油气管道阴极保护系统常见问题及解决方法

油气管道阴极保护系统常见问题及解决方法

罗思敏 梁兰洲

国家管网集团西南管道有限责任公司南宁输油气分公司 广西南宁 530000

摘要：社会的日益发展进步加速了各行各业对能源的需求，而管道作为运输石油天然气的主要途径得到了快速发展。深埋地下的钢质管道由于受到微生物以及土壤等因素的腐蚀，对人们的生命及财产安全产生了严重的威胁。管道外加阴极保护和外防腐层作为钢质管道的主要防腐措施，目前，研究阴极保护故障问题的问题仍然比较少。鉴于此，本文就油气管道阴极保护系统

常见问题及解决方法展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：油气管道；阴极保护；杂散电流；牺牲阳极

1、阴极保护常见故障及排除方法

1.1、牺牲阳极故障分析

由于牺牲阳极保护无需外部电源，而且安装维护费用低、对外界的干扰比较小，具有不占用其他建筑物以及无需征地的优点，经常将其用在管线建设过程中以及输气场内管线的临时保护。阳极材料自身的性能直接决定着牺牲阳极的保护效果，目前，经常用到的牺牲阳极的材料有锌合金、铝合金以及镁合金这三类。牺牲阳极的常见故障如下：（1）阳极的输出电流逐渐减小，无法满足保护点位要求。导致这种现象存在的主要原因是环境污染对阳极产生了影响、阳极消耗大、阳极周围土壤干燥以及阳极/阴极连接线断开等。（2）随着阳极输出电流的不断增加，保护物电位级化无法满足标准要求。出现这种现象的主要原因是被保护体和相邻的金属物由于绝缘装置失效、环境改变以及绝缘层老化而导致土的充气量增加，水的含氧量也随之加大。（3）阳极体受到了严重的腐蚀，但是，阳极已经无法正常运作^[1]。出现这种问题的主要原因是阳极成分不合理，在工作环境中出现了钝化现象；阳极局部受到了严重腐蚀；因阳极合金化不均匀而产生了局部腐蚀现象。就以某天然气输气站的不同牺牲阳极测试数据进行分析，具体内容如表1所示。

表1某天然气输气站内牺牲阳极测试数据

从表中内容可以得知，1、2、3、4号管道通电(或断电)电位比保护点位低，阳极保护水平相对较差；5号和6号管道点位合格。对造成管道欠保护的原因进行分析，可以得知牺牲阳极的投运时间相对较长。随着阳极消耗量的不断增加，出现在阳极表面的腐蚀物对阳极的输出产生了严重的影响，而且，阳极保护效果受土壤性质的影响比较大。面对这种现象，必须根据环境合理选择阳极，在干燥的土壤环境中，应该选择负电位的合金牺牲阳极。同时，要定期做好牺牲阳极阴保护系统服役参数的分析工作，从土壤特性、牺牲阳极设计参数以及阳极输出参数等方面深入研究牺牲阳极保护效果，及时将牺牲阳极的保护系统故障排出

^[2]。

1.2、恒电位仪输出异常

载流电缆、恒电位仪、参比电极、测试电缆、辅助设备以及辅助阳极组成了强制电流阴极保护系统。在强制电流阴极保护系统处于正常运作状态的过程中，经常会伴随故障问题出现，严重阻碍了电流的正常输出，因此，故障的排除需要从阴极保护系统的组成部分进行逐一排查。

1.2.1、输出电压突然增大，输出电流为零

如果电流为零而电压超高报警，就表明阴级保护系统的回路电阻比较大，出现这种现象的原因可能来自于阴极电缆中断、阳极电缆中断以及辅助阳极完全消耗，卖对这种现象，就需要使用参比电极测量阴阳极开路电位，并且借住接地电阻仪对阴阳极电路的电阻值进行测定，以此来确定故障原因^[3]。

1.2.2、恒电位仪电流输出超量程，管道保护电位降低

如果阴极保护电流的输出增加，就表明阴级保护电路没有出现短路问题，因此，需要对参比电极的工作状态进行核对。如果参比电极的工作状态正常，就需要对管道是否存在漏电现象进行判断。故障出现的原因很有可能是绝缘法兰失效、管道防腐层破损以及和其他设施出现了搭接现象，致使阴极保护电流流失，增加了输出电流。面对这种问题，就需要用管中电流测绘法对管道中的电流分布情况进行检测，以此来确定电流的流失情况，将故障彻底排除。

1.2.3、实例解析

某输气末站站内管道的管地电位－时间曲线如图1所示。

图1某输气末站站内管道管地电位－时间曲线

数据显示站内管道的管地电位变化异常，2#测试点处管道的管地电位在监测周期内持续波动，无明显规律，变化幅值超过1.2V，初步判断是受到较强的直流干扰，但未发现明显干扰源;3#测试点处管道的管地电位在3:00至8:00的时间段持续正移至－0.8V，从8:00至11:00的时间段管地电位又持续负移至－1.15V，其余时间都稳定在－1.15V左右，最大变化幅值超过300mV，初步分析可能是站内恒电位仪输出不稳定造成的。

1.3、管道局部电位不达标

管道电位的测量通常用到的是便携式的参比电极测量方法，由于电流流过土壤的时候会伴随IR降出现，因此，就会使真实值和测量值之间出现偏差，导致测量值无法充分反映出管道的阴极保护效果。管道剥离覆盖层下的IR降由于受到绝缘防腐层电屏蔽的影响，就会在覆盖层破损口位置集中起来。防腐层破损处现场测量数据包含了覆盖层曲线电阻、土壤介质电阻以及接触电阻等引起的IR降。CIPS通过运用瞬间断电法，能够将管道中的IR降消除，具有测量方便的特点，因此，该方法在油气管道阴极保护中得到了广泛应用^[4]。

2、管道质量安全优化措施

由于金属管道表面的阴级保护在很大程度上会受到油气管道套管的影响，一旦其中某个位置的套管出现渗漏，就会增加油气管道的腐蚀长度，不仅无法对油气管道进行有效保护，甚至还会缩短油气管道的使用寿命。面对这种现象，需要适当增加穿越电气化铁路的油气管道的壁厚，确保油气管道自身安全。此外，需要使用混凝土套管来有效落实穿越道路油气管道的保护工作，并且要在油气管道以及套管表面铺设绝缘性能良好的支架，提高油气管道的绝缘性能，以免油气管道在杂散电流的影响下时效。必要的情况下，需要使用牺牲阳极对屏蔽管道采取电化学保护措施。

结束语：

总而言之，对处于运行状态的油气管道进行保护是一种非常有效的防腐处理措施，但是，由于油气管道在运行过程中会受到电气化设备以及套管的影响，因此，会在油气管道周围形成杂散电流，从而严重影响到油气管道的应急保护系统，甚至导致油气管道保护系统失效，增加油气管道的腐蚀程度。因此，就需要通过提升油气管道的自身性能，并且采取合理的排流方法使阴级保护系统处于稳定运行的状态。

参考文献：

[1]赵永刚.阴极保护系统中管道受杂散电流干扰分析与排流保护研究[D].西安石油大学，2016.

[2]陈振华，柳寅，王德吉，蓝卫.不同阳极形式在区域阴极保护中的应用效果[J].油气储运，2016，35(06):629-633.

[3]高洁玉，孟波，王民.长输管道阴极保护系统现状评价及对策研究[J].化工管理，2015，(24):125.

[4]宋晓琴，李佳佳，黄诗嵬，田园媛，熊柯杰，骆宋洋.油气站场内埋地管道区域性阴极保护技术应用中存在的问题及对策[J].材料保护，2015，48(06):52-54+9.

[5]杜炘洁.站场区域阴极保护数值模拟技术研究[D].西南石油大学，2013.