鄒德龍 黃金釗

上海道盾科技股份有限公司

 

摘 要：陰極保護系統在管道的腐蝕與防護中起到了關(guān)鍵作用，需要定期對整個(gè)系統進(jìn)行測試與評價(jià)，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并加以調整或維修。詳細介紹了陰保系統恒電位儀、絕緣、斷電電位、土壤腐蝕性等關(guān)鍵因素和在特殊地段的測試，提出了注意事項和運行維護建議。

關(guān)鍵詞：陰保系統；斷電電位；絕緣；恒電位儀

 

 

陰極保護是控制埋地管道腐蝕的主要措施，陰極保護的維護和管理也是管道完整性管理的重要方面。近年來(lái)管道受雜散電流干擾越來(lái)越多，管理技術(shù)越來(lái)越復雜，陰極保護系統運行維護的專(zhuān)業(yè)化需求也越來(lái)越高。另一方面，隨著(zhù)管道長(cháng)度不斷延伸，管理難度也日益加大，陰極保護管理專(zhuān)業(yè)人員數量不足，且沒(méi)有其他有效的檢測或監測方式判斷整個(gè)陰保系統運行狀態(tài)，導致很多管道陰保系統 “帶病”運行。

目前絕大部分長(cháng)輸管道采用強制電流陰保方式，系統主要包括恒電位儀、輔助陽(yáng)極地床、絕緣系統、排流及防雷系統、陰極保護測試樁等。目前測試陰保系統有效性的普遍做法是沿線(xiàn)定期測試管道直流通電電位和交流電壓，恒電位儀每日查看輸出情況，絕緣性能測試還停留在保護端和非保端的電位測試評價(jià)，排流器和防雷系統更是少有人關(guān)注并加以測試。這對陰保系統的有效運行難以提供支持，為此，筆者提出詳細的陰保系統測試內容及注意事項。

1 陰保系統測試

1.1 恒電位儀測試

恒電位儀檢查項目主要包括外觀(guān)、陰極接線(xiàn)、陽(yáng)極接線(xiàn)、參比接線(xiàn)、零位接陰接線(xiàn)及防雷接地接線(xiàn)。主要測試項目包括通電點(diǎn)保護電位（通斷電位）、輸出電壓、輸出電流、輔助陽(yáng)極接地電阻、回路電阻和長(cháng)效參比校驗等。需要注意以下七點(diǎn)。

（1）確保恒電位儀各接線(xiàn)正確連接且無(wú)斷線(xiàn)情況。

（2）測試通電點(diǎn)保護電位時(shí)萬(wàn)用表負極接長(cháng)效參比電極、正極接零位接陰端子，測得數值與給定電位相比較應近似相等。

（3）測試輸出電流時(shí)應首先明確串聯(lián)分流器規格型號，通過(guò)萬(wàn)用表直流“mV”檔測試分流器分壓計算輸出電流。

（4）當通電點(diǎn)處存在雜散電流干擾時(shí)，應進(jìn)行恒電位儀輸出電壓、輸出電流長(cháng)時(shí)間監測，并在通電點(diǎn)處采用試片斷電法測試斷電電位。

（5）長(cháng)效參比校驗時(shí)應確保經(jīng)校準后便攜式參比電極與長(cháng)效參比電極處于最近距離位置（若有參比管，可置于參比管中），分別用長(cháng)效參比和便攜參比測試斷電電位（放置參比位置周?chē)�不應存在地電位梯度），通過(guò)比較斷電電位來(lái)評價(jià)準確性。

（6）測試輔助陽(yáng)極接地電阻時(shí)應首先確定輔助陽(yáng)極埋設類(lèi)型、位置、長(cháng)度、走向、埋深等信息，據 此確定三級法測試中電流極和電位極所處位置。

（7）定期測試各單只陽(yáng)極地床輸出電流大小，調節每支電流輸出，使各組陽(yáng)極地床輸出相對平衡。

1.2 絕緣有效性測試

國外文獻指出“沒(méi)有絕緣就沒(méi)有陰�！�，可見(jiàn)絕緣在陰保系統中的關(guān)鍵作用。在役絕緣接頭（法蘭）及組件最常用的測試方法有：電位法、 PCM漏電法、絕緣接頭測試儀法和通斷電位法。絕緣有效性測試應注意以下七點(diǎn)。

（1）查看管道工藝及走向，明確已設置絕緣位置和應設置絕緣位置，包括進(jìn)出站絕緣接頭（法蘭）處、站內管道去下游用戶(hù)管道處、去放空區管道處、過(guò)站（或閥室）各類(lèi)閥組儀表接地與干線(xiàn)管道之間。

（2）明確每處絕緣接頭（法蘭）或組件兩端陰極保護設置情況（有無(wú)設置陰�；蜿幈Ｋ�處區間位置）。

（3）地上型絕緣接頭及組件采用RF-IT絕緣接頭測試儀進(jìn)行測試，輔以電位法和通斷電位法進(jìn)行共同驗證。

（4）通斷電位法應通斷輸出電流較大、通斷較為明顯的一側，同時(shí)觀(guān)察另一側電位變化情況。

（5）通斷測試時(shí)應避免地電場(chǎng)變化對測試產(chǎn)生的干擾。

（6）在外側通斷電位差值大于100 mV時(shí)，說(shuō)明該絕緣位置有漏電現象，應及時(shí)分析并排查故障原因。

（7）地上型絕緣接頭（法蘭）相較于地下型更能準確判斷絕緣性能并方便維護。

1.3 管道斷電電位測試

獲取管道斷電電位常見(jiàn)的方法有同步通斷恒電位儀和試片法兩種。同步通斷法要求同步通斷施加在管道上所有陰保電源且管道上無(wú)雜散電流干擾，需要多臺衛星中斷器同步進(jìn)行；并且恒電位儀固有的電路阻抗可能會(huì )響應較慢，數據采集需要響應較快的數據記錄儀。試片斷電法則應用條件更寬松，且優(yōu)點(diǎn)較多，但需要注意以下五點(diǎn)。

（1）針對所維護管道防腐層狀況，選擇合適的試片裸露面積。

（2）試片埋設所處環(huán)境與管道處盡量一致，且土壤沉降完全。

（3）試片安放位置靠近管道中心線(xiàn)偏下，試片裸露點(diǎn)背對管道本體。

（4）在埋設試片位置埋設PVC參比管，且與試片裸露處有相同的幾何中心，并且土壤管中放入可以與參比電極接觸良好的土壤。

（5）選擇合適的通斷周期，至少60次/秒采樣頻率，并確保正確的測試連線(xiàn)。

1.4 土壤腐蝕性測試

管道沿線(xiàn)土壤電阻率是陰極保護系統重要參數之一，用以評價(jià)土壤腐蝕性強弱，此外還有腐蝕速率、pH值、氧化還原電位、各種腐蝕性離子種類(lèi)及濃度等參數。

南方地區土壤電阻率會(huì )隨著(zhù)干濕季節的交替隨之變化，北方地區冬季凍土也會(huì )影響土壤電阻率的變化，經(jīng)實(shí)測冬季凍土環(huán)境的土壤電阻率跟夏季相比有很大的差異，如圖 1所示。

 

土壤電阻率的變化不僅可以改變陰極保護電流分布，同時(shí)對陰極保護評級準則也有影響（ISO、 GB/T 21447―2008和GB/T 21448―2008有相應說(shuō)明）。因此要根據其變化來(lái)調整陰保站的輸出，根據評級準則進(jìn)行陰極保護評價(jià)與管理。

1.5 特殊管段測試

（1）穿跨越管段

首先了解穿跨越管段信息，如穿越方式、是否有 套管（套管材質(zhì)）、陰極保護狀況、是否有加強陰保等。測試內容包括：①檢查管道本體與套管的絕緣狀況，測試套管內犧牲陽(yáng)極的現役狀態(tài)。②采用試片法測試與評價(jià)管涵內管道陰極保護有效性。③大型穿越的管道防腐層電導率以及起止點(diǎn)陰極保護有效性。

（2）交叉平行管段

了解第三方管道基本信息，明確兩條管道相互位置關(guān)系，檢查是否有屏蔽或相互干擾。并行管道間距應至少大于1.5倍管徑，以免陰極保護屏蔽影響；交叉管道如果有跨接測試樁，則應定期調試跨接電阻，平衡兩條管道電流分布。

（3）受污染土壤或含微生物管段

如存在硫酸鹽還原菌的土壤應按照斷電電位﹣0.95 Vcse的準則要求測試評價(jià)。疑似受污染及含微生物土壤進(jìn)行實(shí)驗室化驗。

（4）固定墩位置

檢查固定墩內鋼筋混凝土結構是否與管道本體有搭接或者屏蔽，測試方法同套管與管道絕緣測試。

（5）受雜散電流干擾管段

雜散電流干擾識別防護包括干擾識別、干擾評價(jià)、干擾防護、防護效果評價(jià)幾個(gè)環(huán)節，干擾識別和評價(jià)可以同步完成，以地鐵雜散電流干擾為例，典型的地鐵雜散電流干擾管道電位變化如圖 2所示。

              

試片法測試斷電電位評價(jià)干擾狀態(tài)下陰極保護有效性如圖 3所示。

可以看出，即使管道通電電位有正向和負向波動(dòng)，但斷電電位一直保持相對穩定狀態(tài)，滿(mǎn)足陰極保護有效性要求。

1.6 排流設施測試

以直流排流器為例，需要檢測的內容有管道直流電位、排流電流、交流電壓、排流地床接地電阻等。測試接線(xiàn)如圖 4所示。

2 陰保系統運行維護建議

（1）建立良好的陰極保護絕緣系統是有效運行的關(guān)鍵。絕緣位置包含但不限于進(jìn)出站場(chǎng)、閥室、氣液聯(lián)動(dòng)閥、溫控儀表、手動(dòng)閥門(mén)、鋼質(zhì)套管、固定墩及管道支架吊環(huán)等。

（2）在陰保站地床位置及長(cháng)效參比設置合理的情況下，根據不同季節土壤電阻率變化導致管道沿線(xiàn)IR降的變化，調整適宜的恒電位儀輸出。

（3）密切關(guān)注第三方管道、電氣化鐵路以及高壓輸電設施對管道可能產(chǎn)生的雜散電流干擾，必要時(shí)開(kāi)展專(zhuān)項測試評估、實(shí)時(shí)監測并制定適宜的防護措施。

（4）對特殊管段可能產(chǎn)生的屏蔽、干擾應加強關(guān)注和增加檢測頻次。

（5）定期開(kāi)展腐蝕速率檢測與評價(jià)工作，特別是特殊管段位置。

3 結束語(yǔ)

良好的陰極保護系統可以極大地減少腐蝕風(fēng)險，延長(cháng)管道使用壽命，增強管道安全。管道陰保系統的專(zhuān)業(yè)化管理要從陰保附屬設施的完整性、陰極保護有效性、沿線(xiàn)土壤腐蝕性、雜散電流干擾等方面，對管道的陰極保護系統進(jìn)行定期檢測與評價(jià)，制定經(jīng)濟科學(xué)的防護措施。循環(huán)開(kāi)展檢測工作和調試維修工作，實(shí)現陰極保護閉環(huán)管理，以期最終形成一套穩定可靠、運行良好的陰極保護系統。

 

作者：鄒德龍，上海道盾科技股份有限公司壓力管道檢驗員。

2019年第4期（總第47期）