油氣管道陰極保護技術現狀

安龍生，王正偉，周家堯，楊福，李博涵

(國家管網集團西南管道有限責任公司蘭成渝輸油分公司，四川 綿陽 621700)

0 引言

現階段，我國的經濟與科技得到了雙重發展，在社會競爭力不斷加大的社會背景下，對于油氣管道的質量和效率也有了更高層次的要求和標準，由此可見，油氣管道領域正面臨著嚴峻的機遇與挑戰。與此同時，陰極保護技術作為油氣管道保護的強有力支撐，是油氣管道順利運行的關鍵所在。為了進一步保障油氣管道的順利運行，就必須從加強應急保護技術的角度出發，去分析問題和解決問題，迫切需要將陰極保護技術進行進一步的加強與完善，在發展過程中不斷積累經驗和總結經驗，從而更好地順應時代發展的潮流，緊跟時代發展的步伐，使得陰極保護技術能夠切實滿足油氣管道的相關需要，提高陰極保護技術的實際成效，從而為油氣管道領域的發展提供更大的經濟效益和社會效益。

1 油氣管道陰極保護技術的概念分析及管道防腐的重要性

1.1 油氣管道陰極保護技術的概念

所謂陰極保護技術，實質上是一種電化學保護技術，其核心在于電解質的環境，在整個電解質環境中將金屬的電位向負向移動，以免達到蝕電位。該技術的作用主要是保護金屬不被氧化，在油氣管道中的應用范圍十分的廣泛，有著不可或缺的作用。與此同時，從陰極保護技術的分類上來看，主要分為犧牲陽極和外加電流兩大類，其研究熱點主要分為以下三方面：分別是交流雜散電流技術、在線監測技術和鋼筋混凝土保護技術[1]。

特別是針對油氣管道領域來說，陰極保護技術的應用十分廣泛。管道在應用陰極保護技術的過程中，陰極保護公式的計算以及相關數據的分析是基本的前提和條件，所計算的內容主要就是管道中的電位和電流的分布比，從而以分布比作為依據，更好地提高油氣管道的抗腐蝕性能。

1.2 管道防腐的重要性

眾所周知，油氣管道工程是我國重點發展的項目之一，且在現代化經濟與科技迅速發展的社會背景下，人們對油氣資源的需求量正呈現不斷上升的趨勢。在這樣的大環境下，也極大推動了我國油氣領域的相關發展，此領域面臨的既是機遇也是挑戰。但是，在實際的發展過程中，由于油氣管道本身就具有一定的安全隱患，很多油氣存在易燃、易爆、有毒、腐蝕等特性，特別是在長時間的運作下，導致在實際的運輸過程中經常會發生一些安全事故。而通過陰極保護技術，可以在很大程度上加強對管道的保護作用，更好地保障油氣運輸的安全性。

與此同時，油氣管道通常鋪設在地下，由于管道建設本身就具有一定的系統性，其涉及領域十分的廣泛，因此，在地下管道鋪設的過程中，具有一定的復雜性和難度性。與此同時，管道受客觀因素的影響較大，一方面表現在受地下環境的影響較大，首先地下資源豐富，也存在分布不均勻的問題，因此造成了很大的差異性；其次能量石油和天然氣管道周圍的環境相對復雜，氣候條件、土壤都是腐蝕管道的重要原因。

另一方面表現在受運輸物質的影響較大，極其容易引發管道腐蝕等問題，加劇了運輸過程中的安全隱患，導致安全事故問題屢見不鮮。除此之外，管道部流動加速了遠距離輸油管道的腐蝕速度，且在長時期不間斷的工作過程中，導致輸油管道出現了一定的磨損，大大降低了其使用壽命，影響了其性能的正常發揮，不僅大大增加了成本，而且會對自身及他人的生命安全造成嚴重的威脅。因此，管道防腐是當前油氣領域發展過程中的重點問題和難點問題，相關領域必須予以充分的重視，切實加強管道防腐的實際成效，加強管道保護，提高耐腐蝕性，更好地保障油氣領域的高質量發展。

2 油氣管道陰極保護影響因素

2.1 管道保護性套管會影響管道陰極保護效果

針對油氣管道的陰極保護，主要是通過讓陰極保護電流貫穿整個金屬表面，在管道金屬表面各個點就處在了同一點位，從而實現一定的保護的目的和作用。

但是，套鋼管套保護措施作為油氣管道陰極保護的一個重要環節，是必不可少的，而管套的主要作用就是為了進一步加強油氣管道的保護。在具體實施應急保護系統的過程中，管套會對金屬管道形成一個屏蔽狀態，在這一過程中就使得大量的電子停留在管套內，從而造成了應急保護失效的狀態。換一種角度來說，通過套管措施會在很大程度上導致陰極保護電流沒有辦法達到金屬表面，從而極大地影響了陰極保護的實際效果，導致管道表面無法保證電流的全面性。除此之外，在套鋼保護措施實施的過程中，受金屬管道與鋼套管接觸的影響，時常會導致短路故障的發生，導致陰極保護電流出現大量的流失，極大地影響了陰極保護系統的高效性、科學性和有效性[2]。

2.2 管道周圍的電氣化鐵路對陰極保護系統的影響

油氣管道是一項系統性的工程，且運輸的距離相對較長，管道四通八達，且受地下途徑環境的影響相對較大，油氣管道上方部分帶電設備對地下管道造成的負面影響相對較大，特別是在管線途經電氣化鐵路系統的過程中，對陰極保護的影響最大，對此必須予以充分的重視。

這主要是因為電氣化鐵路的運營涉及到網絡和牽引供電網絡等領域，且由于大地不是絕緣體，帶電的鐵路鋼軌在與大地的接觸過程中，大量的電路線路到鐵路沿線的大地中，是不可避免的一個問題，從而使得管線的周圍形成一個散亂的高電位電流。而這部分電流一旦進入管道的陰極保護系統后，就會對陰極保護系統中的電位產生一定的干擾。

通常情況下，在電流流入時，如果管道帶有負電就會形成一個陰極區，而這一陰極區對管道的陰極保護會產生其相應的影響，但是對陰極保護的區域有特定的標準，一旦管道金屬表面的電位負值超過了相應的標準，就極其容易導致析氫現象或者防腐層脫落的現象。在此基礎上，如若電流流入管道的陽極位置，勢必會引發電化學反應，從而對油氣管道造成極為不利的負面影響，例如電化學腐蝕等[3]。

2.3 其他可能影響陰極保護系統的因素

其他因素對陰極保護系統的影響也是不容小覷的，由于地下網管錯綜復雜，且數量相對較多，一個管道出現問題就會對其他的管道造成不同程度的影響，且均會對管道的陰極保護效果造成極為不利的影響。

3 陰極保護技術的現狀

3.1 整體現狀

現階段，隨著社會的發展，科學技術的進步，油氣管道陰極保護技術受到了社會各界的廣泛關注與支持，也在不斷應用和發展的過程中不斷完善，應用效果顯著。特別是在油氣管道領域的應用范圍不斷擴大，通過科學合理地借助互聯網技術和信息化技術手段，進一步加強了應急保護計算，電腦模擬技術等環節的應用效果，使得模擬測量的數據更加具備精確性和完善性。但是，從目前的發展現狀來看，油氣管道的防腐控制系統主要有防腐層和應急保護兩部分組成，且在此過程中受到的局限性較大，過程相對繁瑣，因此在實際的操作過程中極其容易引發工作失誤和安全隱患問題，例如一些機械碰撞、操作失誤、材料問題等。

其中，需要特別注意的是在陰極保護技術方面，具有很大的發展空間和提升空間，因此，必須從整體的角度出發去分析問題和解決問題，一方面要將整個系統進行全面的優化，加強防腐管道的科學控制，進一步加強防腐涂層的分析，加強應急保護，提高電流密度的科學評估，切實保障應急的安全性；另一方面必須進一步提高設備的先進性和可靠性，加大數字化應急保護系統的研發力度，全方位多層次，多角度地提高陰極保護技術，優化和提高管理水平[4]。

3.2 陰極保護技術現狀

陰極保護準則是陰極保護的核心指標，通過核心指標能夠進一步提高判斷標準的準確性和科學性，對于進一步加強應急保護的設計，切實提高和保障應急保護技術的正常運行有著積極的作用。而從國家制定的相關規定來看，電位值管、地界面極化電位是當前評判陰極保護準則的指標。管道陰極保護電位應該負于-850 mV，正于-1 200 mV。與此同時，陰極保護準則在溫度上也作出了明確的規定，當管道大于40 ℃時，管道的充分保護效能會大大降低，且溫度越高，陰極保護的實際效果越差。從當前油氣管道的實際現狀來看，我國大部分的油氣管道受到動態直流干擾，特別是在近些年來，隨著經濟的不斷發展，油氣管道所面臨的干擾也越來越多，導致油氣管道的電位，極其不穩定。在此基礎上，管道電位也與陰極保護技術的實際效果直接掛鉤。據可靠資料表示，一旦管道電位發生偏離現象，且偏離的時間越長，陰極保護的實際效果越差，從而導致陰極保護系統造成極大的干擾，導致其無法正常運行，嚴重的情況下會引發相應的安全隱患問題。除此之外，陰極保護系統本身也存在一定的交流干擾，一旦處理不當，便會加速管道的腐蝕，主要表現在自然腐蝕，阻礙腐蝕兩方面[5]。

3.3 管道管理現狀

從當前油氣管道陰極保護系統管道管理現狀來分析，不同的油氣管道類型要有不同的管道管理方式，且不同的管理方式要根據具體情況具體分析，確定科學合理的陰極保護系統目標。目前，油氣管道陰極保護系統的目標可以分為線路陰極保護系統和站場區域陰極保護系統兩大類，且隨著現代化社會的不斷發展，所有的線路管道均安裝有陰極保護系統，以便于更好地了解和反映，引起保護系統的運行狀況，對其進行直觀、清晰、科學、全面的了解。

為此，對逾 6 000 km油氣管道線路陰極保護系統及7座站場區域陰極保護系統進行了調查(如表1所示，其中P為管道斷電電位)。

表1 油氣管道陰極保護系統斷電電位統計表

結果顯示：在調查范圍內，各系統在陰極保護斷電電位的操作過程中，都沒有嚴格遵守應急保護的相關準則和標準，從而導致系統缺乏全面的管理和保護，仍然有大部分的管道處于欠保護或過保護的狀態。與此同時，對于石油瀝青及煤焦油瓷漆防腐層管道，主要風險是欠保護；對于3LPE和FBE防腐層管道，主要風險是過保護；對于區域陰極保護，主要風險是欠保護。在實際的測試過程中，大多數過保護是由直流干擾引起的。而引發上述情況的原因主要分為以下幾方面。

首先，陰極保護裝備，作為陰極保護技術實施的重要組成部分，是至關重要的，但是，我國很大一部分的油氣管道領域都沒有對通電電位予以充分的重視，甚至有一些管道公司對于通電電位的測量以及管道外檢測以年的單位計算，機器容易引發安全事故，且存在的誤差相對較大；其次，從管理的層面來看，人工測量電位的方式會浪費大量的人力、物力和財力，且人工測量的過程中，及其容易導致誤差的發生，導致測量結果不夠準確影響實際的判斷，工作效率和工作質量都難以得到切實的保障，無法切實獲得陰極保護系統的實際運行狀況[6]。

3.4 陰極保護裝備

陰極保護系統是由保護裝備構成的，主要包括陰極保護電源系統和測量系統，前者由電源和陽極地床組成，其中電源是核心裝備；后者由沿線測試樁、測量儀表及參比電極組成。與此同時，管道斷電電位作為陰極保護技術中的重中之重，是陰極保護準則中的一項重要判斷指標。從油氣管道陰極保護技術的現狀來看，當前的應急保護裝備能切實滿足自身發展的需要和社會發展的實際需求，雖然當前的陰極保護參數較之前的陰極保護有了質的飛躍，一方面，能夠有效降低人為勞動的勞動量，提高工作質量和效率，加強電位數據的可靠性和準確性，同時對數據量也有了更大的兼容性能；另一方面，在測量和記錄管道沿線電位的過程中，實現了對管道膠質瘤干擾的檢測，便于進一步發現問題、分析問題和解決問題，特別是針對沿線干擾源分布方面，以及管道防腐層狀況的探究有著積極的意義和深遠的影響?？蒲腥藛T仍然需要進一步加大研究力度，積極學習新思想、新技術、新理念，進一步提高電位測量功能的應急保護裝備是當前的重中之重，也是油氣管道領域陰極保護技術進一步發展的重要保障和重要發展方向[7]。

3.5 陰極保護與防腐層兼容性評價技術

防腐層與陰極保護系統息息相關，二者緊密聯系，相輔相成。因此，進一步提高二者之間的協同性和兼容性是當前油氣管道陰極保護技術提高的關鍵所在，相關領域必須予以充分的重視。與此同時，為了進一步提高應急保護與防腐層兼容性評價技術，必須進一步落實應急保護系統的實際成效，特別是針對防腐層的漏電問題，進行有針對性的分析和解決?；诖?，可以從防腐層電阻率以及陰極保護電流密度兩方面著手進行，一方面表現在防腐層的電阻率會對陰極保護的電流密度造成極大的干擾；另一方面陰極保護的密度也在很大程度上與應急保護系統的保護能力直接掛鉤。簡而言之，防腐層的電阻率與陰極保護的電流密度有著密切的聯系，二者都會對整體的陰極保護技術造成直接性的影響。與此同時，針對防腐層的漏點，必須充分結合管道施工及運行的具體情況進行深度分析，進一步加強管道施工及運行過程中的監督和管理力度，切實提高整個流程的規范性，最大化地保證防腐層的每一個漏點都能夠得到有效的保護。除此之外，進一步加強和分析防腐層的物理性能，也是進一步提高陰極保護技術優良性的重要途徑，通過這樣的方式可以進一步加強陰極電流保護的密度，實時了解應急保護系統輸出的電流狀況[8]。

4 結語

綜上所述，陰極保護技術是當前社會發展過程中的一個熱點話題，受到社會各界的廣泛關注與支持，與油氣管道息息相關，有著不可或缺的作用，同時也是進一步保證油氣管道運輸的一項關鍵性技術，對油氣領域的發展有著重要的意義，是現代化社會發展背景下的必然趨勢和必然結果。但是，由于油氣管道具有一定的特殊性，因此，在實際建設過程中具有一定的復雜性和難度性。與此同時，從當前陰極保護技術的發展現狀來看，仍然存在諸多的技術問題，尚未得到科學、有效的解決?；诖耍嚓P領域必須予以充分的重視，全方位、多層次、多角度的優化和改善陰極保護技術，旨在進一步發現問題、分析問題和解決問題，從而更好地加強油氣管道的保護作用，提高油氣管道運行的安全性和高效性，促進油氣管道的順利運行，為油氣領域的高質量發展提供強有力的基礎保障。