張 波，鄧永生

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島 266001)

某油庫管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)故障分析

張 波，鄧永生

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島 266001)

管道采用外加電流陰極保護(hù)，具有可靠性高、壽命長、輸出電壓電流可調(diào)及維護(hù)保養(yǎng)簡便等特點(diǎn)，南方某省擴(kuò)建的新成品油庫與已有的老成品油庫之間相連的進(jìn)出油管道采用外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，針對(duì)該油庫新建管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試期間出現(xiàn)的恒電位儀輸出異常的情況，分別從陰極保護(hù)系統(tǒng)本身包括恒電位儀、陽極地床、通電點(diǎn)、參比電極，以及管道和油庫情況進(jìn)行分析排查，最終發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施，使陰極保護(hù)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。并以此為例，簡述管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)常出現(xiàn)的故障及排除措施。

管道 陰極保護(hù) 故障分析 排除措施

管道采用外加電流陰極保護(hù)，具有可靠性高、壽命長、輸出電壓電流可調(diào)及維護(hù)保養(yǎng)簡便等特點(diǎn)［1］。南方某省擴(kuò)建的新成品油庫與已有的老成品油庫之間相連的進(jìn)出油管道采用外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，新油庫每個(gè)儲(chǔ)罐罐底板外壁均采用了外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，且新老油庫站內(nèi)的管道也做了犧牲陽極保護(hù)。在恒電位儀調(diào)試期間，每臺(tái)儲(chǔ)罐的恒電位儀均能正常運(yùn)行，而管道的恒電位儀輸出異常，在恒電位的狀態(tài)下，恒電位儀滿負(fù)荷(恒電位儀額定輸出30 V/20 A)運(yùn)行，直到故障報(bào)警，測量電位也只能到－0.92 V，雖然達(dá)到了－0.85 V(相對(duì)于Cu/CuSO4參比電極)的保護(hù)電位［2］，但給以后的系統(tǒng)運(yùn)行帶來了隱患。

1 問題分析

分別從陰極保護(hù)系統(tǒng)本身包括恒電位儀、陽極地床、通電點(diǎn)、參比電極以及管道和油庫情況進(jìn)行分析排查，以確定故障原因［3］。

1.1 陰極保護(hù)系統(tǒng)

該管道恒電位儀為一用一備，兩臺(tái)均出現(xiàn)同一種輸出異常情況，說明恒電位儀沒有問題。該管道直徑為273 mm，長度1.5 km，兩條并行，經(jīng)計(jì)算恒電位功率足以滿足管道所需的保護(hù)電流，設(shè)計(jì)也沒有問題。

在陰極保護(hù)間測量了陽極地床的接地電阻，為1.2 Ω，恒電位儀開機(jī)運(yùn)行，電壓、電流均能穩(wěn)步上升，通電點(diǎn)附近管道的地電位也隨之增大，采用便攜式Cu/CuSO4參比電極對(duì)埋地長效參比電極進(jìn)行了校準(zhǔn)，埋地長效參比電極工作正常，說明陽極地床、通電點(diǎn)和參比電極都沒有問題。

1.2 管道故障

兩庫區(qū)及連接管道示意見圖1(實(shí)際為進(jìn)出兩條管道，由于采取的是電連接，示意圖中視為一條)。

一般來說，管道可能發(fā)生以下兩種情況會(huì)造成測量電位上不去、輸出電流很大的現(xiàn)象:①線路管道與其他埋地金屬構(gòu)筑物發(fā)生搭接;②線路管道防腐層老化嚴(yán)重或出現(xiàn)大的破損。

由于是新建管道，所以沒有考慮管道防腐層老化、破損的因素。經(jīng)管道施工方現(xiàn)場確認(rèn)，這段連接兩庫區(qū)的管道也沒有與其他埋地金屬物搭接。

1.3 庫區(qū)內(nèi)故障

排除以上因素，首先應(yīng)對(duì)絕緣接頭進(jìn)行故障排除。對(duì)保護(hù)絕緣接頭的避雷器首先進(jìn)行了測試，沒有發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)通，避雷器完好。在陰極保護(hù)系統(tǒng)沒有運(yùn)行的情況下，對(duì)新老庫區(qū)的絕緣接頭兩端又進(jìn)行了電位測量，電位相對(duì)于Cu/CuSO4參比電極結(jié)果見表1。

表1 絕緣接頭兩端電位Table 1 The potential at each end of the insulating joint V

對(duì)于老庫，由于庫區(qū)內(nèi)的非保護(hù)端管道采用了犧牲陽極，其電位達(dá)到了保護(hù)電位，而庫區(qū)外的保護(hù)端陰極保護(hù)系統(tǒng)沒有運(yùn)行，電位為自然電位，說明老庫內(nèi)的絕緣接頭完好。對(duì)于新庫，不管是庫區(qū)內(nèi)的非保護(hù)端還是庫區(qū)外的保護(hù)端其電位值一樣，電位都達(dá)到了保護(hù)電位，首先說明該絕緣接頭異常。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該絕緣接頭的好壞，現(xiàn)場采用了PCM漏電率測量法判斷絕緣接頭的絕緣性能。斷開陰極保護(hù)電源，由PCM發(fā)射機(jī)向被測管道保護(hù)端接近絕緣接頭處提供4Hz測繪電流，用接收機(jī)在地面接收測繪電流產(chǎn)生的交變磁場轉(zhuǎn)換成各點(diǎn)的4 Hz測繪電流。在非保護(hù)端用PCM接收機(jī)測量該側(cè)管道電流I2，在保護(hù)端電流輸入點(diǎn)外側(cè)，用PCM接收機(jī)測量該側(cè)管道電流I1。如果絕緣接頭絕緣電阻很高，此測繪電流基本上流不過絕緣接頭，I2幾乎為零，如果絕緣接頭存在漏電，則I2＞0。

通過測量，PCM接收機(jī)在非保護(hù)端能夠接收到較大電流，說明該絕緣接頭存在問題。

由于是新建庫區(qū)，管道已經(jīng)吹掃、打壓完成，整個(gè)工程正處于待交工階段，盲目開挖更換絕緣接頭勢必會(huì)影響交工日期。分析整個(gè)管道走向(見圖2)，在管道出地面距離泵棚處有一法蘭，將法蘭斷開，該法蘭距絕緣接頭大約100 m，這樣就相當(dāng)于管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)多保護(hù)約100 m的管道，按照恒電位儀的輸出功率，應(yīng)該完全能夠多保護(hù)這一段管道。

陰極保護(hù)系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行后，故障依舊，當(dāng)輸出電流達(dá)到最大額定電流時(shí)，測量電位只能到-0.92 V，說明絕緣接頭并不是系統(tǒng)故障的根本所在。

在陰極保護(hù)系統(tǒng)沒有運(yùn)行的情況下，對(duì)整條管道不同點(diǎn)的電位進(jìn)行了測量(見圖3)。

從管道不同點(diǎn)的電位可以看出，新庫泵棚前的法蘭前后，電位有明顯區(qū)別，這屬于正?，F(xiàn)象，但管道陰極保護(hù)系統(tǒng)沒有啟動(dòng)，整條管道基本上就已經(jīng)處于保護(hù)狀態(tài)，這個(gè)現(xiàn)象比較異常。又對(duì)整條管道進(jìn)行了排查，首先還是懷疑管道與庫區(qū)內(nèi)接地網(wǎng)有搭接的情況。又采用了PCM進(jìn)行檢測，如果管道與接地網(wǎng)有搭接，即為一個(gè)漏點(diǎn)。將PCM發(fā)射機(jī)向新庫絕緣接頭非保護(hù)端提供測繪電流，用接收機(jī)在保護(hù)端至庫區(qū)圍墻內(nèi)(庫區(qū)以外不可能有接地裝置)管道上接收電流，在這一段沒有接收到任何電流，說明管道確實(shí)沒有搭接之處。排除搭接，最后將故障原因鎖定在管道防腐層的問題上。首先用PCM對(duì)整條管道進(jìn)行了漏點(diǎn)檢測，發(fā)現(xiàn)整條管道有大量漏點(diǎn)。又對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行了考察，此處原為魚塘，回填后進(jìn)行鋪設(shè)管道和建庫作業(yè)，土壤電阻率僅為幾十Ω·m。由于鋪設(shè)管道的防腐層為環(huán)氧煤瀝青，加上吊裝、回填時(shí)對(duì)管道防腐層的破壞，使得管道的接地電阻很小。又用接地電阻測試儀測量了管道的接地電阻，為1.14 Ω，同時(shí)對(duì)旁邊路燈接地扁鋼的接地電阻進(jìn)行了測量，同樣為1.14 Ω。說明整條管道就如同一根裸管一樣埋設(shè)在地下，庫內(nèi)庫外管道電連接，絕緣接頭已經(jīng)不起作用，這也就解釋了為什么外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)不工作時(shí)整條管道基本上就已經(jīng)達(dá)到了保護(hù)電位，也就是因?yàn)楣艿缆c(diǎn)太多，接地電阻很小，使得加在管道上的陰極保護(hù)電流大部分流失，測量電位上不去。

2 結(jié)論

由于管道的防腐層差，漏點(diǎn)多，造成外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的測量電位上不去，但整條管道在庫區(qū)內(nèi)犧牲陽極的作用下，基本上已經(jīng)達(dá)到了保護(hù)電位，將恒電位儀的給定電位定在－0.90 V，在犧牲陽極和外加電流的雙重作用下，整條管道都達(dá)到了保護(hù)電位，電位相對(duì)于Cu/CuSO4參比電極結(jié)果見表2。

表2 絕緣接頭兩端及測試樁電位Table 2 The potential at each end of the insulating joint and test

［1］胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1999:175-189.

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 21448－2008，埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局/中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 21246－2007，埋地鋼質(zhì)道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Trouble Analysis of Applied Current Cathodic Protection System of Oil Terminal Pipelines

Zhang Bo，Deng Yongsheng
(CISRI Qingdao Marine Corrosion Research Institute，Qingdao，Shandong 266001)

The applied current cathodic protection，which is high in reliability，long in service life，adjustable in output current and easy in maintenance，etc，is usually applied to protect the pipelines.In the interconnecting pipelines between the new oil terminal and existing oil terminal in a province of South China，the applied current cathodic protection system was applied.Based upon abnormal output of constant potentiometer in the test run of the applied current cathodic protection system for the new pipelines，the cathodic protection system including constant potentiometer，anode bed，electric power connection，reference electrode，pipeline and terminal were analyzed and causes were found out.Corrective measures were taken and the normal reliable operation of cathodic protection system was maintained.. The common troubles in applied current cathodic protection system and associated countermeasures are described.

pipeline，cathodic protection，trouble analysis，corrective measures

TG174.41

B

1007－015X(2011)05－0039－03

2011－05－ 23;修改稿收到日期:2011－07－08。

張波，工程師，2008年7月青島科技大學(xué)物理化學(xué)碩士畢業(yè)。E-mail:zb8211@163.com。

(編輯 陳鳳娥)