伍少杰1  罗钦2  周伟3

1  成都市特种设备检验院；2  中国石油西南油气田公司安全环保技术监督研究院；3  中国石油东南亚管道有限公司马德岛管理处

摘要：分析了压力管道阴极保护电位测量产生误差的原因，论述了试片法、瞬间断电法使用方法和不足，以及极化探头的构造和使用方法。结合工程实例，考察了采用CU/CUSO4参比电极的极化探头在埋地钢制输气管道阴极保护参数的测量效果，分析对比各种方法测量结果，发现使用极化探头法测量管道阴极保护电位，测量误差最小，更接近于保护电位真实值。

关键词：压力管道；阴极保护；极化探头；IR降；极化探头法；试片法；管道瞬间断电法

埋地钢质管道一般采用瞬间断电电位作为管道是否受到阴极保护的评价标准，但是在某些情况下，管道的真实断电电位不易测量。比如在存在杂散电流或牺牲阳极与管道直接相连、或者存在外部强制电流设备未被中断的情况，就很难测到真实电位。所以一般采用极化探头来测试管道的真实电位。

  1  管道保护电位的测量误差原因

在运行的阴极保护系统中，将参比电极置于管道附近土壤中测量管道和参比电极之间的电位差，得到通电状态下的保护电位，为通电电位Von ，一般情况下，Von不等于管道的真实极化电位Vt，可通过切断阴极保护电流，消除部分误差。但在某些情况下，断电电位Voff仍和管道真实极化电位Vt有较大误差，这些误差是由于IR降造成的。根据欧姆定律，IR降是由于电流的流动在参比电极与金属管道之间电解质（土壤）上产生的电压。把各种误差△V统称为IR降。假设将各种误差△V划分为可用断电法消除的IcR和不能用断电法消除的V0两部分，那么存在以下关系：

Von=Vt+△V=Vt+IcR+V0    （1）

Voff= Vt +V0        （2）

可消除的IcR是由参比电极和管道电位测量点之间的阴极保护电流Ic、土壤电阻率和管道表面膜或绝缘层电阻造成的，是纯欧姆降压，在阴极保护电流中断时瞬间消失。

不能消除的V0是由于各种杂散电流、二次电流造成的地电位梯度引起的，是非欧姆压降。这两种电流都不会因保护电流中断而立即消失。因此实际工程中较常见的消除IR降的测量技术为瞬间断电法、试片断电法、极化探头断电法。

2  管道瞬间断电法

管道瞬间断电法要求断开管道上阴极保护装置、牺牲阳极，且在测试点处不应有杂散电流的干扰。在实际操作中，不能确保所有电连接都断开，比如牺牲阳极。该方法无法消除杂散电流和二次电流导致的非欧姆压降。

3  试片断电法

在测试点处埋设一个裸试片，其材质、埋设状态要求与管道相同，试片与管道用导线连接，模拟一个管道覆盖层的缺陷，由管道提供的保护电流进行极化。测量时只需断开试片和管道的连接线，就可测到试片断电电位。由试片电位代表管道电位，避免切断管道主保护电流以及其他电连接的麻烦。但存在杂散电流干扰时，用测量数据表示参比电极和试片间电解质（土壤）上产生的IR降，产生的误差会比较大。因此，试片断电法也不能消除V0。

4  极化探头法

4.1极化探头构造

以CU/饱和CuSO4参比电极为例说明极化探头的构造。该探头分为上、下两个腔室，上腔室为参比电极安装室，下腔室安装有极化试片、自腐蚀试片、保湿剂，上腔室与下腔室、下腔室与极化试片通过导电盐桥连接。极化探头有三根导线分别与参比电极、极化试片、自腐蚀试片相连接。极化试片的连接线既用作试片的极化线又可作电位的测量线。极化探头法可以测量到最接近真实值的管道阴极保护极化电位，因此更适用于杂散电流区域的电位测量。

图1  CU/饱和CuSO4参比电极极化探头结构

4.2   极化探头的使用

（1） 探头使用前应先用自来水浸泡底部24小时。

（2） 配置填料包。填充料的构成为：石膏粉75%，膨润土20%，无水硫酸钠5%。在混合罐中加入与填包料体积比为1:1的水充分搅拌。

（3）放置填料包和探头。在管道的一侧，与管道中心线的水平距离大约0.1-0.5 m的位置处钻孔或开挖探头放置坑，深度等同于管道中心线的深度。将配置好的填料包与探头直接放入钻孔或者开挖的土坑中，保证探头周围均匀分布有5-10 cm的填料包；也可预先将配置好的填料包与探头一并放入渗透性良好的天然纤维织品种，然后整体填装。探头与填料包安装好后，在其周围浇水，保证填料包充分湿润。取出与管道贴近的土壤放置于探头回填料周围，并压实土壤。为避免电流在探头试片上的优先分布，对于阳极和管道临近的情况，探头与管道的放置距离应小于管道和阳极的距离。

（4）放置过程中尽量减少探头连接部的电缆受力，放置平稳后稍微用力按压探头顶部务必使试片和微渗封端与地面充分接触。

（5）在施工回填过程中，用过筛后的细土回填，避免损伤电缆和探头。探头被回填覆土后，在外面浇适量水，并进行一次检测，如果能稳定读数，说明探头正常，再进行电缆沟回填。在沙漠等干燥地段，应在附近同时安装一根用于浇水的PVC地漏。

（6）电缆沟回填后，将电缆引入已有的测试桩上，再次进行测试，如果仪表有稳定读数，说明安装成功。

5  现场测试效果

用极化探头对西南片区某管段阴极保护效果进行了现场测试。该管段地处城市周边，阴极保护方式为外加强制电流和牺牲阳极相结合。周围有较多电气化铁路、高压输电塔、铜矿厂，受杂散电流的干扰比较严重。用极化探头和便携式参比电极测量的电位见表1。

从表 1可知：

（1）极化探头通电电位与断电电位之差较小，测量的10个点中，有9个点的通断电位差都不到100 mV，与便携式参比电极测量数据比较，其通电电位中包含的IR降较小。

（2）便携式参比电极测得的通电电位与极化探头测得的断电电位存在较大的电位差，这是由于杂散电流和土壤电阻率高造成的。便携式参比电极测量的通电电位包含的IR降更大。

（3）用极化探头测量断电电位，与其他电位比较，包含的IR降最小。 

6  结论

极化探头法是测量管道阴极保护真实极化电位较理想的手段，与其他测量方法相比，它可以最大程度消除其他电连接和杂散电流对测量结果的影响。可以测到最接近管道真实值的管道阴极保护极化电位。 

作者：伍少杰，1984年生，工程师，学士；2007年毕业于西南石油大学获得学士学位；主要从事特种设备压力管道各类检验研究工作。 

《管道保护》2017年第5期（总第36期）