袁　曄

（中國石油集團東南亞管道有限公司，北京 100028）

關(guān)于油氣長輸管道陰極保護系統(tǒng)維護及提升的探討

袁曄

（中國石油集團東南亞管道有限公司，北京 100028）

近年來，我國經(jīng)常會發(fā)生管道事故，其中腐蝕是關(guān)鍵因素之一。在管道防腐蝕維護的過程中，陰極保護是一種重要的方法。因此，人們按照陰極保護的原理，開始運用鋼套管保護與電氣化鐵路方式，同時舉例說明。根據(jù)這兩種方式采取有效的措施，尤其是對于電氣化鐵路等雜散電流排流方面，對比分析了3種排流方式。在具體運用過程中，應(yīng)該充分考慮到實際需求，選用適宜的排流方式。本文詳細分析了油氣長輸管道陰極保護系統(tǒng)維護及提升，僅供參考。

油氣長輸管道；陰極保護；維護

現(xiàn)階段，我國的油氣長輸管道建設(shè)事業(yè)正處于上升期。相關(guān)的調(diào)查結(jié)果顯示，造成油氣管道失靈的原因包括外部因素、腐蝕、材料質(zhì)量問題等。其中，腐蝕是導(dǎo)致油氣管道事故的關(guān)鍵因素之一。

由腐蝕引發(fā)的油氣輸送管道泄漏、破裂等情況，不僅會造成嚴重的損失，搶修工作也會很難，并且還很容易導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸或者環(huán)境污染問題。防腐蝕是一種有效的防護方式。一般情況下，在油氣長輸管道中會利用外防腐層與強制電流陰極保護相結(jié)合的方法，保證防腐蝕工作。這種方法可以提升管道的抗腐蝕功能，延長管道的使用時間。本文主要分析了油氣長輸管道陰極保護系統(tǒng)維護及提升，具體內(nèi)容如下。

一、陰極保護的原理

現(xiàn)階段，人們應(yīng)用的陰極保護系統(tǒng)都是強制電流為主、犧牲陽極為輔的陰極保護方式。陰極保護的原理是，從電化學(xué)的角度來看，腐蝕電池的陰極不會出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，但是陽極會出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。因此，應(yīng)該把保護金屬轉(zhuǎn)變成陰極的，可以避免金屬出現(xiàn)腐蝕的情況。它的原理是為金屬提供豐富的電子，保證被保護金屬全部呈現(xiàn)出電子過剩的特點，金屬表面上的各個點都可以到達相同的負電位，這樣金屬原子很難失去電子，不易轉(zhuǎn)變成離子溶進溶液。

二、陰極保護失去作用的情況分析

1.保護性套管因素的影響

根據(jù)陰極保護原理，只有陰保電流到達管道表面時，管道會呈現(xiàn)出電子過剩的特點，這樣的情況下，管道表面的各個點都會到達相同的點位，以此維護管道。當管道穿越的過程中運用鋼套管時，會產(chǎn)生一種屏蔽的效果，陰保電流可以通到鋼套管。但是管道自身無法接收到陰保電流，或者只能接收到極少的陰保電流。鋼套管會阻礙陰極保護電流通到管道。而且，利用鋼套管會埋下更多的安全隱患。如果鋼套管和管道相連，或?qū)е露搪?，引起大部分電流的流失，從而削弱陰極保護系統(tǒng)的功能。

20世紀，我國的油氣長輸管道建設(shè)中，如果需要穿越河流，就會利用鋼制套管來維護主管道。但是隨著時間的不斷發(fā)展，在鋼套管的保護位置會出現(xiàn)很多問題，比如主管道會被侵蝕，油品泄漏等。在使用鋼套管之后，無法保證管道的安全性，還會減少管道的使用時間。近年來，部分管道公司對采用鋼套管管段進行了改造，把鋼套管替換成其他的套管，或者選擇不使用。

2.電氣化鐵路的影響

一般情況下，在電氣化鐵路中會通過帶回流線的供電方式。它具體指的是，將承力索、接觸導(dǎo)線共同形成接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線等又會形成牽引網(wǎng)。牽引回流由鋼軌、大地、回流線返回牽引變電所。鋼軌、接觸網(wǎng)與回流線NF會共同組成牽引供電系統(tǒng)。此時接觸網(wǎng)會和回流線產(chǎn)生互感作用，鋼軌內(nèi)的回流會從回流線流轉(zhuǎn)移到牽引變電所，從鋼軌到地面中形成的電流也會降低。在交流電子化鐵道中，第2個根導(dǎo)線是大地，它可以傳送電流。軌道與地沒有全面的絕緣，整條軌道都會產(chǎn)生一些泄漏電流，最終流入大地。在入地電流位置，或者牽引變電部門的地表會產(chǎn)生高電位，這會在很大程度上影響到周圍的油氣管道與油庫。

利用地中雜散電流場可以解釋阻性耦合的影響。電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)屬于一類非常特別的高壓輸電路線，而且具有不對稱的特征。受到電磁感應(yīng)的影響，鐵道周圍的油氣管道也會形成部分電壓或者電流。同時，也會影響到鐵道周圍的地下金屬管道。在使用恒電位儀時，發(fā)現(xiàn)某條管道在接近鐵路的位置可以產(chǎn)生很大的輸出電壓。其主要原因在于鐵軌泄漏產(chǎn)生的電流直接流入陰極保護的回路中，使恒電位儀產(chǎn)生了誤差。如果高電位與低電位已經(jīng)不在陰極保護的范圍內(nèi)，就無法保護到油氣長輸管道。然后，雜散電流會進入埋地管道，在部分地區(qū)會形成一個有負電的陰極區(qū)，這樣可以防止管道出現(xiàn)腐蝕。如果電位值偏負，金屬管道外層會產(chǎn)生析氧作用，導(dǎo)致管道防腐層的脫落。從管道引出的位置會帶正電，變成陽極區(qū)。再加上雜散電流的影響，陽極區(qū)也會產(chǎn)生較大的電化學(xué)作用，最終引起埋地管道發(fā)生腐蝕作用。

三、油氣長輸管道陰極保護系統(tǒng)維護及提升

1.保證管道安全

在管道應(yīng)用套管之后，會阻礙到對管道的陰極保護。如果出現(xiàn)漏點，會直接提高腐蝕的速度。這樣不會增強管道的安全性，也會縮短其使用時間。因此，應(yīng)該在穿越段管道位置，加厚管道壁，以此保證管道的安全。在管道穿越道路的過程中，人員應(yīng)該盡可能使用混凝土套管維護管道，同時應(yīng)該在套管和尤其管道的中間位置，布置絕緣功能較高的絕緣支架，確保套管和油氣管道具備一定的絕緣作用，防止影響到油氣管道的陰保功能。如果需要時，應(yīng)該在套管穿越的兩邊，添加犧牲陽極，這樣可以有效地維護屏蔽管道。

2.采用接地排流的方法

如果管道與電氣化鐵路之間沒有安全間隔，應(yīng)該采用接地排流的方式來維護管道。然而在接地排流的過程中，應(yīng)該確保管道陰極保護工作的可靠性，切忌與管道的陰極保護出現(xiàn)沖突，這會在很大程度上影響到陰極保護系統(tǒng)涵蓋的范圍和效果。

3.在極性排流的過程中，可以有效地運用雜散電流實現(xiàn)對管道的保護，成本低、操作簡單。但是不足之處在于容易對其他構(gòu)筑物造成不良影響，導(dǎo)致電位過負，在交流干擾區(qū)域應(yīng)用的作用不大。極性排流器的組織包括有二極管與鎂陽極接地裝備。在管道中的正電位可以借助二極管接到地面，保留住陰極保護電位。在運用某條管道的過程中，會發(fā)現(xiàn)極性排流器會導(dǎo)致正電位的減少，但是并不能徹底改善管道中電位過負的現(xiàn)象。

4.在鉗位式排流的過程中，可以在很大程度上降低管道中的交流電壓值。其不足是如果交流電壓偏大，直流電位會出現(xiàn)一定地變化，會影響到陰極保護。而且，排流能力較低，在排流設(shè)施中極有可能會導(dǎo)致毀壞的現(xiàn)象，而且管理與維護的工作比較復(fù)雜，成本較高。鉗位式排流設(shè)施中需要運用的接地材料標準也較高，它提出管道和接地極使用的材料應(yīng)該相同。隨著時間的發(fā)揮在那，接地極會逐漸出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，從而消耗，電位也會出現(xiàn)改變，會更改陰極保護電位。

5.在固態(tài)去耦合器進行排流時，去耦合器采用先進的固態(tài)技術(shù)和非金屬殼體。這種做法可以避免管道中產(chǎn)生交流故障電流、雷電流等，從而會影響到埋地管道，這樣可以增加管道的使用年限。同時，還應(yīng)該避免雜散電流聚集在管道中。固態(tài)去耦合器加接地體方法是國外應(yīng)用比較廣泛的一種方法，因為它的低閾值電壓與雷電沖擊漏泄電流量大，能夠有效地降低感應(yīng)電壓，具備方便管理、適用強的特征。但是花費的成本也會偏高。

去耦合器排流方法對管道使用的材料沒有特殊要求。在實際試驗時，應(yīng)該選用鎂合金陽極或者鋼管接地，這樣都可以消除交流干擾，但是不會對管道中的直流電位產(chǎn)生任何影響。無論采用哪種排流方法，管道在消除雜散電流的過程中，都應(yīng)該按照管道周圍的實際情況來選用科學(xué)的排流方式，在完成排流裝置的安裝后，還需要及時檢查與測試，保證管道的陰保電位在正常范圍內(nèi)。同時，也應(yīng)該充分利用管道陰保系統(tǒng)，防止管道出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。

四、運用的實例

1.運用水泥套管的實例

現(xiàn)階段，我國的油氣長輸管道套管在穿越的過程中，一般都會利用到混凝土套管。在調(diào)料罐和輸油鋼管中布置絕緣內(nèi)支架。在套管內(nèi)部，運用填土的方式進行密封。這種做法不僅不會對管道的陰保系統(tǒng)造成影響，還會排出套管內(nèi)部的油氣空間，有利于增強管道的安全性。

2.雜散電流排流的實例

（1）直流電流排流方面

在油氣長輸管道中，會被直流雜散電流所影響。因此，布置了幾個點的鎂合金犧牲陽極接地排流，其中接地的電阻應(yīng)該在0.5Ω以內(nèi)。

（2）交流雜散電流排流方面

如果交流雜散電流偏大，應(yīng)該利用鉗位式排流方法。在管道和接地極中間布置耦合器，避免雜散電流聚集在管道上。在接地極時，需要選用120m的鍍鋅角鋼，在深井進行安裝。其中，接地的電阻應(yīng)該在0.5Ω以內(nèi)。這種排流方法可以達到良好的排流效果。

結(jié)語

綜上所述，陰極保護屬于一項極其有效的防腐技術(shù)。在管道的規(guī)劃、管道工程與運行中，都應(yīng)該重視陰極保護方面的工作。在開始使用管道之后，應(yīng)該定期檢測。尤其是運用鋼套管保護與雜散電流干擾階段的管道，應(yīng)該加強重視。如果發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)該及時解決，保證陰極保護系統(tǒng)的正常運行，進而維護管道的安全，保證其不會被腐蝕。

［1］張永飛，王樹立，李恩田，等.長輸埋地管道陰極保護故障診斷排除的實踐與探討［C］.2014北京國際腐蝕技術(shù)大會論文集.

［2］滕延平，張永盛，王禹欽，等.雜散電流排流設(shè)施有效評價研究［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2012（4）：40-42.

TE988

A