淺談埋地輸油管道的陰極保護(hù)措施

惠程昱 白玨

(1.西安石油大學(xué),陜西 西安 710065；2.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）管道運(yùn)輸公司,陜西 西安 710000)

1 陰極保護(hù)的概念

石油是現(xiàn)當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿υ慈彩侨祟惿鐣?huì)進(jìn)步的支柱。油田工業(yè)主要有勘探、開發(fā)、鉆井、運(yùn)輸和銷售。在運(yùn)輸和銷售的中主要使用鋼質(zhì)管道和儲(chǔ)存罐。罐和管道的使用壽命知己關(guān)系到了油田工業(yè)是否可以正常的發(fā)展，同時(shí)也關(guān)系到整個(gè)油田的經(jīng)濟(jì)效益。而管道的使用年限主要受到各種電化學(xué)的影響，尤其在強(qiáng)腐蝕區(qū)域，目前解決這種強(qiáng)腐蝕區(qū)域電化學(xué)腐蝕的主要方法是對(duì)管道采取陰極保護(hù)措施。

我國(guó)的埋地石油管線的陰極保護(hù)始于1958年，但當(dāng)時(shí)僅限于小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，1965年大慶油田有了犧牲陽極法管道陰極保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。1970年開始，對(duì)長(zhǎng)輸管道開始了陰極保護(hù)技術(shù)的廣泛引用。

2 陰極保護(hù)方法的分類

對(duì)于輸油管道而言降低腐蝕電位可以達(dá)到保護(hù)管道被腐蝕的效果，這同樣也是陰極保護(hù)的定義。（那么管道腐蝕陰極保護(hù)的實(shí)質(zhì)是什么呢？就是給金屬管道補(bǔ)充大量的電子使得金屬管道表面長(zhǎng)時(shí)間處在電子過剩的狀態(tài)之中，即金屬管道表面各點(diǎn)都低于負(fù)電位，這樣做就可以使得金屬管道中的電子不流失而融入到溶液中，那很明顯既然金屬管道中的電子沒有流失，金屬管道肯定就受到了保護(hù)，金屬管道自然就沒有被腐蝕，這就是管道陰極保護(hù)的實(shí)質(zhì)所在）。一般情況下有兩種辦法可以達(dá)到保護(hù)管道即強(qiáng)制電流方法和犧牲陰極保護(hù)的方法。

2.1 犧牲陽極法陰極保護(hù)

犧牲陽極保護(hù)就是在同一種電解質(zhì)溶液中放置兩種不同的金屬，這兩種金屬的金屬性不同，即失去電子的能力不同，我們要保護(hù)的是金屬性比較強(qiáng)的，所以在放置的時(shí)候就應(yīng)該放置一種比我們要保護(hù)的金屬金屬性強(qiáng)的金屬，從而讓這種金屬失去電子被腐蝕已達(dá)到保護(hù)管道的作用。其主要具有使用的范圍比較廣，油氣集輸是中短距離比較復(fù)雜的管網(wǎng)系統(tǒng)；陽極輸出的電流小的話陰極發(fā)生剝離的可能性就??；陰極保護(hù)要是在鋪設(shè)管線的時(shí)候一起進(jìn)行陰極保護(hù)施工措施，工程量相對(duì)是很小的；運(yùn)行的時(shí)候后期的維護(hù)相對(duì)很簡(jiǎn)單；但是也有一定的缺點(diǎn)比如陽極輸出的電流不能很好的控制即可控性較小?？芍饕獞?yīng)用于長(zhǎng)輸管道的保護(hù)（圖一）。

圖一 犧牲陽極法陰極保護(hù)示意圖

圖二 外加電流陰極保護(hù)示意圖

2.2 外加電流法陰極保護(hù)原理

外加電流法陰極保護(hù)顧名思義就是對(duì)我們要保護(hù)的管線進(jìn)行外部強(qiáng)制電流的攝入，因?yàn)槲覀儾幌胱岅帢O收到腐蝕，陰極腐蝕就會(huì)有電子的損失，那么我們的目的就是來補(bǔ)償損失的這部分電子，將電流通過陽極輸入土壤中，并且通過匯流點(diǎn)返回到電源設(shè)備，這樣就可以來補(bǔ)償陰極損失的電子了。其特點(diǎn)是在操作的時(shí)候電流很大，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化比較容易，因?yàn)榘惭b的工程量相對(duì)較少，而且運(yùn)行期間需要專業(yè)的人員進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)；可用于長(zhǎng)輸管線和區(qū)域性管網(wǎng)的保護(hù)。有帶狀犧牲陽極、鎂合金犧牲陽極等，其中帶狀犧牲陽極適合高電阻率土壤中的大型設(shè)備（圖二）。

3 長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)施工技術(shù)

3.1 陰極保護(hù)施工的前提條件

埋地管道的腐蝕是時(shí)時(shí)會(huì)有發(fā)生。管道縱向連續(xù)導(dǎo)電，具有足夠電阻的管道覆蓋層，管道與其他低電阻接地裝置的電絕緣。陰極保護(hù)電源必須具備相應(yīng)的合格證明文件。陰極保護(hù)電源設(shè)備安裝條件。電源電壓與設(shè)備額定電壓值相符，根據(jù)接線圖核對(duì)交直流電壓的關(guān)系?？煽毓韬汶娢粌x安裝。按出廠標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流輸入特性，漂移特性，負(fù)載特性，防干擾能力，流經(jīng)參比電極的電流等座檢驗(yàn)。匯流點(diǎn)及輔助陽極安裝。測(cè)試樁的安裝。管道局部防腐層清除，焊接腐蝕控制或測(cè)試的引線，焊后進(jìn)行防腐處理，回填時(shí)防止碰斷等。

3.2 陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)試

要判定管道是否得到了保護(hù)，必須通過測(cè)得管道所在處的管地電位來判定。為了方便，同時(shí)也有著多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出通過以下幾個(gè)判斷結(jié)構(gòu)是否得到充分保護(hù)得到判斷準(zhǔn)則。主要有管地電位法、地表參比法、近參比法、遠(yuǎn)參比法，輔助電極法。不同測(cè)試的使用范圍不同。

下面用管地電位測(cè)試來說明這幾種方法。地表參比法，用于管道自然電位、犧牲陽極開路電位，管道保護(hù)電位的參數(shù)測(cè)試，參比電極放在管道頂部上方一米范圍的地表潮濕土壤上，保證參比電極及土壤點(diǎn)接觸良好。近參比法，用于防腐層質(zhì)量差的管道保護(hù)電位和犧牲陽極閉路電位的測(cè)試，在管道上方，據(jù)測(cè)試點(diǎn)一米左右挖一個(gè)放參比電極的深坑，將參比電極置于距管道壁2.5米的土壤上。遠(yuǎn)比參法，用于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)受輔助陽極電場(chǎng)影響的管道和犧牲陽極埋設(shè)點(diǎn)附近的管段，測(cè)量管道對(duì)遠(yuǎn)方大地的電位，用于計(jì)算該點(diǎn)負(fù)偏移電位。

4 長(zhǎng)距離輸油管線陰極保護(hù)中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的解決辦法

4.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)自然電位與設(shè)計(jì)電位不符

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)自然電位就在相應(yīng)的實(shí)際條件下，比如溫度、濕度、導(dǎo)電率等相關(guān)系數(shù)都是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)測(cè)的，而設(shè)計(jì)電位則是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上人為進(jìn)行規(guī)定的，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)則自然電位和設(shè)計(jì)電位不符的問題要是不能很好的解決，將對(duì)陰極保護(hù)有很大的阻礙作用。

因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在所用的儀器大多數(shù)都沒有溫度、濕度等的校正功能，所以我們?cè)趯?duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定的時(shí)候需要對(duì)所測(cè)處進(jìn)行溫度、濕度的校正。

4.2 當(dāng)電力系統(tǒng)有較大負(fù)荷起停時(shí)，部分本來正常的陰極保護(hù)電位跳變?yōu)椴徽?/h3>

電力系統(tǒng)對(duì)于陰極保護(hù)而言，電力系統(tǒng)屬于高電壓且大電流的交流系統(tǒng)，而陰極保護(hù)系統(tǒng)則是低電壓且小電流的直流電系統(tǒng)；從施工的角度來看，電力系統(tǒng)屬于埋地鋪設(shè)的，而陰極保護(hù)則是犧牲陰極保護(hù)陽極的保護(hù)方法，而輸油管道和腐蝕信號(hào)檢測(cè)探頭也屬埋地式的安裝。要是電力系統(tǒng)中有比較大的負(fù)荷的啟停時(shí)，必將出現(xiàn)電流的不平衡，并且通過接地系統(tǒng)會(huì)將電流排入大地中，以半球狀形式散流，且其散流半徑達(dá)15米-20米。

4.3 長(zhǎng)距離輸油管道在測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候是沒有問題的，但是部分測(cè)試點(diǎn)的保護(hù)電位總是達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求

由于長(zhǎng)距離輸油管道在采用陰極保護(hù)的時(shí)候，管道及犧牲陽極的埋設(shè)深度一般在2米到3米之間，但是各個(gè)油田的長(zhǎng)距離輸油管道一般都在50公里以上，這樣就會(huì)出現(xiàn)一種問題，一種由于電阻率不同而導(dǎo)致的問題。是因?yàn)楣艿纼深^的落差很大，一般在幾十米或者幾百米不等，這種落差直接導(dǎo)致管道在埋設(shè)過程中所處的地形地貌環(huán)境發(fā)生很大的變化，這種變化會(huì)導(dǎo)致地層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，比如剛開始埋設(shè)的時(shí)候可能是砂巖，慢慢就會(huì)變成砂質(zhì)泥巖，在逐漸的就變味泥巖，到最后直接變成了第四系馬蘭黃土或者離石黃土。

5 結(jié)語

在現(xiàn)實(shí)的操作中，管道的陰極保護(hù)有犧牲陽極法，強(qiáng)制電流法或兩種方法的結(jié)合，設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該以工程規(guī)模、土壤的環(huán)境、管道防腐層質(zhì)量等因素進(jìn)行合理的選用。根據(jù)以上的描述，我們?cè)陂L(zhǎng)輸管道的設(shè)計(jì)中多使用犧牲陽極的陰極保護(hù)法。并針對(duì)常出現(xiàn)的問題給予了梳理和解答。

[1]孫勇.埋地金屬管道的腐蝕與防護(hù)[J].化工裝備技術(shù)，2005，26(3)：73.

[2]祝馨.長(zhǎng)輸管道的腐蝕與防護(hù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2006,23(1)：51-53.