安龍生，王正偉，周家堯，楊福，李博涵

(國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭成渝輸油分公司，四川 綿陽(yáng) 621700)

0 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)與科技得到了雙重發(fā)展，在社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力不斷加大的社會(huì)背景下，對(duì)于油氣管道的質(zhì)量和效率也有了更高層次的要求和標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)，油氣管道領(lǐng)域正面臨著嚴(yán)峻的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，陰極保護(hù)技術(shù)作為油氣管道保護(hù)的強(qiáng)有力支撐，是油氣管道順利運(yùn)行的關(guān)鍵所在。為了進(jìn)一步保障油氣管道的順利運(yùn)行，就必須從加強(qiáng)應(yīng)急保護(hù)技術(shù)的角度出發(fā)，去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，迫切需要將陰極保護(hù)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的加強(qiáng)與完善，在發(fā)展過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而更好地順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，使得陰極保護(hù)技術(shù)能夠切實(shí)滿足油氣管道的相關(guān)需要，提高陰極保護(hù)技術(shù)的實(shí)際成效，從而為油氣管道領(lǐng)域的發(fā)展提供更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)的概念分析及管道防腐的重要性

1.1 油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)的概念

所謂陰極保護(hù)技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一種電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，其核心在于電解質(zhì)的環(huán)境，在整個(gè)電解質(zhì)環(huán)境中將金屬的電位向負(fù)向移動(dòng)，以免達(dá)到蝕電位。該技術(shù)的作用主要是保護(hù)金屬不被氧化，在油氣管道中的應(yīng)用范圍十分的廣泛，有著不可或缺的作用。與此同時(shí)，從陰極保護(hù)技術(shù)的分類上來(lái)看，主要分為犧牲陽(yáng)極和外加電流兩大類，其研究熱點(diǎn)主要分為以下三方面：分別是交流雜散電流技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和鋼筋混凝土保護(hù)技術(shù)[1]。

特別是針對(duì)油氣管道領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。管道在應(yīng)用陰極保護(hù)技術(shù)的過(guò)程中，陰極保護(hù)公式的計(jì)算以及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析是基本的前提和條件，所計(jì)算的內(nèi)容主要就是管道中的電位和電流的分布比，從而以分布比作為依據(jù)，更好地提高油氣管道的抗腐蝕性能。

1.2 管道防腐的重要性

眾所周知，油氣管道工程是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目之一，且在現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)與科技迅速發(fā)展的社會(huì)背景下，人們對(duì)油氣資源的需求量正呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。在這樣的大環(huán)境下，也極大推動(dòng)了我國(guó)油氣領(lǐng)域的相關(guān)發(fā)展，此領(lǐng)域面臨的既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。但是，在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中，由于油氣管道本身就具有一定的安全隱患，很多油氣存在易燃、易爆、有毒、腐蝕等特性，特別是在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作下，導(dǎo)致在實(shí)際的運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些安全事故。而通過(guò)陰極保護(hù)技術(shù)，可以在很大程度上加強(qiáng)對(duì)管道的保護(hù)作用，更好地保障油氣運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

與此同時(shí)，油氣管道通常鋪設(shè)在地下，由于管道建設(shè)本身就具有一定的系統(tǒng)性，其涉及領(lǐng)域十分的廣泛，因此，在地下管道鋪設(shè)的過(guò)程中，具有一定的復(fù)雜性和難度性。與此同時(shí)，管道受客觀因素的影響較大，一方面表現(xiàn)在受地下環(huán)境的影響較大，首先地下資源豐富，也存在分布不均勻的問(wèn)題，因此造成了很大的差異性；其次能量石油和天然氣管道周圍的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，氣候條件、土壤都是腐蝕管道的重要原因。

另一方面表現(xiàn)在受運(yùn)輸物質(zhì)的影響較大，極其容易引發(fā)管道腐蝕等問(wèn)題，加劇了運(yùn)輸過(guò)程中的安全隱患，導(dǎo)致安全事故問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。除此之外，管道部流動(dòng)加速了遠(yuǎn)距離輸油管道的腐蝕速度，且在長(zhǎng)時(shí)期不間斷的工作過(guò)程中，導(dǎo)致輸油管道出現(xiàn)了一定的磨損，大大降低了其使用壽命，影響了其性能的正常發(fā)揮，不僅大大增加了成本，而且會(huì)對(duì)自身及他人的生命安全造成嚴(yán)重的威脅。因此，管道防腐是當(dāng)前油氣領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中的重點(diǎn)問(wèn)題和難點(diǎn)問(wèn)題，相關(guān)領(lǐng)域必須予以充分的重視，切實(shí)加強(qiáng)管道防腐的實(shí)際成效，加強(qiáng)管道保護(hù)，提高耐腐蝕性，更好地保障油氣領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。

2 油氣管道陰極保護(hù)影響因素

2.1 管道保護(hù)性套管會(huì)影響管道陰極保護(hù)效果

針對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)，主要是通過(guò)讓陰極保護(hù)電流貫穿整個(gè)金屬表面，在管道金屬表面各個(gè)點(diǎn)就處在了同一點(diǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)一定的保護(hù)的目的和作用。

但是，套鋼管套保護(hù)措施作為油氣管道陰極保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是必不可少的，而管套的主要作用就是為了進(jìn)一步加強(qiáng)油氣管道的保護(hù)。在具體實(shí)施應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)的過(guò)程中，管套會(huì)對(duì)金屬管道形成一個(gè)屏蔽狀態(tài)，在這一過(guò)程中就使得大量的電子停留在管套內(nèi)，從而造成了應(yīng)急保護(hù)失效的狀態(tài)。換一種角度來(lái)說(shuō)，通過(guò)套管措施會(huì)在很大程度上導(dǎo)致陰極保護(hù)電流沒(méi)有辦法達(dá)到金屬表面，從而極大地影響了陰極保護(hù)的實(shí)際效果，導(dǎo)致管道表面無(wú)法保證電流的全面性。除此之外，在套鋼保護(hù)措施實(shí)施的過(guò)程中，受金屬管道與鋼套管接觸的影響，時(shí)常會(huì)導(dǎo)致短路故障的發(fā)生，導(dǎo)致陰極保護(hù)電流出現(xiàn)大量的流失，極大地影響了陰極保護(hù)系統(tǒng)的高效性、科學(xué)性和有效性[2]。

2.2 管道周圍的電氣化鐵路對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響

油氣管道是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，且運(yùn)輸?shù)木嚯x相對(duì)較長(zhǎng)，管道四通八達(dá)，且受地下途徑環(huán)境的影響相對(duì)較大，油氣管道上方部分帶電設(shè)備對(duì)地下管道造成的負(fù)面影響相對(duì)較大，特別是在管線途經(jīng)電氣化鐵路系統(tǒng)的過(guò)程中，對(duì)陰極保護(hù)的影響最大，對(duì)此必須予以充分的重視。

這主要是因?yàn)殡姎饣F路的運(yùn)營(yíng)涉及到網(wǎng)絡(luò)和牽引供電網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，且由于大地不是絕緣體，帶電的鐵路鋼軌在與大地的接觸過(guò)程中，大量的電路線路到鐵路沿線的大地中，是不可避免的一個(gè)問(wèn)題，從而使得管線的周圍形成一個(gè)散亂的高電位電流。而這部分電流一旦進(jìn)入管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)后，就會(huì)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)中的電位產(chǎn)生一定的干擾。

通常情況下，在電流流入時(shí)，如果管道帶有負(fù)電就會(huì)形成一個(gè)陰極區(qū)，而這一陰極區(qū)對(duì)管道的陰極保護(hù)會(huì)產(chǎn)生其相應(yīng)的影響，但是對(duì)陰極保護(hù)的區(qū)域有特定的標(biāo)準(zhǔn)，一旦管道金屬表面的電位負(fù)值超過(guò)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，就極其容易導(dǎo)致析氫現(xiàn)象或者防腐層脫落的現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，如若電流流入管道的陽(yáng)極位置，勢(shì)必會(huì)引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)油氣管道造成極為不利的負(fù)面影響，例如電化學(xué)腐蝕等[3]。

2.3 其他可能影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的因素

其他因素對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響也是不容小覷的，由于地下網(wǎng)管錯(cuò)綜復(fù)雜，且數(shù)量相對(duì)較多，一個(gè)管道出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)對(duì)其他的管道造成不同程度的影響，且均會(huì)對(duì)管道的陰極保護(hù)效果造成極為不利的影響。

3 陰極保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀

3.1 整體現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注與支持，也在不斷應(yīng)用和發(fā)展的過(guò)程中不斷完善，應(yīng)用效果顯著。特別是在油氣管道領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，通過(guò)科學(xué)合理地借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化技術(shù)手段，進(jìn)一步加強(qiáng)了應(yīng)急保護(hù)計(jì)算，電腦模擬技術(shù)等環(huán)節(jié)的應(yīng)用效果，使得模擬測(cè)量的數(shù)據(jù)更加具備精確性和完善性。但是，從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，油氣管道的防腐控制系統(tǒng)主要有防腐層和應(yīng)急保護(hù)兩部分組成，且在此過(guò)程中受到的局限性較大，過(guò)程相對(duì)繁瑣，因此在實(shí)際的操作過(guò)程中極其容易引發(fā)工作失誤和安全隱患問(wèn)題，例如一些機(jī)械碰撞、操作失誤、材料問(wèn)題等。

其中，需要特別注意的是在陰極保護(hù)技術(shù)方面，具有很大的發(fā)展空間和提升空間，因此，必須從整體的角度出發(fā)去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，一方面要將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的優(yōu)化，加強(qiáng)防腐管道的科學(xué)控制，進(jìn)一步加強(qiáng)防腐涂層的分析，加強(qiáng)應(yīng)急保護(hù)，提高電流密度的科學(xué)評(píng)估，切實(shí)保障應(yīng)急的安全性；另一方面必須進(jìn)一步提高設(shè)備的先進(jìn)性和可靠性，加大數(shù)字化應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)力度，全方位多層次，多角度地提高陰極保護(hù)技術(shù)，優(yōu)化和提高管理水平[4]。

3.2 陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

陰極保護(hù)準(zhǔn)則是陰極保護(hù)的核心指標(biāo)，通過(guò)核心指標(biāo)能夠進(jìn)一步提高判斷標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，對(duì)于進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)急保護(hù)的設(shè)計(jì)，切實(shí)提高和保障應(yīng)急保護(hù)技術(shù)的正常運(yùn)行有著積極的作用。而從國(guó)家制定的相關(guān)規(guī)定來(lái)看，電位值管、地界面極化電位是當(dāng)前評(píng)判陰極保護(hù)準(zhǔn)則的指標(biāo)。管道陰極保護(hù)電位應(yīng)該負(fù)于-850 mV，正于-1 200 mV。與此同時(shí)，陰極保護(hù)準(zhǔn)則在溫度上也作出了明確的規(guī)定，當(dāng)管道大于40 ℃時(shí)，管道的充分保護(hù)效能會(huì)大大降低，且溫度越高，陰極保護(hù)的實(shí)際效果越差。從當(dāng)前油氣管道的實(shí)際現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)大部分的油氣管道受到動(dòng)態(tài)直流干擾，特別是在近些年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，油氣管道所面臨的干擾也越來(lái)越多，導(dǎo)致油氣管道的電位，極其不穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，管道電位也與陰極保護(hù)技術(shù)的實(shí)際效果直接掛鉤。據(jù)可靠資料表示，一旦管道電位發(fā)生偏離現(xiàn)象，且偏離的時(shí)間越長(zhǎng)，陰極保護(hù)的實(shí)際效果越差，從而導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)造成極大的干擾，導(dǎo)致其無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重的情況下會(huì)引發(fā)相應(yīng)的安全隱患問(wèn)題。除此之外，陰極保護(hù)系統(tǒng)本身也存在一定的交流干擾，一旦處理不當(dāng)，便會(huì)加速管道的腐蝕，主要表現(xiàn)在自然腐蝕，阻礙腐蝕兩方面[5]。

3.3 管道管理現(xiàn)狀

從當(dāng)前油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)管道管理現(xiàn)狀來(lái)分析，不同的油氣管道類型要有不同的管道管理方式，且不同的管理方式要根據(jù)具體情況具體分析，確定科學(xué)合理的陰極保護(hù)系統(tǒng)目標(biāo)。目前，油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的目標(biāo)可以分為線路陰極保護(hù)系統(tǒng)和站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)兩大類，且隨著現(xiàn)代化社會(huì)的不斷發(fā)展，所有的線路管道均安裝有陰極保護(hù)系統(tǒng)，以便于更好地了解和反映，引起保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對(duì)其進(jìn)行直觀、清晰、科學(xué)、全面的了解。

為此，對(duì)逾 6 000 km油氣管道線路陰極保護(hù)系統(tǒng)及7座站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)查(如表1所示，其中P為管道斷電電位)。

表1 油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)斷電電位統(tǒng)計(jì)表

結(jié)果顯示：在調(diào)查范圍內(nèi)，各系統(tǒng)在陰極保護(hù)斷電電位的操作過(guò)程中，都沒(méi)有嚴(yán)格遵守應(yīng)急保護(hù)的相關(guān)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)缺乏全面的管理和保護(hù)，仍然有大部分的管道處于欠保護(hù)或過(guò)保護(hù)的狀態(tài)。與此同時(shí)，對(duì)于石油瀝青及煤焦油瓷漆防腐層管道，主要風(fēng)險(xiǎn)是欠保護(hù)；對(duì)于3LPE和FBE防腐層管道，主要風(fēng)險(xiǎn)是過(guò)保護(hù)；對(duì)于區(qū)域陰極保護(hù)，主要風(fēng)險(xiǎn)是欠保護(hù)。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，大多數(shù)過(guò)保護(hù)是由直流干擾引起的。而引發(fā)上述情況的原因主要分為以下幾方面。

首先，陰極保護(hù)裝備，作為陰極保護(hù)技術(shù)實(shí)施的重要組成部分，是至關(guān)重要的，但是，我國(guó)很大一部分的油氣管道領(lǐng)域都沒(méi)有對(duì)通電電位予以充分的重視，甚至有一些管道公司對(duì)于通電電位的測(cè)量以及管道外檢測(cè)以年的單位計(jì)算，機(jī)器容易引發(fā)安全事故，且存在的誤差相對(duì)較大；其次，從管理的層面來(lái)看，人工測(cè)量電位的方式會(huì)浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，且人工測(cè)量的過(guò)程中，及其容易導(dǎo)致誤差的發(fā)生，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確影響實(shí)際的判斷，工作效率和工作質(zhì)量都難以得到切實(shí)的保障，無(wú)法切實(shí)獲得陰極保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況[6]。

3.4 陰極保護(hù)裝備

陰極保護(hù)系統(tǒng)是由保護(hù)裝備構(gòu)成的，主要包括陰極保護(hù)電源系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)，前者由電源和陽(yáng)極地床組成，其中電源是核心裝備；后者由沿線測(cè)試樁、測(cè)量?jī)x表及參比電極組成。與此同時(shí)，管道斷電電位作為陰極保護(hù)技術(shù)中的重中之重，是陰極保護(hù)準(zhǔn)則中的一項(xiàng)重要判斷指標(biāo)。從油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看，當(dāng)前的應(yīng)急保護(hù)裝備能切實(shí)滿足自身發(fā)展的需要和社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求，雖然當(dāng)前的陰極保護(hù)參數(shù)較之前的陰極保護(hù)有了質(zhì)的飛躍，一方面，能夠有效降低人為勞動(dòng)的勞動(dòng)量，提高工作質(zhì)量和效率，加強(qiáng)電位數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)量也有了更大的兼容性能；另一方面，在測(cè)量和記錄管道沿線電位的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道膠質(zhì)瘤干擾的檢測(cè)，便于進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，特別是針對(duì)沿線干擾源分布方面，以及管道防腐層狀況的探究有著積極的意義和深遠(yuǎn)的影響?？蒲腥藛T仍然需要進(jìn)一步加大研究力度，積極學(xué)習(xí)新思想、新技術(shù)、新理念，進(jìn)一步提高電位測(cè)量功能的應(yīng)急保護(hù)裝備是當(dāng)前的重中之重，也是油氣管道領(lǐng)域陰極保護(hù)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要保障和重要發(fā)展方向[7]。

3.5 陰極保護(hù)與防腐層兼容性評(píng)價(jià)技術(shù)

防腐層與陰極保護(hù)系統(tǒng)息息相關(guān)，二者緊密聯(lián)系，相輔相成。因此，進(jìn)一步提高二者之間的協(xié)同性和兼容性是當(dāng)前油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)提高的關(guān)鍵所在，相關(guān)領(lǐng)域必須予以充分的重視。與此同時(shí)，為了進(jìn)一步提高應(yīng)急保護(hù)與防腐層兼容性評(píng)價(jià)技術(shù)，必須進(jìn)一步落實(shí)應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際成效，特別是針對(duì)防腐層的漏電問(wèn)題，進(jìn)行有針對(duì)性的分析和解決?；诖耍梢詮姆栏瘜与娮杪室约瓣帢O保護(hù)電流密度兩方面著手進(jìn)行，一方面表現(xiàn)在防腐層的電阻率會(huì)對(duì)陰極保護(hù)的電流密度造成極大的干擾；另一方面陰極保護(hù)的密度也在很大程度上與應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)能力直接掛鉤。簡(jiǎn)而言之，防腐層的電阻率與陰極保護(hù)的電流密度有著密切的聯(lián)系，二者都會(huì)對(duì)整體的陰極保護(hù)技術(shù)造成直接性的影響。與此同時(shí)，針對(duì)防腐層的漏點(diǎn)，必須充分結(jié)合管道施工及運(yùn)行的具體情況進(jìn)行深度分析，進(jìn)一步加強(qiáng)管道施工及運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)督和管理力度，切實(shí)提高整個(gè)流程的規(guī)范性，最大化地保證防腐層的每一個(gè)漏點(diǎn)都能夠得到有效的保護(hù)。除此之外，進(jìn)一步加強(qiáng)和分析防腐層的物理性能，也是進(jìn)一步提高陰極保護(hù)技術(shù)優(yōu)良性的重要途徑，通過(guò)這樣的方式可以進(jìn)一步加強(qiáng)陰極電流保護(hù)的密度，實(shí)時(shí)了解應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)輸出的電流狀況[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，陰極保護(hù)技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)熱點(diǎn)話題，受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注與支持，與油氣管道息息相關(guān)，有著不可或缺的作用，同時(shí)也是進(jìn)一步保證油氣管道運(yùn)輸?shù)囊豁?xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，對(duì)油氣領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的意義，是現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展背景下的必然趨勢(shì)和必然結(jié)果。但是，由于油氣管道具有一定的特殊性，因此，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中具有一定的復(fù)雜性和難度性。與此同時(shí)，從當(dāng)前陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，仍然存在諸多的技術(shù)問(wèn)題，尚未得到科學(xué)、有效的解決?；诖耍嚓P(guān)領(lǐng)域必須予以充分的重視，全方位、多層次、多角度的優(yōu)化和改善陰極保護(hù)技術(shù)，旨在進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，從而更好地加強(qiáng)油氣管道的保護(hù)作用，提高油氣管道運(yùn)行的安全性和高效性，促進(jìn)油氣管道的順利運(yùn)行，為油氣領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)保障。