交流干擾對埋地管道陰極保護電位的影響分析

關鍵詞：埋地管道;交流干擾;陰極保護電位

1 陰極保護方法的分類

1.1 犧牲陽極法陰極保護

犧牲陽極保護的方式簡單說就是對腐蝕物進行替換，將具有較強還原性能的金屬材料與管道進行連接，使之形成回路，并用來替代金屬管路被腐蝕。采取此種方式會使被腐蝕的程度被降低，對管路進行保護，以提高其使用壽命，延長使用的時間。這種材料分為陽極材料與輔助陽極材料兩種，隨著技術水平的不斷提升，材料也在不斷地更新中。材料不同功能也是存在差異的，比如合金當中鎂的密度是很低的，電位也很低，極化的效率較低，是十分適合應用在土壤中的。鋅合金的陽極腐蝕程度相比較弱，極化的效率更高，使用時間更長，所以更適合應用在酸性或者堿性的土壤中。鋁電位是處在鋅與鎂之間的，所以表面很容易出現鈍化的現象，會對陽極材料形式合起來發生反應。陽極材料是不斷地發生變化的，但是從整體形式上來，陽極材料中還有一些沒有解決完的問題，比如，自身缺乏良好的調節與控制能力、在特殊的環境下容易出現極性逆轉，輔助的陽極氣阻值較高，屏蔽時容易影響到陰極保護等。

1.2 陰極保護系統有效性的檢測方法

密間隔電位（CIPS）測試法是用于評價陰極保護系統的有效性重要方法。本方法可用于衡量管道各點的陰極保護狀況，決定是否采取進一步措施，給運行管理方提供全面、合理的監測及維修方案的測量。CIPS的含義是近間距管對地電位測量。測量時，在陰極保護電源輸出線上串接斷流器，斷流器以一定的周期斷開或接通陰極保護電流。例如在一個周期中4s接通，1s斷開。測量從一個陰極保護測試樁開始，將尾線接在樁上，與管道連通，操作員手持探杖，沿管頂每間隔一定距離測量一個點，記錄下每個點的ON/OFF電位。這樣就可以得到沿管道的管對地電位的兩條曲線，OFF電位值是代表實際對金屬表面施加的真實保護電位，看它相對-850mV的變化，可知某處陰極保護的實際效果。

2 管線陰極保護影響

2.1 不同地形產生的電阻率不同

長距離輸油管道測試點比較穩定，但是在其他點位測試，則會出現問題，起不到陰極保護的目的，管道及犧牲陽極埋設深度2m到3m，而實際油田長距離輸油管道都高出50km，這種長距離傳輸過程中，往往會出現電阻率不同，不同的地理性質會產生不同的現象，導致了管道兩頭落差大，形地貌環境的不同，直接反映的就是地下地層結構變化，管道經過的區域會出現土壤、砂巖、泥巖、第四系馬蘭黃土、離石黃土等，區域不同，則電阻就會不同。

2.2 現場實測自然電位與設計電位不符

在實際應用過程中，往往會出現各種因素，導致整體效果不良好，現場實測自然電位往往會受溫度、濕度、導電率的影響，那么，測試時，就需要根據現場情況靈活調整，以實測數據為準，設計電位主要是實驗室產物，不能代替實際情況，如果解決不好實則自然電位和設計電位的關系問題，那么，就無法起到保護作用。當前的儀器沒有溫度、濕度調整功能，進入現場后，需要進行科學的調整，保證數據精準。

3 交流干擾對埋地管道陰極保護對策

3.1 陰極保護斷開保護

①在0～300s范圍內，X80鋼試片自腐蝕電位基本穩定在-0.72V（SCE）;②當對其施加陰極保護后，試片電位迅速負移至-0.85V（SCE）并在300～600s范圍內保持穩定;③在600s時，啟動交流干擾源施加4個不同數值的交流電流密度對試片進行干擾，可以看出，試片電位與預想結果不一致：均發生正向偏移或負向偏移;從初始時刻（660s）來看，當IAC=10A/m2和30A/m2時，試片電位正向偏移;而當IAC=50A/m2和100A/m2時，試片電位負向偏移。當IAC=10、30和100A/m2時，在第3階段（600～900s）范圍內，試片電位基本保持穩定，而當IAC=50A/m2時，隨著時間的推移，試片電位逐漸正向偏移，最終略正于第2階段試片的陰極保護電位;④當到達第4階段時只存在交流干擾，此時試片電位均出現大幅度正向偏移，并且在整個階段范圍內基本保持穩定;同時與第3階段初始時刻的電位相比，第4階段初始時刻的電位正向偏移程度隨著交流電流密度的增大而減小;⑤當進入第5階段（1200～1500s），交流干擾和陰極保護均斷開后，從理論上來說，試片電位應正常回歸到第1階段的自腐蝕電位數值上在不同的交流電流密度條件下，此時試片的自腐蝕電位均發生了不同程度的偏移，當IAC=10A/m2時，試片電位保持穩定但略小于第1階段試片的自腐蝕電位;當IAC=30A/m2時，試片電位保持穩定并且與第1階段試片的自腐蝕電位相等;當IAC=50A/m2和100A/m2時，在初始時刻試片電位迅速增大，并且遠遠大于第1階段試片的自腐蝕電位，隨著時間推移，其試片電位逐漸降低，推測當達到一定時間后，其試片電位應與第1階段試片的自腐蝕電位相等。

3.2 埋地管道主要保護方式--防腐層

現階段，國際上在設備上所使用的涂層材料也是多種多樣的，不同的涂層所具有的防腐性也有著很大的差異性。比如醇酸樹脂類涂層，其優點主要有材料易獲得、種類多樣、性能優越等，然而其耐腐蝕性能差;而以往所常用的環氧樹脂防腐材料中有著高含量的有機化合物，易產生嚴重的環境污染，所以被逐漸放棄，而水溶性環氧樹脂材料，逐漸變成了發展的重點目標;環氧亞鐵材料大部分情況下是作為中間涂層使用的，在研究中測試其耐鹽的電化學參數，結果表明其具有較高的耐蝕性和防腐性。然而從實際的防腐層檢測分析可知，因為在具體的施工工作中由于機械沖撞、加工等操作會導致金屬表面出現破損以及其他方面的問題，主要是因為腐蝕性介質會從這些金屬表面的破損處逐漸擴散到管道--涂層的金屬表面，從而對涂層與金屬界面間所形成的作用力產生破壞，從而導致防腐層的分離;此外，在涂層與金屬之間所形成縫隙當中，會形成缺氧的密閉環境從而得到氧分子濃度差的化學電池體系，管道金屬為陽極從而導致水解反應的發生，此電化學體系會造成界面處出現腐蝕物質累積，從而出現了局部的腐蝕應力，二者共同造成了防腐層的脫落。

3.3 強制電流的方法

此種方面利用的是恒電位儀的方式，采取的是讓電流一次性通過陽極的方式，帶入到管道當中并能夠迅速地離開土壤，所產生的電流自動地進入到金屬管道之內，而連接到管道的陰極電路會形成強大的電流，推動到恒電位儀處，這樣數值就會發生一定的變化，電位穩定并被控制在一定的范圍之內，以此來確定通電點電位的穩定，實現對陰極電位的保護，發揮陰極保護的功能。強制電流法采取的是外加電流的方式，改變金屬的極化曲線，在進行系統分析之后，對電化學產生的腐蝕程度進行影響，這種方法是很復雜的，并且操作起來較為困難，與陽極材料保護方式相比，需要對其效果進行嚴格地控制。如果想要實現完全的陰極保護，需要注意以下幾個問題：要對電壓做好界定，要選擇好參比的電極、要對輔助陽極的材料、距離等做好控制。但是強制電流法還是有很大的優勢，可以在任何情況下應用，對電壓的變化進行調節，土壤的電阻率是不容易對其產生較大影響的，測試位置不需要過多，測試儀器安裝起來也比較方便。

研究表明：當陰極保護電位較小時，較大的交流干擾可能引起試片電位的持續負向偏移，當陰極保護電位較大時，交流干擾卻會引起試片電位的正向偏移;在無陰極保護條件下，交流干擾會引起試片自腐蝕電位的負向偏移;但是當斷開交流干擾后，試片電位迅速增大，甚至正于原來的自然腐蝕電位，然后逐漸恢復到原有水平。上述實驗現象可通過交流干擾和陰極保護過程中的電子供應和消耗的平衡關系來解釋。

參考文獻：

[1]金光彬.相鄰管線陰極保護系統之間的干擾規律[J].腐蝕與防護，2017（4）.

[2]杜艷霞，張國忠，李健.陰極保護電位分布的數值計算[J].中國腐蝕與防護學報，2018（1）.

作者簡介：

謝遂京（1988- ），男，漢族，江西吉安人，本科，助理工程師，研究方向：天然氣管道巡護管理。