张遂

西部管道甘肃输油气分公司武威维抢修队

 

摘要：腐蚀是导致油气管道失效的重要因素。阴极保护是延缓管道腐蚀的主要技术手段。通过识别并行管道阴极保护系统失效类型，建立并行管道附近电位分布模型分析失效原因，采用消除阳极地床金属屏蔽及防干扰参比电极等技术措施，并行管道阴极保护有效率提升至98.65%，超过目标要求。

关键词：并行管道；腐蚀；阴极保护；阳极地床；参比电极

 

根据GB/T 21448―2017 《埋地钢质管道阴极保护技术规范》及阴极保护系统实际运行要求，当阴极保护系统对地电位稳定保持在﹣0.85 VCSE～ ﹣1.20 VCSE时，才能有效保护管道免受腐蚀损坏，公司要求阴极保护有效率达98%以上。经现场实测，两条并行敷设管道（以下简称管线1、管线2）中管线1阴极保护电位达标率为88.5%，未达到要求。通过检测分析并行管道阴极保护不达标原因以采取针对性解决措施，维护管道安全平稳运行。

1  并行管道阴极保护失效原因分析

1.1  管道防腐层破损

管道防腐层破损失效会导致防腐层绝缘电阻下降，阴极保护系统恒电位仪自动增大输出，造成阳极电位偏移。为定量分析管道防腐层破损对阴极保护造成的影响，模拟制作多个管线1防腐层破损点进行实验，结果如表 1所示。

表 1 防腐层破损点对应阳极场电位正向偏移统计表

实验表明，管线1防腐层破损点会导致阴极保护系统阳极电位偏移，最大偏移10 mV，对阴极保护有效率影响有限。

1.2  阳极场金属屏蔽

为验证阳极场金属屏蔽对并行管道的实际影响，人为屏蔽阳极场，现场测量阳极场电位正向偏移值，验证与并行管道阳极地床电位偏移数学相关性。

表 2所示为管线1、管线2与阳极场金属屏蔽的电位偏移关系，依据直流杂散电流排流标准，将造成阳极电位偏移量超过100 mV[1]的失效判断为主要失效类型。

表 2 并行管道阳极场金属屏蔽影响对比

阳极电位计算公式采用工程可接受的简化数学公式：

依据式（1）建立如图 1所示数学模型，分析阳极场金属屏蔽与管道电位关系。

图 1 阳极场金属屏蔽与管道电位数学模型

从图 1可以看出，阳极场受金属屏蔽后不仅与阳极干扰电位具备数学相关性，且阳极干扰电位偏移大于100 mV，表明阳极场金属屏蔽会对阴极保护有效率带来显著影响。

1.3  参比电极受直流干扰

参比电极受到干扰将造成阴保数据收集不准确，恒电位仪输出不稳定最终造成阴极保护系统失效。受周边复杂空间电场影响，参比电极存在明显的直流干扰。采用由远及近，再由近至远的方式测量并行管道参比电极测点处电压偏移值并进行定量分析，结果如图 2所示。建立空间电场变化对参比电极干扰模型如图 3所示。

图 2 并行管道参比电极测点处阳极干扰电压正向偏移值

图 3 空间电场对参比电极干扰影响模型

可见，参比电极受直流及空间电场干扰是影响管道阴极保护有效率的重要因素之一。

2  并行管道阴极保护有效率提升措施

2.1  消除阳极地床金属屏蔽影响

从并行管道阳极地床周边保护电位分布规律入手，考虑土壤电阻率，浅埋地床埋深等因素，建立地床输出电流、阴极保护系统管道保护距离及保护电位三者关系的空间模型，如图 4所示。

图 4 空间电位分布侧视模型

分析发现，受管线1金属屏蔽影响，管线2电位呈两种情况分布。屏蔽侧与非屏蔽侧管道阳极地床干扰分别呈现电位正向偏移及负向偏移趋势。屏蔽体电位处于有效保护且连续可调的范围内，如图 5红线所示。

图 5 屏蔽体电位处于有效保护且连续可调示意图

因此，可以将屏蔽体管线2与被屏蔽体管线1连通，使两条并行管道成为一体，消除阳极屏蔽，补充并行管道保护电流。

从图 6可以看出，连通后两条并行管道阴极保护电位均处于﹣0.85 VCSE～﹣1.20 VCSE之间，改进措施有效，且屏蔽体管线2的阴极保护电位处于有效保护状态，无负面影响。

图 6 并行管道电连通及阴极保护电位测试曲线

2.2  采用极化探头

利用聚氨酯绝缘特性隔绝周边空间电场干扰，参比极化探头直接与并行管道近距离埋设，减少参比电极直流干扰。同时为消除杂散电流干扰，将两条并行管道排流装置导通，实现共用排流装置[2]，消减直流干扰。

2.3  提升效果

通过实施综合措施，并行管道阴极保护有效率达到了98.65%（图 7），超过公司98%目标要求。

图 7 提升措施实施后电位偏移检测结果

3  结论

提升阴极保护系统有效率需要综合考虑并行管道金属屏蔽、空间电场分布等现场实际影响，将两条并行管道作为一个整体考虑，采取针对性解决措施使并行管道阴极保护系统正常有效，确保油气管道安全平稳运行。

 

参考文献：

[1]徐子洋.探讨输气管道阴极保护问题及解决对策[J].当代化工研究，2018(06)：7-8.

[2]汤丁，何鑫，许捷，等.埋地输气管道的直流杂散电流干扰分析与排流措施[J].天然气勘探与开发，2018，41(04)：94-99. 

作者简介：张遂，1984年生，大学本科，工程师，现从事管道压缩机、机泵及关键设备检维修工作。联系方式：18628866822，zhangxu85994747@163.com。