徐若語，鄒冀翼，蔡亮，劉海鵬

1.中油國際管道有限公司（北京100029）

2.中國航空油料有限責(zé)任公司 溫州分公司（浙江 溫州325000）3.中航油京津冀物流有限公司（天津300300）

腐蝕、制管缺陷和第三方破壞是管道失效的重要原因。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)是預(yù)防長輸管道腐蝕最安全的技術(shù)。近年來我國長輸管道實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，特別是建設(shè)運(yùn)營了中緬、中亞、中俄等大型油氣管道工程，這類管道敷設(shè)于山區(qū)、戈壁和高寒地區(qū)，對管道設(shè)計和安全運(yùn)行提出更高要求[1]。研究借鑒國外管道標(biāo)準(zhǔn)，特別是俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和做法，對于提高我國管道運(yùn)行管理水平具有重要意義。以長輸管道陰極保護(hù)為例，分別從土壤腐蝕性測試、陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則、陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、密間隔點(diǎn)位測試和管道腐蝕風(fēng)險等級等方面，研究了中俄管道標(biāo)準(zhǔn)重要技術(shù)差異。最后，結(jié)合我國管道特點(diǎn)和管理現(xiàn)狀，提出了管道陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)建議。

1 中俄管道陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

本研究涵蓋的中俄管道陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)包括：

1）俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД153-39.4-039—1999《干線輸油氣管道站場電化學(xué)保護(hù)設(shè)計規(guī)范》、РД29.200.00-КТН-176—2006《干線輸油管道腐蝕及防護(hù)狀況檢測規(guī)程》、РД153-39.4-056—2000《干線輸油管道運(yùn)營技術(shù)規(guī)程》、ГОСТР51164—1998《干線鋼質(zhì)管道防腐要求》。

2）中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB∕T 21447—2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》、GB∕T 21448—2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（采標(biāo)ISO 15589-1-2015）、GB∕T 21246—2016《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測試方法》。

3）中國石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q∕SY GD 0301—2016《埋地鋼質(zhì)管道干線陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》。

2 土壤腐蝕性測試

2.1 土壤電阻率

Q∕SY GD 0301—2016規(guī)定管道陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計階段應(yīng)收集土壤電阻率，除管道沿線一般區(qū)域，還應(yīng)在管道沿線地形較低的特殊區(qū)域（沖溝、河流、小溪、沼澤等），補(bǔ)充測量土壤電阻率。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД29.200.00-КТН-176—2006規(guī)定了特殊區(qū)域土壤電阻率測試要求，在強(qiáng)腐蝕性區(qū)域管段，每間隔100 m測量1次土壤電阻率，在具有強(qiáng)腐蝕性區(qū)域且土壤非均質(zhì)性嚴(yán)重的管段，每間隔50 m測量1次。其它管段，每間隔500 m測量1次。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了管道沿線特殊區(qū)域土壤電阻率測試要求，針對強(qiáng)腐蝕性區(qū)域管段，加密測量土壤電阻率，具有借鑒意義。

2.2 土壤自然電位

GB∕T 21246—2016規(guī)定了未施加陰極保護(hù)的管道自然電位測量，針對已實(shí)施陰極保護(hù)的管道宜在完全斷電24 h后進(jìn)行。Q∕SY GD 0301—2016規(guī)定土壤自然電位測試每年1次。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД29.200.00-КТН-176—2006規(guī)定了存在直流雜散電流干擾下管道自然電位測試要求，在切斷電化學(xué)保護(hù)裝置電源條件下，連續(xù)測量、記錄管道與CuSO4參比電極之間的電位差（持續(xù)時間為1 h）。測量應(yīng)在電氣化交通工具停止運(yùn)行期間進(jìn)行，每次測試結(jié)果相差不大于0.04 V條件下，取平均值作為管道自然電位。

自然電位反映了管道環(huán)境腐蝕活性狀況，一般在-0.450～-0.350 V，過負(fù)或者過正表明管道受到雜散電流影響[2]。一般做法是在全線陰極保護(hù)系統(tǒng)停運(yùn)24 h后測試，避免在冬季進(jìn)行。但國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定直流雜散電流干擾下管道自然電位測試方法。存在雜散電流干擾下，測試較為準(zhǔn)確的自然電位，取決于測試人員的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了存在雜散電流干擾條件下土壤自然電位測試要求，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)未見規(guī)定，具有借鑒意義。

3 陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ГОСТР51164—1998規(guī)定管道電化學(xué)防腐系統(tǒng)應(yīng)在管道投運(yùn)前建成投用，新建和改建管道應(yīng)保證100 mV的極化電位（不含土壤IR降）；管道陰極保護(hù)電位最大值和最小值取決于管線敷設(shè)和運(yùn)行條件，最小保護(hù)電位準(zhǔn)則為：

1）含套管穿越和敷設(shè)于中、低腐蝕性土壤中的管道，最小保護(hù)電位可以高于-0.85 V。

2）土壤電阻率大于10Ω·m，或者輸送溫度小于20℃，最小保護(hù)電位為-0.85 V。

3）土壤電阻率小于10Ω·m，或者存在雜散電流干擾，或者存在微生物腐蝕可能性，或者輸送溫度大于20℃，最小保護(hù)電位為-0.95 V；

4）輸送溫度小于5℃，最小保護(hù)電位為-0.8 V；輸送溫度介于50～70℃，含土壤IR降的最小保護(hù)電位為-1.1 V；輸送溫度介于70～100℃，含土壤IR降的最小保護(hù)電位為-1.15 V。

5）針對高電阻率土壤（大于100Ω·m），含土壤IR降的最小保護(hù)電位應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)計算確定。

ГОСТР51164—1998規(guī)定最大保護(hù)電位準(zhǔn)則為：

1）土壤電阻率小于10Ω·m，輸送溫度大于60℃，最大保護(hù)電位為-1.1 V。

2）管道采用瀝青防腐層、聚合物防腐層等敷設(shè)條件下，最大保護(hù)電位為-1.15 V。

3）針對高電阻率土壤（大于100Ω·m），含土壤IR降的最大保護(hù)電位應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)計算確定。

GB∕T 21447—2018規(guī)定的保護(hù)電位（無IR降）準(zhǔn)則為：

1）一般土壤環(huán)境，最小保護(hù)電位為-0.85 V。

2）環(huán)境溫度大于60℃，最小保護(hù)電位為-0.95 V；環(huán)境溫度介于40～60℃，最小保護(hù)電位為在-0.65～-0.95 V之間通過線性插值法確定。

3）環(huán)境溫度小于40℃，土壤電阻率介于100～1 000Ω·m，最小保護(hù)電位為-0.75 V；土壤電阻率大于1 000Ω·m，最小保護(hù)電位為-0.65 V。

4）存在硫酸鹽還原菌腐蝕風(fēng)險的缺氧土壤，最小保護(hù)電位為-0.95 V。

5）管道防腐層限制臨界電位不應(yīng)負(fù)于-1.2 V，防止防腐層出現(xiàn)陰極剝離、起泡、管體氫脆現(xiàn)象。

陰極保護(hù)準(zhǔn)則是管道陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計和保護(hù)效果評價的依據(jù)[3]。針對陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則，中俄標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)差異是：

1）管-地通電電位也是表征管道保護(hù)效果的重要指標(biāo)，可以粗略評判管道防腐層質(zhì)量狀況，防腐層良好管-地通電電位衰減較緩慢、平緩。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)針對高溫環(huán)境和高電阻率土壤特殊情形，綜合使用通電電位和極化電位進(jìn)行判定。

2）一般的土壤電阻率按照20～50Ω·m區(qū)間，腐蝕性劃分為弱、中、強(qiáng)三個等級，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)針對土壤電阻率劃定陰極保護(hù)電位的分辨率和區(qū)分度更高。

3）俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了含套管穿越管道、存在雜散電流干擾等情形的陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則。

4）針對最大陰極保護(hù)電位，中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為-1.2 V，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮了土壤電阻率、輸送溫度、防腐層類型等因素，更為細(xì)化。

4 陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)

4.1 基本要求

Q∕SY GD 0301—2016規(guī)定管道陰極保護(hù)系統(tǒng)管理與維護(hù)要求：

1）陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)保持連續(xù)運(yùn)行。每年除測量管道自然電位期間，陰極保護(hù)系統(tǒng)因故停運(yùn)12 h以上，應(yīng)上報備案。管道調(diào)整、檢修電源設(shè)備時，停運(yùn)時間不應(yīng)超過2 h，全年不應(yīng)超過10次。

2）陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)率應(yīng)達(dá)到100%；陰極保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行率應(yīng)大于98%。保護(hù)率和運(yùn)行率計算公式為：

式中:ηp為陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)率，%；L0為管道總長度，km；L1為未達(dá)到有效陰極保護(hù)管道的長度，km；ηO為陰極保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行率，%；T0為全年小時數(shù)，h；T1為年度有效投運(yùn)時間，h。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД153-39.4-056—2000干線輸油管道陰極保護(hù)主要控制指標(biāo)，即管道保護(hù)效果是按照管段長度計算的保護(hù)率與按照時間計算的運(yùn)行率乘積的函數(shù)，保護(hù)率是根據(jù)被檢測管段上電化學(xué)保護(hù)裝置在規(guī)定時間內(nèi)（季度、年）的工作狀況計算。

式中：З為管道保護(hù)效果，%；Зв為按照管段長度計算保護(hù)率，%；Зп為按照時間計算運(yùn)行率，%。

式中：Зпj為管道系統(tǒng)中第j個電化學(xué)保護(hù)裝置的按管段長度計算的保護(hù)率，%；L為被檢測管段長度，km；Lj為管道系統(tǒng)中第j個電化學(xué)保護(hù)裝置的保護(hù)長度，km；k為管道系統(tǒng)中電化學(xué)保護(hù)裝置的數(shù)量。式中：Тj為管道系統(tǒng)中第j個電化學(xué)保護(hù)裝置有效投運(yùn)時間，h；Т為確定保護(hù)效果選定時間段，h。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)計算管道系統(tǒng)陰極保護(hù)率采用均一化原則，未充分考慮每個管段的特殊性和復(fù)雜性，且參數(shù)取值存在人為因素影響，計算方法較為簡略。俄羅斯考慮單體設(shè)備運(yùn)行狀況和每個管段陰極保護(hù)狀況，在此基礎(chǔ)上綜合評定管道系統(tǒng)保護(hù)程度，計算方法更為科學(xué)、合理，計算結(jié)果更為真實(shí)、可靠。

4.2 陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)時間

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ГОСТР51164—1998規(guī)定管道電化學(xué)保護(hù)設(shè)備，應(yīng)在管道敷設(shè)和回填后3個月內(nèi)投入運(yùn)行，如存在雜散電流干擾，應(yīng)在1個月內(nèi)投入運(yùn)行。РД153-39.4-056—2000規(guī)定自向管溝內(nèi)敷設(shè)管道之日起，應(yīng)保證電化學(xué)保護(hù)設(shè)備的最短啟動期限不超過1個月（維修作業(yè)不超過15天）。如存在雜散電流干擾，排流保護(hù)設(shè)施應(yīng)與管溝敷設(shè)管道同時進(jìn)行。

GB∕T 21447—2018規(guī)定陰極保護(hù)系統(tǒng)在管道埋地3個月內(nèi)不能投入運(yùn)行時，應(yīng)采取臨時性陰極保護(hù)措施；受到直流雜散電流干擾影響的管道，陰極保護(hù)（含排流保護(hù)）應(yīng)在3個月之內(nèi)投入運(yùn)行。

國內(nèi)普遍存在管道投產(chǎn)延遲情形以及施工與運(yùn)行協(xié)調(diào)問題，例如水工保護(hù)、陰極保護(hù)、通信系統(tǒng)、伴行路工程未同步投運(yùn)，加速腐蝕可能導(dǎo)致管道穿孔，導(dǎo)致管道重新投產(chǎn)發(fā)生泄漏事故的案例[4]。針對陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)時間，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時間限制更為嚴(yán)格。

5 密間隔電位測試（CIPS）

Q∕SY GD 0301—2016規(guī)定長輸管道與外部管道交叉處，每半年進(jìn)行1次密間隔電位測試。通過密間隔電位測量，判斷柔性陽極是否存在斷路。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД153-39.4-056-2000規(guī)定在土壤環(huán)境溫度最高期間、恒電位儀運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化（輸出電壓、電流）條件下，以及管道沿線雜散電流源、埋地金屬構(gòu)筑物發(fā)生變化條件下，應(yīng)進(jìn)行密間隔電位測試。管道密間隔電位測試每3年進(jìn)行1次，以全面評估管道保護(hù)度。

密間隔電位測試技術(shù)（CIPS）技術(shù)檢測速度較慢、工作量較大，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)針對CIPS的應(yīng)用條件和范圍較為簡略。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了CIPS的檢測條件和間隔周期，具有借鑒意義。

6 管道腐蝕風(fēng)險等級

GB∕T 21447—2018規(guī)定管道所處環(huán)境的腐蝕性等級劃分原則，按照腐蝕速率針對大氣腐蝕性分級；根據(jù)土壤電阻率針對土壤腐蝕性分級；根據(jù)腐蝕速率針對土壤腐蝕性分級；以及按照氧化還原電位針對土壤細(xì)菌腐蝕分級。

俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД29.200.00-КТН-176—2006規(guī)定管道腐蝕危險段等級劃分原則，分為高腐蝕危險、較高腐蝕危險和腐蝕危險管段。

6.1 高腐蝕危險管段指

1）發(fā)生過因腐蝕缺陷造成斷裂、穿孔的管段，腐蝕缺陷深度超過管壁厚度15%的管段，以及腐蝕速度大于0.5 mm∕a的管段。

2）敷設(shè)在高腐蝕性土壤中的管段（土壤電阻率小于20Ω·m）。

3）存在直流雜散電流干擾的管段，且管地電位產(chǎn)生正向偏移。

6.2 較高腐蝕危險管段指

1）腐蝕缺陷深度超過管壁厚度10%～15%的管段，以及腐蝕速度介于0.3～0.5 mm∕a的管段。

2）敷設(shè)在中腐蝕性土壤中的管段（土壤電阻率介于20～50Ω·m）。

3）存在交流雜散電流影響的管段，與高于220 kV架空輸電線路交叉的管段。

4）穿越鐵路和公路的管段，與其他管道交叉的管段。

5）探測確定存在微生物腐蝕的管段，土壤中水溶性鹽類物質(zhì)含量大于0.1%的管段。

6）輸送溫度高于30℃的管段。

7）敷設(shè)在沼澤、水田區(qū)域的管段。

腐蝕危險管段指陰極保護(hù)裝置保護(hù)長度小于3 km的管段，以及不滿足陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則的管段。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)單一影響因素對管道所處的環(huán)境腐蝕性進(jìn)行劃分等級。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)提出了管道腐蝕風(fēng)險等級原則。管道企業(yè)可根據(jù)管道腐蝕風(fēng)險等級制定相應(yīng)的防腐措施，該理念比較新穎，可操作性強(qiáng)，具有借鑒意義。

7 建議

為提高我國長輸管道陰極保護(hù)工作水平，借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和做法，針對改進(jìn)我國管道陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出以下建議：

1）規(guī)定管道沿線特殊區(qū)域土壤電阻率測試要求，針對強(qiáng)腐蝕性區(qū)域管段應(yīng)加密測量土壤電阻率。

2）規(guī)定存在雜散電流干擾條件下土壤自然電位測試要求。

3）針對高溫環(huán)境和高電阻率土壤特殊情形，綜合使用通電電位和極化電位進(jìn)行判定管道保護(hù)效果。

4）考慮土壤電阻率、輸送溫度、防腐層類型等因素，確定陰極保護(hù)電位最大值。

5）考慮單體設(shè)備運(yùn)行狀況和每個管段陰極保護(hù)狀況，綜合評定管道系統(tǒng)保護(hù)程度。

6）進(jìn)一步嚴(yán)格限定管道投產(chǎn)與陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)的時間關(guān)系。

7）規(guī)定管道進(jìn)行密間隔電位測試的條件和間隔周期。

8）借鑒管道腐蝕風(fēng)險等級原則，并制定相應(yīng)等級的防護(hù)措施。