張遂

西部管道甘肅輸油氣分公司武威維搶修隊

摘要：腐蝕是導致油氣管道失效的重要因素。陰極保護是延緩管道腐蝕的主要技術(shù)手段。通過(guò)識別并行管道陰極保護系統失效類(lèi)型，建立并行管道附近電位分布模型分析失效原因，采用消除陽(yáng)極地床金屬屏蔽及防干擾參比電極等技術(shù)措施，并行管道陰極保護有效率提升至98.65%，超過(guò)目標要求。

關(guān)鍵詞：并行管道；腐蝕；陰極保護；陽(yáng)極地床；參比電極

根據GB/T 21448―2017 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范》及陰極保護系統實(shí)際運行要求，當陰極保護系統對地電位穩定保持在﹣0.85 VCSE～ ﹣1.20 VCSE時(shí)，才能有效保護管道免受腐蝕損壞，公司要求陰極保護有效率達98%以上。經(jīng)現場(chǎng)實(shí)測，兩條并行敷設管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)管線(xiàn)1、管線(xiàn)2）中管線(xiàn)1陰極保護電位達標率為88.5%，未達到要求。通過(guò)檢測分析并行管道陰極保護不達標原因以采取針對性解決措施，維護管道安全平穩運行。

1  并行管道陰極保護失效原因分析

1.1  管道防腐層破損

管道防腐層破損失效會(huì )導致防腐層絕緣電阻下降，陰極保護系統恒電位儀自動(dòng)增大輸出，造成陽(yáng)極電位偏移。為定量分析管道防腐層破損對陰極保護造成的影響，模擬制作多個(gè)管線(xiàn)1防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗，結果如表 1所示。

表 1 防腐層破損點(diǎn)對應陽(yáng)極場(chǎng)電位正向偏移統計表

實(shí)驗表明，管線(xiàn)1防腐層破損點(diǎn)會(huì )導致陰極保護系統陽(yáng)極電位偏移，最大偏移10 mV，對陰極保護有效率影響有限。

1.2  陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽

為驗證陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽對并行管道的實(shí)際影響，人為屏蔽陽(yáng)極場(chǎng)，現場(chǎng)測量陽(yáng)極場(chǎng)電位正向偏移值，驗證與并行管道陽(yáng)極地床電位偏移數學(xué)相關(guān)性。

表 2所示為管線(xiàn)1、管線(xiàn)2與陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽的電位偏移關(guān)系，依據直流雜散電流排流標準，將造成陽(yáng)極電位偏移量超過(guò)100 mV[1]的失效判斷為主要失效類(lèi)型。

表 2 并行管道陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽影響對比

陽(yáng)極電位計算公式采用工程可接受的簡(jiǎn)化數學(xué)公式：

依據式（1）建立如圖 1所示數學(xué)模型，分析陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽與管道電位關(guān)系。

圖 1 陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽與管道電位數學(xué)模型

從圖 1可以看出，陽(yáng)極場(chǎng)受金屬屏蔽后不僅與陽(yáng)極干擾電位具備數學(xué)相關(guān)性，且陽(yáng)極干擾電位偏移大于100 mV，表明陽(yáng)極場(chǎng)金屬屏蔽會(huì )對陰極保護有效率帶來(lái)顯著(zhù)影響。

1.3  參比電極受直流干擾

參比電極受到干擾將造成陰保數據收集不準確，恒電位儀輸出不穩定最終造成陰極保護系統失效。受周邊復雜空間電場(chǎng)影響，參比電極存在明顯的直流干擾。采用由遠及近，再由近至遠的方式測量并行管道參比電極測點(diǎn)處電壓偏移值并進(jìn)行定量分析，結果如圖 2所示。建立空間電場(chǎng)變化對參比電極干擾模型如圖 3所示。

圖 2 并行管道參比電極測點(diǎn)處陽(yáng)極干擾電壓正向偏移值

圖 3 空間電場(chǎng)對參比電極干擾影響模型

可見(jiàn)，參比電極受直流及空間電場(chǎng)干擾是影響管道陰極保護有效率的重要因素之一。

2  并行管道陰極保護有效率提升措施

2.1  消除陽(yáng)極地床金屬屏蔽影響

從并行管道陽(yáng)極地床周邊保護電位分布規律入手，考慮土壤電阻率，淺埋地床埋深等因素，建立地床輸出電流、陰極保護系統管道保護距離及保護電位三者關(guān)系的空間模型，如圖 4所示。

圖 4 空間電位分布側視模型

分析發(fā)現，受管線(xiàn)1金屬屏蔽影響，管線(xiàn)2電位呈兩種情況分布。屏蔽側與非屏蔽側管道陽(yáng)極地床干擾分別呈現電位正向偏移及負向偏移趨勢。屏蔽體電位處于有效保護且連續可調的范圍內，如圖 5紅線(xiàn)所示。

圖 5 屏蔽體電位處于有效保護且連續可調示意圖

因此，可以將屏蔽體管線(xiàn)2與被屏蔽體管線(xiàn)1連通，使兩條并行管道成為一體，消除陽(yáng)極屏蔽，補充并行管道保護電流。

從圖 6可以看出，連通后兩條并行管道陰極保護電位均處于﹣0.85 VCSE～﹣1.20 VCSE之間，改進(jìn)措施有效，且屏蔽體管線(xiàn)2的陰極保護電位處于有效保護狀態(tài)，無(wú)負面影響。

圖 6 并行管道電連通及陰極保護電位測試曲線(xiàn)

2.2  采用極化探頭

利用聚氨酯絕緣特性隔絕周邊空間電場(chǎng)干擾，參比極化探頭直接與并行管道近距離埋設，減少參比電極直流干擾。同時(shí)為消除雜散電流干擾，將兩條并行管道排流裝置導通，實(shí)現共用排流裝置[2]，消減直流干擾。

2.3  提升效果

通過(guò)實(shí)施綜合措施，并行管道陰極保護有效率達到了98.65%（圖 7），超過(guò)公司98%目標要求。

圖 7 提升措施實(shí)施后電位偏移檢測結果

3  結論

提升陰極保護系統有效率需要綜合考慮并行管道金屬屏蔽、空間電場(chǎng)分布等現場(chǎng)實(shí)際影響，將兩條并行管道作為一個(gè)整體考慮，采取針對性解決措施使并行管道陰極保護系統正常有效，確保油氣管道安全平穩運行。

參考文獻：

[1]徐子洋.探討輸氣管道陰極保護問(wèn)題及解決對策[J].當代化工研究，2018(06)：7-8.

[2]湯丁，何鑫，許捷，等.埋地輸氣管道的直流雜散電流干擾分析與排流措施[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2018，41(04)：94-99. 

作者簡(jiǎn)介：張遂，1984年生，大學(xué)本科，工程師，現從事管道壓縮機、機泵及關(guān)鍵設備檢維修工作。聯(lián)系方式：18628866822，zhangxu85994747@163.com。