長輸石油管道陰極保護技術分析

李世超

（中國石油工程建設有限公司北京設計分公司，北京 100000）

1 陰極保護技術的分類與應用原理

1.1 技術分類

陰極保護技術在正式使用時可分成強制電流法與犧牲陽極法。將電源系統負極與保護性目標金屬相連接，電源可對目標金屬增加一定量的陰極保護電流，使金屬表面電位出現負向偏移現象，對金屬進行規范性保護，該類保護性原理為強制電流法。在使用強制電流法時可連續調整輸出電壓，降低外界環境的影響，增強保護方式的可靠性[1]。對于犧牲陽極法來說，將自腐蝕電位比中的被保護構筑物陽極金屬連接到被保護結構上時，可采取犧牲陽極法，將被保護構筑物連接到陰極系統中，對目標金屬腐蝕現象進行針對性控制，擴展陰極保護技術的應用范圍。

1.2 應用原理

石油輸送管道在正式運行時，運行狀態會受到多重要素影響，管道會產生不同程度的腐蝕問題，而該類腐蝕現象的出現原因為金屬與外界形成一定的電化學反應。系統內部要存有陰陽極，陰極多為獲取電子后還原的一側；陽極為失去電子氧化的一側。陰陽極在正式出現后，將出現數值相偏離的電位差，產生電位差后，可快速促成電化學反應。陰陽極若處在連通以后的電解液內，而電解液內部可存在自由移動性較強的活化離子，加速陰陽極中的電化學反應。在控制電子與離子的流通時，要觀察電化學反應的流通狀態，確保其始終處在流通形式中。出現上述狀態后，石油管道內部的金屬將產生腐蝕現象，金屬表面電位與金屬自腐蝕電位值相符，加快腐蝕速度。若能科學使用陰極保護技術，則表面電位會與原有的平衡性電位相偏離，終止金屬腐蝕進度。

2 陰極保護裝置產生的故障危害與形成故障的原因2.1 故障危害

石油長輸管道在正式運行時，要合理保護管道，而該類管道建設使用中又存在漏電、絕緣不良的故障。使用陰極保護裝置時，可發現該類設備在運行期間常產生管道保護距離縮減、輸出電流增大的問題。在犧牲陽極系統內，犧牲陽極組會快速增加輸出電流，且該電流超出電流保護標準。引發陰極保護裝置問題的主要原因為未被保護的構筑物與已被保護的金屬管道形成“短路”，也被稱為“接地故障”。若想判斷強制電流陰極保護系統陽極地床與電纜器的連接狀態，可使用輸出電流檢測法，率先開啟恒電位儀，再在恒電位儀內部的陽極輸出側連接電流表，若該類電流值為0，可說明該區域存在斷路問題。在出現斷路現象后，陰極保護系統難以正常工作，石油長輸管道的運行狀態也會產生較大問題，嚴重縮減陰極保護技術的使用狀態。

2.2 故障形成原因

引發陰極保護裝置出現質量問題的主要原因為絕緣法蘭漏電與施工規范程度不佳。絕緣法蘭產生漏電或失效現象后，石油管道的陰極保護裝置會產生較大故障。當絕緣法蘭的質量不佳時，運用一段時間后，其內部的絕緣零部件將產生變質或受損，降低法蘭器件的絕緣性。漏電位置多發生在非保護管道與保護管道的交叉處，絕緣法蘭位置也較易產生漏電問題[2]。由于地下管網的復雜程度較高，多條線路會與被保護管道形成交叉狀態，要依照石油長輸管道的實際建設情況，多方位檢查與反復測量，精準確認漏電故障位置。施工規范程度不佳也會引起管道故障。比如，在兩條管道中，若一條為未保護管道，另一條為陰極保護管道，進行兩條管道的交叉施工時，兩條管道之間的凈垂直距離要保持在0.3 m 左右，并在交叉點附近安置合適的絕緣裝置。相關人員未依照上述標準開展施工操作時，相應管道在完成埋設后，受土壤應力影響，內部管道將會相互搭接，使絕緣層產生破損現象，即各金屬間緊密相連，生成漏電點，增加石油管道應用的危險性。在明確長輸石油管道的運行過程后，為增強管道運行安全，在管道系統中采用陰極保護技術，安置保護性裝置，強化石油管道運輸的整體安全。

3 陰極保護技術在長輸石油管道中的實踐運用

3.1 安裝恒電位儀

完成了陰極保護技術的準備性工作后，要率先安裝恒電位儀。為加強對長輸石油管道的保護性，要根據該類管道系統的實際情況開展恒電位儀安裝工作。相關人員須科學觀察石油管道的運輸位置，明確該運輸位置周圍的具體情況，及時提取天氣、溫度、濕度等外部環境指標，在各項數值的規范下，適時確認石油管道的位置設計效果。若想提升石油管道運輸的安全性，安裝恒電位儀時需合理設置裝置的安裝使用數量，利用對使用過程與運用數量的規劃，全面增強石油管道運輸的安全性。完成石油管道恒電位儀的安裝后，要及時檢測該類設備的內部數據參數，利用對該項數值的合理規劃，提升設備儀器的使用安全，確保石油管道的整體運輸質量。使用恒電位儀前，要對該類裝置開展試運行工作，適時提取裝置內部的各項參數，對各項參數的變化過程進行合理規劃，增強長輸管道的整體運行質量。

3.2 設計參比電極

進行恒電位儀設計的過程中，要進行參比電極與匯流點的設計。設置參比電極與匯流點時，要將匯流點安裝在管線出站的位置，匯流點設置在絕緣接頭的外側，借助對絕緣接頭的科學性使用，有效增強匯流點設計使用的安全性。進行匯流點設計過程中，要在該位置適當增設參比電極與防爆炸接線箱，利用對該類裝置的持續性使用，有效延長該類裝置的使用時間，確保裝置運用的安全性。一般來講，參比電極帶有極強的長效機制。安裝防爆炸接線箱時，要適時檢測已完成安裝的陰極保護系統，對陰極保護系統的裝置位置進行合理規劃，并將處在匯流點附近的參比導線連接到對應的設備中。完成防爆炸接線箱的安裝后，要及時檢測該裝置附近的電纜安裝情況，確保零位接陰電纜與陰極電纜全都處在防爆炸接線箱中，提升該項裝置使用的科學性、安全性。為加強不同匯流點的應用安全，在完成參比電極與匯流點的整體安裝設計后，還要在匯流點處適當修補絕緣材料，完善整個陰極保護系統。

3.3 設置陽極地床

陽極地床分為深井陽極和淺埋陽極。輔助陽極地床為電流陰極報站中的重要構成，要利用陰極保護設備將被保護管道內的陰極極化流輸送到土壤中，受到土壤內部導電離子與水分的傳輸后可將其傳導至管道表面，使陰極保護導電回路變得更為完整。當前陽極地床共存在深井陽極地床與淺埋陽極地床兩種形式，前者埋深多在15 m 以下，后者埋設在冰土層深度下。深井陽極地床多運用在地表土壤高電阻率與存在金屬構筑物的附近，可利用對電流分布的持續性控制，最大化縮減電壓梯度變化。設置淺埋陽極地床前，要明確該項裝置的內部構成，即包括存在對應長度電纜的硅鑄鐵陽極或者混合金屬氧化物陽極，該類材料的數量由陰極保護電流計算，完成材料的準備后，要將材料埋藏在地床中，該地床與管線的距離在200 m 以上，且呈現垂直狀態。淺埋陽極在進行填埋過程中，要對深度提出較高要求，即陽極頂部和地面的距離要遠離2.5 m 左右，各陽極間的距離也要保持在5 m 左右[4]。完成輔助陽極的填埋工作后，要利用填包料完成包裹工作，填包料內部多帶有直徑在15 mm 左右的焦炭粉，其包裹厚度要保持在100 mm 上下。埋設陽極地床期間，要科學挑選埋設位置，對該項位置進行合理規劃，不可選擇存有構筑物的區域，無論地上還是地下，要盡量挑選在潮濕且地勢較洼的區域，實際施工時還要依照實際情況進行針對性調整。日常運用陽極地床期間，還要對該類裝置開展定期維護和檢查工作，專業人員可對操作期間的電阻變化進行針對性改進，在發現數值變化幅度較大的區域后，要及時分析引發數值變大的原因，并對相關設備進行切實完善，使設備內部電壓始終處在穩定的運行狀態。日常應用陽極地床裝置時，要對該類設備進行合理檢測，使裝置內部的各項系數處在標準范圍內，全面增強設備使用效果。

3.4 控制鋅接地電池

完成陽極地床裝置的安裝工作后，要根據陽極保護技術操作原理，適當控制鋅接地電池，使該類電池的安裝使用處在標準范圍內。比如，在當前的陰極保護手段中，要明確設置鋅接地電池的主要目的，利用該項裝置來加強電絕緣接頭使用的科學性。電絕緣接頭在使用過程中，受多重要素影響，極易出現更大風險，嚴重威脅該類接頭使用的安全性，而在安裝了鋅接地電池后，電絕緣接頭的安全性得到了保證，無論在使用中還是使用后，都增強了該類接頭的安全性、穩定性。在完成鋅接地電池的設置后，還要將該類裝置放置在管線與電池內部電纜的連接處，并借助防爆接線箱來增強該項裝置使用的科學性。日常操作時，合理確認鋅接地電池的用途與使用方法，將該類電池的內在隱患控制在一定的場地范圍內，提升電池使用的科學性，并對各絕緣位置進行針對性控制，增強陰極保護技術的應用安全。

3.5 安置測試箱

測試箱的安裝是陰極保護技術運用的重點內容。進行石油管道傳輸建設期間，應適時確認石油管道的建設位置、傳輸狀態，科學控制管道系統的各項裝置設施，根據當前項目的施工順序，在完成了新接地電池的安裝后，要進行防爆接線箱與測試箱的安裝工作[5]。進行各項裝置的安裝與埋設時，合理確認防爆接線箱與測試箱的安設位置，盡量將其安置在絕緣位置附近，增強該類設備的使用頻率與運用效果。要將防爆接線箱與測試箱安置在石油管道的左側，盡量與管道邊緣保持恰當距離，間隔長度多維持在1 km 左右。還要在石油管道長輸管處安置電位測試樁，該項裝置也需沿管道間距維持在1 km 的距離，并在沒間距5 km 處安置測試電流的測試樁。正式安裝使用防爆炸接線箱時，要科學規劃該類裝置的流經范圍，即該裝置須處在絕緣接頭、匯流點附近。埋設防爆炸接線箱前，合理設置該項裝置的內部參數，將各項參數適當把控在標準范圍內，全面增強設備埋設質量，增強防爆炸接線箱與測試樁的應用安全，高效擴展該類裝置的應用范圍。完成陰極保護技術的設備安裝后，還要在多個管線破損處進行適當的防腐處理，即修補使用不同類型的補傷防腐材料，全面增強設備裝置的安裝使用質量，保障長輸石油管道的運行安全。

完成測試箱的安裝以后，若想增強陰極保護技術的運用效果，還要合理規范陰極保護測量技術，將標準電阻法與雙電流表法運用到測量工作中。應用標準電阻法時，測試導線的長度要在1 m 以內，且截面積不低于4 mm2，在該類數值的保證下，縮減導線內阻中形成的測量誤差。實際操作中要將電阻串聯至陰極保護的回路內，并借助電壓表來測試電阻兩側電壓。而對于雙電流表法而言，要在正式使用該方式前選擇型號相同的2個數字萬用表，保證其在相同量程中的內阻值相同。首先，將電流表串聯到測量回路中，獲取電流值。其次，要將另一個電流表串聯到此前電流表所在的測量回路中，該階段兩個電流表的電流與電流量程相同。最后，要合理記錄兩個電流表中電流數據的運行變化，將平均值當成陰極保護電流的標準值。

4 陰極保護技術在長輸石油管道建設中的維護管理措施

4.1 科學維護陰極保護設施

日常工作中，要定期開展陰極保護設施的維護檢查工作。①精準檢測陰極保護恒電位儀的避雷器，判斷其是否處在接地狀態中，恒電位儀接地電阻要始終保持在10 Ω 左右。②根據陰極保護設施的運行情況，適當判斷電氣儀表的應用狀態，科學檢測儀表內部的通電點電位數、電流與電壓值的變化，若存有變化，在完成位置記錄后，要及時查明原因并加以解決。③檢測配電盤中熔斷器保險絲的連接情況，科學判斷各項元件的使用情況，若某元件在運用時存有機械障礙，則要立即更換該類元件。④適時觀察電氣設備內部電路安裝與接觸的牢固性，明確陰極保護技術下各通電點、陽極地床與電源導線的接頭牢固程度，提升陰極保護技術的安裝應用效果。

4.2 合理檢修陰極保護管道

針對陰極保護管道的應用狀態，要對陰極保護管道的運用標準與使用范圍進行合理探究，并在日常工作中科學檢修各項設備裝置。①定期檢查通電點電位，填寫運行日志，明確各項裝置的實際運行情況。②不可隨時更換電氣設備的內部接線，若該接線在質量檢測中出現問題，才能及時更換設備接線，確保設備運行狀態。③開展陰極保護管道的設備維修時，要及時檢查管道周圍的建設環境，找出設備內部帶有的安全隱患，再借助管道應用標準來開展相應的設備維修工作。④在日常檢查中適當控制設備接地狀態，避免出現管道接地故障，使整條線路都能獲得陰極保護。

4.3 維護絕緣法蘭與測試樁

在維護絕緣法蘭的過程中，要對絕緣法蘭管地電位進行定期測試，若該項數值與原有數值存在差異，要合理分辨性能的優劣性，并增加對漏電情況的精準控制。在完成絕緣情況的檢測后，若該數值超出區域電阻標準，則要進行恰當維修；低于該標準則說明存在接地情況。在維護測試樁期間，要及時檢查管線與接線柱的連接情況，科學檢測測試樁的電位值和電流值。還要對測試樁的編號進行合理設計，科學記錄測試樁中的各項數據變化。

5 結束語

長輸油氣管道的鋪設帶有極強的復雜性，管道外部的環境較為復雜，無論是管道防腐還是管道鋪設，都存在較高要求。使用陰極保護技術后，可對管道的腐蝕現象進行合理控制，既能縮減管道運營成本，還能增強管道資源運用效率，使陰極保護手段的使用范圍變得更為廣泛。