张丽萍 刘旭 汪珉 杨帆 王波 赵志国

国家管网集团北方管道秦皇岛输油气分公司

摘要：针对某原油管道阴保系统投用后运行异常，列举了系统运行常见故障，分析了故障原因及其他干扰系统正常运行的影响因素，提出了针对性处置措施，以使阴极保护系统发挥有效作用。

关键词：原油管道；阴极保护系统故障；影响因素分析

津华原油管道起点为天津港南疆港区汇鑫油库，终点为河北省任丘市华北石化炼厂，于2015年9月投产，全长189.2 km，管径508 mm，壁厚7.1 mm/7.9 mm/8.7 mm，管材L415M，设计压力6.3 MPa，设计输量700×104 t/a，全线穿越公路16处，穿越铁路7处，穿越河流11条。埋地保温管道采用加强级熔结环氧粉末防腐层（厚度≥400 μm），定向钻穿越段采用加强级3LPE防腐。强制电流阴极保护恒电位仪分别设在管道里程29.9 km处（1#恒电位仪）和128.4 km处（2#恒电位仪）。阴极保护系统故障会影响其管道防腐效果，需要采取针对性处置措施。

1  阴极保护系统常见故障及原因

1.1  恒电位仪运行异常

（1）异常现象。管道投产之初，1#恒电位仪常常出现输出电流11.2 A、输出电压10.1 V的异常情况，2#恒电位仪输出电流仅0.6 A，输出电压1.1 V。在采用定向钻穿越的子牙河管段，其电位明显负于同在大城县境内的荒地段电位100 mV左右。

（2）原因分析。①土壤电阻率。当土壤电阻率均匀，管道电阻忽略不计时，与辅助阳极距离最近点电流密度最大，距阳极越远，电流密度越小。恒电位仪覆盖管段管道沿线土壤电阻率变化较大，对管道电流分布产生较大影响。土壤电阻率较大时，导致管道电流密度较小，管道电位变正；土壤电阻率较小时，导致管道电流密度较大，管道电位变负。阴极保护系统开始工作时会有电流进入土壤并在其中流动，进而产生了IR降。由于在阴保站和沿线测得的电位都是通电电位，还需要考虑IR降对测量数据的影响。1#恒电位仪位于水池边，土壤电阻率小；接近于三分之二额定电流电压运行状态。而2#恒电位仪位于乡村道路边的荒地中，阳极地床的回填土中有建筑垃圾，导致阴极保护电流辐射范围较小。②辅助阳极布设位置。当土壤电阻率均匀、辅助阳极布置合理时，由辅助阳极流出的电荷均匀分布于土壤中，流向管道的电荷也是均匀的；当辅助阳极布置不合理时，辅助阳极集中的地方流向管道的电荷就多，管道电位变负。

1.2  杂散电流干扰

（1）干扰源。管道沿线电气化铁路是影响阴保系统正常运行最为严重的杂散电流干扰源，其次是与已建10 kV及以上高压交/直流输电线路并行或交叉干扰影响。

（2）干扰原因。由于电气化铁路、高压交流输电线路运行时会在周边产生电磁场，电磁场范围内的管道会因电磁感应而在管道内部产生干扰电流和电压。直流系统，特别是地铁等其漏失在大地中的电流流入土壤和埋地金属管线中，然后再从埋地金属物中流出，流向大地再返回到牵引变电所的负极，形成直流电流干扰。

1.3  绝缘接头失效

（1）故障现象。管道站场区域阴保系统采用多路恒电位仪，其中一个站场采用2用2备运行模式，另一个站场采用4用2备运行模式。正常情况下与站外线路阴保系统之间通过绝缘接头隔离，各自独立。绝缘接头失效会造成两个阴保系统相互干扰，通常会将线路阴保系统的部分电流引入站内阴保系统，削弱线路阴极保护效果。

（2）失效原因。高压输电线路产生感性耦合引起管线杂散电流干扰，造成绝缘接头两侧长期处于高电位差状态；阀室外电线路直击雷和阀室放空管直击雷击穿绝缘接头。

1.4  建设期预留牺牲阳极影响

（1）故障现象。管道建设期在一般地段采用锌带、定向钻和大型穿越段两侧采用镁棒牺牲阳极作为临时阴极保护，牺牲阳极通过测试桩与管道相连。管道全线投产采用强制电流阴极保护后，其输出的电流电压高于牺牲阳极，影响强制电流阴极保护效果。

（2）原因分析。建设期为保证管道埋入地下后不被腐蚀，在管道建设时设置了牺牲阳极作为管道的临时保护系统。

2  处置措施

2.1  安装辅助阳极

正确布置辅助阳极是改善电流均匀分布的有效措施。采用高硅铸铁辅助阳极，安装辅助阳极时应避免与坚硬材料相碰，按设计要求和埋设深度水平或垂直埋设，周围放置一定数量填料。将辅助阳极电缆引入阴极保护设备间，用细土回填阳极地床。改造之后，2#恒电位仪输出电流3.5 A，输出电压1.9 V，输出明显上升；1#恒电位仪输出明显降低。

2.2  杂散电流干扰处置措施

（1）管道穿越京沪高铁等电气化铁路7处。与直供式电气化铁路交叉地段，应至少在交叉段的其中一侧设置一处排流防护点。设计施工阶段各穿越点一侧设置了耦合器排流，用以排出流入管道的杂散电流。以京沪高铁穿越为例，排流效果见表 1。结果表明，最大交流电流密度小于标准规定的30 A/m2，交流干扰程度判断为弱。

表 1 京沪高铁穿越段管道交流干扰排流效果

随着电气化铁路车流量增多，杂散电流干扰会逐渐增强，存在发生点蚀穿孔或诱发应力腐蚀开裂风险，需对管道穿越段进行专项交流干扰评价，根据评价结果采取有效的排流防护措施。

（2）与特高压输电线路铁塔、高压线交叉并行管段，可沿管道平行敷设一根或多根浅埋锌带或裸铜线接地线作屏蔽体，屏蔽线通过固态去耦合器与受影响的管道连接，减轻在电力故障或雷电情况下，强电冲击对管道防腐层或金属本体的影响。如与蒙西至天津南1000 kV特高压交流输电线路津华段交叉跨越并行段，共设置4处排流耦合器，以降低交流杂散电流影响阴保系统对管道造成的危害，详见表 2。结果显示，去耦合器发挥了排流效果。

表 2 特高压交流输电线路交叉管段排流防护效果

2.3  绝缘接头失效处置措施

要定期测试绝缘接头保证其绝缘性能良好，同时定期检测绝缘接头处的避雷装置以有效发挥保护作用。在关注站场绝缘效果的同时也要关注沿线阀室主阀和旁通管线仪表设备的绝缘阻件的绝缘状态，防止从这些地方将阴极保护电流流入接地网。

2.4  拆除建设期预留牺牲阳极

需要逐个排查测试桩，彻底拆除牺牲阳极与管道的连接，以免影响线路阴保系统检测准确性，杜绝不必要的阴保电流流失。

3  结束语

国内外实践证明，管道外防腐层与强制电流阴极保护联合使用是最经济、最合理的防腐措施。影响管道阴极保护系统的原因较多，应从实际出发做好阴保系统相关数据的采集，分析各影响因素干扰情况，综合评判阴保系统失效风险，采取针对性治理措施。

作者简介：张丽萍，毕业于中国石油大学（华东），本科，现任北方管道秦皇岛输油气分公司管道管理部阴保管理专业主管、工程师，主要从事管道管理工作。联系方式：13930343050，850110408@qq.com。