大連機場某輸油管道陰極保護整改及效果評價

劉曉龍 張福忠

（1. 青島鋼研納克檢測防護技術有限公司，山東 青島 266071；2. 中國航空油料有限責任公司大連分公司，遼寧 大連 116033）

0 引言

隨著人們對陰極保護技術的深入認識以及陰極保護技術在應對管道腐蝕破裂上的顯著效果，使得陰極保護技術得以在輸油、輸氣及供水埋地鋼制管道等領域迅速發展，新建場站及管道施加陰極保護已成為必備措施，已建成場站及管道追加陰極保護技術也成為一個大趨勢[1]。

大連機場某輸油管道有兩根輸油管線，一條為發油管道，管徑φ159mm；一條為收油管道，管徑為φ219mm。兩條管道同溝并行鋪設，管溝長度約為4.5Km，管道于2002年建成并投產，產權歸中國航油集團大連石油公司，管道設計壓力1.6MPa，采用環氧煤瀝青防腐層，管道沿線經過村鎮人口密集區、空軍建設用地，人類的生產生活對管道存在很大影響。

兩條輸油管道在罐區外及泵房外油庫端均安裝有絕緣法蘭，我司委托專業陰保檢測師對管道檢測發現：管道沿線沒有施加陰極保護，管道的自然電位在-0.45V左右。此外，由于大連地鐵雜散電流影響，管道遭受直流干擾影響較大，管道的管地電位在-0.35～-0.62 V，根據GB 50991-2014《埋地鋼質管道直流干擾防護技術標準》中5.0.2規定“當任意點上的管地電位相對于自然電位正向或負向偏移超過20mV時，應確認存在直流干擾；當任意點上的管地電位相對于自然電位正向偏移大于或等于100mV時，應及時采取干擾防護措施”，此管道需要施加陰極保護以消除自然腐蝕及直流雜散電流對管道的影響。

此外，輸油管線某些區段采用環氧煤瀝青防護，經過開挖驗證，外防腐層老化嚴重，特別是在近庫站端，由于穿越污水區及生活區，土壤中腐蝕離子含量高，管道外防腐層幾近失效狀態。

1 陰極保護簡介

陰極保護是在被保護的金屬表面通入足夠大的陰極電流，使其電位變負，從而抑制金屬表面上腐蝕電池陽極的溶解速度。在被保護的金屬表面注入陰極電流，根據電流的來源分為犧牲陽極法和外加電流法兩種方法[2]。

（1）犧牲陽極保護法

在需保護的金屬設備和另一種當做溶解陽極的金屬之間安裝一電解裝置，利用金屬的溶解提供陰極電流，被選作犧牲陽極的金屬一般是鋅合金、鋁合金、鎂合金等，其重要的性質是能夠以相對于被保護金屬而言更負的電位，且以相對均勻的速度被腐蝕溶解，以提供平穩的保護電流。由于作為犧牲陽極的金屬的腐蝕溶解，可以使被保護金屬的陽極電位移向更負的位置，當兩種金屬的平衡電位相同時，輔助金屬相當于陽極，而被保護的金屬變成了陰極。很明顯，此時整個金屬溶解速度會增大，但溶解的是被用作“犧牲”的輔助金屬，被保護金屬的溶解速度大大降低。在20世紀60～70年代初期，船殼的保護大部分就是采用犧牲陽極的陰極保護法；

（2）外加電流保護法

利用靠外部電源提供陰極電流，這時的陽極材料選用鋼鐵、石墨、高硅鑄鐵、鉛銀（2%）合金、鍍鉑的鈦等，稱為輔助陽極。這是一種應用更廣泛的陰極保護法。采用外加電流的陰極保護系統，可以得到較大的保護電流，所以這種系統對于高電阻和低電阻的介質都適用，它主要是用來保護有隔離涂層的很長的金屬結構。

它的優點在于保護電流容易調整，因而就有可能根據保護狀態的變化而隨時保持所需要的保護電位。采用這種保護方法時，應當注意到，由于外加電流的作用，任何靠近被保護結構的金屬構件，都可以看作為低電阻的導體，而遭到嚴重腐蝕[3]。

2 管道現狀及整改措施簡介

全線管道未加陰極保護措施，在管道上直接施加陰極保護，設備的接地對電流影響較大，管道得不到有效保護。

針對以上問題，我們提出的整改意見如下：

首先，對于全線管線陰極保護重新制作深井陽極地床，如圖1所示，采用貴金屬氧化物輔助陽極（MMO輔助陽極）。此外，在管線每隔1Km設置測試樁一座，用以檢測管道保護電位是否達標（-850～-1200mV）。在庫站端附近，地形及環境復雜，腐蝕因素較多，管道存在硫酸鹽還原菌（SRB）腐蝕風險和污水缺氧環境，其最小保護電位應達到-0.95V，通過安裝鎂合金犧牲陽極，以確保管道達到國標要求的保護電位；

圖1 深井陽極安裝示意圖

此外，對于為了補充管道埋深及定位走向信息，便于對管道周圍施工取土指導，有效地防止第三方破壞，還能對管道后期開挖、增加犧牲陽極陰極保護等提供準確的地理信息[4]。本次線路整改過程中還利用DM管道檢測儀和RTK定位儀對管道的埋深和走向進行了精確的測量，在測量過程中每5m統計一個點，每10個點取其埋深的算數平均值作為這50 m管段的平均埋深并對其進行編號，在管道的彎頭位置做精確記錄。

由于場站管線復雜，宜采用深井陽極陰極保護技術，以減少對其他管道及構筑物的影響。最后，在輸油管道上安裝每隔1Km安裝一座測試樁，以檢測陰極保護效果。

3 陰極保護效果評價

將陰極保護整套設備安裝好之后，恒電位儀開機運行，調節恒電位儀輸出至通電點斷電電位達到-1.2V并沿管道方向通過路由上的各測試樁再次測量輸油管道的保護電位，其測試結果如表1所示。

表1 各測試點保護電位測量統計表

通過電位測量可以看出，整條管道的電位都在-1.1～-1.2V之間，根據GB/T 21448-2017中的極化電位-850mV準則，當構筑物相對于銅/飽和硫酸銅參比電極的極化電位至少為-850mV時，就能達到充分保護，管道的腐蝕速率小于0.01mm/a[5]。

4 結語

對大連機場某航油地下鋼制輸油管線采用“深井陽極區域保護”技術進行陰極保護改造，通過對管線沿途測試樁的保護電位測量可以發現，在長達2年的運行保護期內，管道保護電位符合-850mV準則，管道處于保護狀態，在現實運營過程中輸油管道外表面無腐蝕現象發生，表明將深井陽極區域保護技術應用于鋼制輸油管道的腐蝕防護中是積極可行的。此外，在施工過程中還運用DM管道防腐層檢測儀對輸油管道的埋深、定位進行準確測量，補充了未知管線的位置、走向、埋深等信息，為管道的安全穩定運營提供了保障。