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管道研究

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埋地管道阴极保护系统测试与维护

来源:《管道保护》杂志 作者:邹德龙 黄金钊 时间:2019-7-17 阅读:

邹德龙 黄金钊

上海道盾科技股份有限公司

 

摘 要:阴极保护系统在管道的腐蚀与防护中起到了关键作用,需要定期对整个系统进行测试与评价,及时发现问题并加以调整或维修。详细介绍了阴保系统恒电位仪、绝缘、断电电位、土壤腐蚀性等关键因素和在特殊地段的测试,提出了注意事项和运行维护建议。

关键词:阴保系统;断电电位;绝缘;恒电位仪

 

 

阴极保护是控制埋地管道腐蚀的主要措施,阴极保护的维护和管理也是管道完整性管理的重要方面。近年来管道受杂散电流干扰越来越多,管理技术越来越复杂,阴极保护系统运行维护的专业化需求也越来越高。另一方面,随着管道长度不断延伸,管理难度也日益加大,阴极保护管理专业人员数量不足,且没有其他有效的检测或监测方式判断整个阴保系统运行状态,导致很多管道阴保系统 “带病”运行。

目前绝大部分长输管道采用强制电流阴保方式,系统主要包括恒电位仪、辅助阳极地床、绝缘系统、排流及防雷系统、阴极保护测试桩等。目前测试阴保系统有效性的普遍做法是沿线定期测试管道直流通电电位和交流电压,恒电位仪每日查看输出情况,绝缘性能测试还停留在保护端和非保端的电位测试评价,排流器和防雷系统更是少有人关注并加以测试。这对阴保系统的有效运行难以提供支持,为此,笔者提出详细的阴保系统测试内容及注意事项。


1 阴保系统测试

1.1 恒电位仪测试

恒电位仪检查项目主要包括外观、阴极接线、阳极接线、参比接线、零位接阴接线及防雷接地接线。主要测试项目包括通电点保护电位(通断电位)、输出电压、输出电流、辅助阳极接地电阻、回路电阻和长效参比校验等。需要注意以下七点。

(1)确保恒电位仪各接线正确连接且无断线情况。

(2)测试通电点保护电位时万用表负极接长效参比电极、正极接零位接阴端子,测得数值与给定电位相比较应近似相等。

(3)测试输出电流时应首先明确串联分流器规格型号,通过万用表直流“mV”档测试分流器分压计算输出电流。

(4)当通电点处存在杂散电流干扰时,应进行恒电位仪输出电压、输出电流长时间监测,并在通电点处采用试片断电法测试断电电位。

(5)长效参比校验时应确保经校准后便携式参比电极与长效参比电极处于最近距离位置(若有参比管,可置于参比管中),分别用长效参比和便携参比测试断电电位(放置参比位置周围不应存在地电位梯度),通过比较断电电位来评价准确性。

(6)测试辅助阳极接地电阻时应首先确定辅助阳极埋设类型、位置、长度、走向、埋深等信息,据 此确定三级法测试中电流极和电位极所处位置。

(7)定期测试各单只阳极地床输出电流大小,调节每支电流输出,使各组阳极地床输出相对平衡。

1.2 绝缘有效性测试

国外文献指出“没有绝缘就没有阴保”,可见绝缘在阴保系统中的关键作用。在役绝缘接头(法兰)及组件最常用的测试方法有:电位法、 PCM漏电法、绝缘接头测试仪法和通断电位法。绝缘有效性测试应注意以下七点。

(1)查看管道工艺及走向,明确已设置绝缘位置和应设置绝缘位置,包括进出站绝缘接头(法兰)处、站内管道去下游用户管道处、去放空区管道处、过站(或阀室)各类阀组仪表接地与干线管道之间。

(2)明确每处绝缘接头(法兰)或组件两端阴极保护设置情况(有无设置阴保或阴保所处区间位置)。

(3)地上型绝缘接头及组件采用RF-IT绝缘接头测试仪进行测试,辅以电位法和通断电位法进行共同验证。

(4)通断电位法应通断输出电流较大、通断较为明显的一侧,同时观察另一侧电位变化情况。

(5)通断测试时应避免地电场变化对测试产生的干扰。

(6)在外侧通断电位差值大于100 mV时,说明该绝缘位置有漏电现象,应及时分析并排查故障原因。

(7)地上型绝缘接头(法兰)相较于地下型更能准确判断绝缘性能并方便维护。

1.3 管道断电电位测试

获取管道断电电位常见的方法有同步通断恒电位仪和试片法两种。同步通断法要求同步通断施加在管道上所有阴保电源且管道上无杂散电流干扰,需要多台卫星中断器同步进行;并且恒电位仪固有的电路阻抗可能会响应较慢,数据采集需要响应较快的数据记录仪。试片断电法则应用条件更宽松,且优点较多,但需要注意以下五点。

(1)针对所维护管道防腐层状况,选择合适的试片裸露面积。

(2)试片埋设所处环境与管道处尽量一致,且土壤沉降完全。

(3)试片安放位置靠近管道中心线偏下,试片裸露点背对管道本体。

(4)在埋设试片位置埋设PVC参比管,且与试片裸露处有相同的几何中心,并且土壤管中放入可以与参比电极接触良好的土壤。

(5)选择合适的通断周期,至少60次/秒采样频率,并确保正确的测试连线。

1.4 土壤腐蚀性测试

管道沿线土壤电阻率是阴极保护系统重要参数之一,用以评价土壤腐蚀性强弱,此外还有腐蚀速率、pH值、氧化还原电位、各种腐蚀性离子种类及浓度等参数。

南方地区土壤电阻率会随着干湿季节的交替随之变化,北方地区冬季冻土也会影响土壤电阻率的变化,经实测冬季冻土环境的土壤电阻率跟夏季相比有很大的差异,如图 1所示。

 

土壤电阻率的变化不仅可以改变阴极保护电流分布,同时对阴极保护评级准则也有影响(ISO、 GB/T 21447―2008和GB/T 21448―2008有相应说明)。因此要根据其变化来调整阴保站的输出,根据评级准则进行阴极保护评价与管理。

1.5 特殊管段测试

(1)穿跨越管段

首先了解穿跨越管段信息,如穿越方式、是否有 套管(套管材质)、阴极保护状况、是否有加强阴保等。测试内容包括:①检查管道本体与套管的绝缘状况,测试套管内牺牲阳极的现役状态。②采用试片法测试与评价管涵内管道阴极保护有效性。③大型穿越的管道防腐层电导率以及起止点阴极保护有效性。

(2)交叉平行管段

了解第三方管道基本信息,明确两条管道相互位置关系,检查是否有屏蔽或相互干扰。并行管道间距应至少大于1.5倍管径,以免阴极保护屏蔽影响;交叉管道如果有跨接测试桩,则应定期调试跨接电阻,平衡两条管道电流分布。

(3)受污染土壤或含微生物管段

如存在硫酸盐还原菌的土壤应按照断电电位﹣0.95 Vcse的准则要求测试评价。疑似受污染及含微生物土壤进行实验室化验。

(4)固定墩位置

检查固定墩内钢筋混凝土结构是否与管道本体有搭接或者屏蔽,测试方法同套管与管道绝缘测试。

(5)受杂散电流干扰管段

杂散电流干扰识别防护包括干扰识别、干扰评价、干扰防护、防护效果评价几个环节,干扰识别和评价可以同步完成,以地铁杂散电流干扰为例,典型的地铁杂散电流干扰管道电位变化如图 2所示。

              

试片法测试断电电位评价干扰状态下阴极保护有效性如图 3所示。

可以看出,即使管道通电电位有正向和负向波动,但断电电位一直保持相对稳定状态,满足阴极保护有效性要求。

1.6 排流设施测试

以直流排流器为例,需要检测的内容有管道直流电位、排流电流、交流电压、排流地床接地电阻等。测试接线如图 4所示。

2 阴保系统运行维护建议

(1)建立良好的阴极保护绝缘系统是有效运行的关键。绝缘位置包含但不限于进出站场、阀室、气液联动阀、温控仪表、手动阀门、钢质套管、固定墩及管道支架吊环等。

(2)在阴保站地床位置及长效参比设置合理的情况下,根据不同季节土壤电阻率变化导致管道沿线IR降的变化,调整适宜的恒电位仪输出。

(3)密切关注第三方管道、电气化铁路以及高压输电设施对管道可能产生的杂散电流干扰,必要时开展专项测试评估、实时监测并制定适宜的防护措施。

(4)对特殊管段可能产生的屏蔽、干扰应加强关注和增加检测频次。

(5)定期开展腐蚀速率检测与评价工作,特别是特殊管段位置。


3 结束语

良好的阴极保护系统可以极大地减少腐蚀风险,延长管道使用寿命,增强管道安全。管道阴保系统的专业化管理要从阴保附属设施的完整性、阴极保护有效性、沿线土壤腐蚀性、杂散电流干扰等方面,对管道的阴极保护系统进行定期检测与评价,制定经济科学的防护措施。循环开展检测工作和调试维修工作,实现阴极保护闭环管理,以期最终形成一套稳定可靠、运行良好的阴极保护系统。

 

作者:邹德龙,上海道盾科技股份有限公司压力管道检验员。

2019年第4期(总第47期)

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