陰極保護系統的原理

目前我國管道及因保護系統采用強制電流以犧牲陽極為輔助的陰極保護法。陰極保護的原理是從電化學原理演變而來。例如，電池陽極易發生腐蝕，而陰極不容易發生腐蝕。所以，如果將金屬變成陰極，就可以有效地防止金屬腐蝕。陰極保護系統的原理是給金屬輸送大量的電子，使金屬整體處于電子過剩的狀態，金屬表面各個點達到同樣的負電位，所以金屬原子不容易失去電子[1]。（如圖1所示）。

圖1 管道強制電流陰極保護

從圖1的陰極保護原理可知，如果使管道陰極保護系統發揮作用，就必須讓電流達到管道的表面，這樣才能保證管道不受到腐蝕。

2 陰極保護失效分析

由上述陰極保護原理我們可知，陰極保護電流必須要到達管道表面，使管道處于電子過剩的狀態，從而保護管道、防止腐蝕。如果管道穿越時，運用鋼套管保護，所輸送的電流將直接達到鋼套管，減少油氣長輸管道本體所接收的電流，可能會帶來隱患。

上世紀我國長輸管道跨越河流時，主要采用鋼套管進行保護。但是，隨著時間的推移，很多鋼套管在多處段位發生腐蝕窗口、油品泄漏等事故。所以及陰極保護電流可能會被鋼套管屏蔽，使內部管道造成腐蝕。

另外，電氣化鐵路對油氣長輸管道陰極保護系統也具有一定影響。電氣化鐵路一般是采用帶回流線的直接供電方式，這種供電方式的接觸網由承力索、接觸導線組成，牽引網由接觸網鋼軌、大地、回流線組成，牽引回流由鋼軌、大地、回流線、返回牽引變電所[2]。（如圖2所示）。

圖2 帶回流線的直接供電方式示意圖

如圖2所示，牽引供電系統由接觸網、鋼軌及回流線構成一個完整的回路。利用接觸網與回流線之間的相互作用，使鋼軌中的電流回流，盡可能游回流線回到變電所。減少經鋼軌泄漏到大氣中的電流。交流電氣化鐵道是以大地作為第二根導線來傳送電流的，由于軌道和地面之間并不是完全絕緣，所以會有部分的電流泄漏到大地中，這樣就有可能會對附近的油氣管道及油庫產生安全隱患。

3 油氣長輸管道陰極保護系統的措施研究

3.1 電絕緣裝置的安裝

長輸管道電絕緣裝置有絕緣法蘭、絕緣接頭、絕緣固定支墩、絕緣襯墊和絕緣支撐塊等[3]。要采用性能達標的絕緣裝置，使保護距離增加。如果絕緣裝置失效，則會使油氣長輸管道的兩端形成電流，繼而造成腐蝕現象。所以，要盡量避免絕緣電流的失效。絕緣電流失效原因包括缺乏外部包裹、縫隙間存在雜質而形成短路、絕緣接頭脫落、絕緣接頭被雷電擊穿等。為了使絕緣裝置的性能達到最大，可以對絕緣裝置的兩端加強測量和監督。若出現問題，要及時采取相應措施，這樣可以保證陰極保護系統長時間穩定有效。

3.2 防止外部雜散電流的干擾

通常情況，油氣長輸管道線路較長，可能會與某些物體產生雜散電流，致使陰極保護系統失效。在受到雜散電流干擾的區域，盡量避免油氣長輸管道受到干擾，避開干擾源。將陰極保護系統進行調整，以達到緩解干擾的目的。

3.3 避免埋地管道與其他金屬相互干擾

在電流陰極保護系統中，若有油氣長輸管道埋入地下，應與其他金屬避開。若出現搭接的情況，即使電源設備正常運行，但是為了保持恒定的輸出電位，電源設備會增大電流，也會出現保護距離縮短或者中斷等現象，這樣就不能達到保護油氣長輸管道的目的。這種故障的出現概率偏低，但是查找這類故障的作業十分困難，需要管道保護工人和相關技術人員的全力配合。利用多種方法找到干擾點后，在進行有效措施的施行，恢復陰極保護系統的效果。

4 管道外層防腐措施

有很多油氣長輸管道由于埋入地底的時間過久而出現老化、變脆、外層脫離和剝落等現象，進而造成管道的腐蝕、穿孔，引起泄露事件。防腐層影響陰極保護系統的原因有幾個方面：首先，是選擇防腐層材料不適合管道。例如，蘆葦地帶不應使用瀝青、石油等容易被植物根莖穿透的材料作為管道防腐層；其次，防腐材料不合乎標準。通常要求埋入地下管道的防腐層應該有更好的防水性、防潮性、具有良好的抗陰極剝離性和較強的機械強度，對絕緣等方面的要求也較高。由于很多因素導致防腐層性能不達標，引發管道泄露事件；另外，在施工和運輸過程中，可能會出現防腐層被損壞現象，致使防腐層漏電點的數量增加，降低了油氣管道防腐層的使用效率。所以，在進行管道防腐層的選擇時要尤其注意。在施工和驗收階段都要嚴格的按照標準進行實施，加強防腐層的修護，從而保證陰極保護系統的正常運行。

5 結語

油氣長輸管道泄露事件對于人員人身安全和國家資源都具有很大的威脅性。所以，要控制長輸管道被破壞和腐蝕等現象。利用陰極保護系統加強對長輸管道的保護，提升監督管理力度，這樣才能有效的保證管道的質量和使用壽命。