影響油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)因素與對(duì)策

熊 偉，魏克同

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

隨著社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)以及人們生活水平的不斷提升，油氣能源的消耗量也在不斷增加，由此也使得油田的油氣管道建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，初步估計(jì)未來(lái)幾年我國(guó)油氣集輸管道的總體建設(shè)長(zhǎng)度將達(dá)到15 萬(wàn)公里。由于我國(guó)幅員遼闊，油氣集輸管道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)面臨各種不同的環(huán)境，由此也導(dǎo)致油氣集輸管道安全事故發(fā)生的頻率較高。而腐蝕是造成油氣集輸管道發(fā)生事故的主要原因。針對(duì)油氣管道防腐方面主要應(yīng)用陰極保護(hù)、防腐層保護(hù)很多種措施。但是，油氣管道在運(yùn)行的過(guò)程中不可避免出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，因此，針對(duì)油氣管道以及保護(hù)時(shí)效問(wèn)題進(jìn)行深入研究，找出相應(yīng)的解決措施，才能充分保證油氣管道的安全運(yùn)行。

1 油氣管道陰極保護(hù)影響因素分析

1.1 套管的影響

通常情況下在進(jìn)行油氣管道施工過(guò)程中都會(huì)在管道表面鋪設(shè)1 層套管，套管的作用是對(duì)油氣管道進(jìn)行良好的保護(hù)。而根據(jù)陰極保護(hù)基本原理可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陰極保護(hù)系統(tǒng)中外部電流進(jìn)入油氣管道內(nèi)部并達(dá)到金屬管道容納電子的額定值，才能讓金屬表面成為陰極保護(hù)系統(tǒng)中的負(fù)電位，由此才能達(dá)到對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)效果。但是，在陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際實(shí)施的過(guò)程中，由于油氣管道表面存在套管，從而對(duì)金屬管道形成屏蔽，從而使得絕大部分的電子只能停留在套管中，使得陰極保護(hù)失效。另外，我國(guó)油氣管道中套管的材質(zhì)通常都為鋼材，由于套管與金屬管道直接接觸，從而出現(xiàn)短路狀況，這樣不僅使得托管吸收的電子數(shù)量增加，而且可能引起金屬管道內(nèi)部電子出現(xiàn)外流情況，這樣就會(huì)進(jìn)一步加劇油氣管道的腐蝕。

1.2 電氣化設(shè)備的影響

由于油氣管道上方經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些電氣化設(shè)備，這部分電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)深埋在地下的油氣管道產(chǎn)生一定程度的影響。所有的電氣化設(shè)備中電氣化鐵路對(duì)油氣管道的影響是最大的。電氣化鐵路在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)涉及到接觸系統(tǒng)和牽引供電網(wǎng)，接觸系統(tǒng)中的接觸導(dǎo)線會(huì)與承力索共同組成接觸網(wǎng)，而鐵路的鋼軌、接觸網(wǎng)以及大地組合后會(huì)共同形成1 個(gè)牽引供電網(wǎng)。眾所周知，大地與鐵路的鋼軌具有良好的保健性，因此，供電網(wǎng)中部分泄漏的電流會(huì)通過(guò)鐵路鋼軌進(jìn)入地下，從而在油氣管道周?chē)耐寥乐行纬闪烁唠娢坏碾s散電流，當(dāng)這部分雜散電流進(jìn)入到油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重的干擾陰極保護(hù)系統(tǒng)的電位移，一旦干擾作用超過(guò)陰極保護(hù)系統(tǒng)承受的范圍，就會(huì)導(dǎo)致油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)失效。通常情況下，當(dāng)雜散電流進(jìn)入到油氣管道負(fù)電位的時(shí)候，會(huì)在該位置形成陰極區(qū)域，從而使得該區(qū)域的油氣管道不會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，但是隨著金屬管道表面負(fù)電位的逐漸升高，就會(huì)導(dǎo)致金屬管道出現(xiàn)析氫反應(yīng)，由此就會(huì)造成油氣管道表面防腐層脫落。當(dāng)大量帶正電的雜散電流進(jìn)入油氣管道的時(shí)候，就會(huì)在其表面形成陽(yáng)極區(qū)，該區(qū)域在雜散電流的作用下會(huì)發(fā)生劇烈的電化學(xué)反應(yīng)，從而造成金屬管道產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕[1]。

2 長(zhǎng)輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)失效的對(duì)策分析

2.1 提升管道本質(zhì)安全

由于油氣管道套管對(duì)金屬管道表面的陰極保護(hù)形成很大的影響，如果某個(gè)位置的套管出現(xiàn)漏點(diǎn)，就會(huì)進(jìn)一步加速油氣管道的腐蝕處理，不僅沒(méi)有很好的起到保護(hù)油氣管道的作用，甚至?xí)?duì)油氣管道的使用壽命造成嚴(yán)重影響。鑒于此，針對(duì)穿越電氣化鐵路的油氣管道要適當(dāng)?shù)奶嵘蜌夤艿赖谋诤?，以此?lái)有效提升油氣管道本質(zhì)安全。另外，還可以通過(guò)混凝土套管來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)穿越道路油氣管道的有效保護(hù)，并在套管以及油氣管道表面之間鋪設(shè)具有良好絕緣性的支架，有效提升油氣管道的絕緣性能，這樣就能有效避免油氣管道受到雜散電流影響造成一級(jí)保護(hù)失效。如果在必要的情況下，針對(duì)油氣管道穿越的兩次可以采取犧牲陽(yáng)極對(duì)屏蔽管道進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)。

2.2 接地排流方式

如果油氣管道在運(yùn)行過(guò)程中與電子化鐵路不能保證足夠的安全距離，要想進(jìn)一步提升對(duì)油氣管道的防護(hù)保護(hù)，接地排流是可行性最高的方案。但是該方式在具體實(shí)施的過(guò)程中必須要充分保證管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效性，還要保證接地排流不能對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際的保護(hù)效果以及保護(hù)范圍產(chǎn)生影響。

2.2.1 極性排流

極性排流不是充分利用油氣管道周?chē)寥乐挟a(chǎn)生的雜散電流來(lái)對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)，這樣不僅能夠提升油氣管道防腐保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，而且實(shí)際操作過(guò)程非常簡(jiǎn)單，但是，該方法在具體實(shí)施的過(guò)程中會(huì)對(duì)周邊的其他構(gòu)筑物形成嚴(yán)重的干擾影響，非常容易導(dǎo)致構(gòu)筑物出現(xiàn)點(diǎn)位過(guò)負(fù)的現(xiàn)象，因此在一些具有交流干擾線上的區(qū)域不能進(jìn)行很好運(yùn)用。極性排流器主要是由二極管以及鎂陽(yáng)極接地裝置共同組成。充分利用極性排流器中的二極管將油氣管道上的正電位與大地進(jìn)行相連，這樣就能夠很好的將陰極保護(hù)系統(tǒng)電位進(jìn)行保留。極性排流器在一些油氣管道中的實(shí)踐應(yīng)用表明，雖然其能夠有效減少金屬管道上的正電位，但是管道仍然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電位過(guò)負(fù)現(xiàn)象[2]。

2.2.2 鉗位式排流

鉗位式排流在油氣管道中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油氣管道表面交流電壓值的有效控制，但是其最大的缺點(diǎn)就是在交流電壓過(guò)大的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致直流電位產(chǎn)生變化，從而對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)效果形成一定影響，而且其實(shí)際的排流能力也比較有限，而且在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中其排流設(shè)施遭到破壞的可能性非常大，而且針對(duì)排流設(shè)施的維護(hù)和管理也比較繁瑣，實(shí)際應(yīng)用成本比較高。另外，鉗位式排流在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中排流裝置中對(duì)接地材料的要求非常嚴(yán)格，必須要充分保證接地極與油氣管道的材質(zhì)保持一致，而且接地在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)逐漸的出現(xiàn)腐蝕而產(chǎn)生消耗，電位也會(huì)隨著接地極的腐蝕而產(chǎn)生變化，如此會(huì)對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)形成進(jìn)一步影響。

2.2.3 固態(tài)去耦合器排流

在該方法中采用比較先進(jìn)的固態(tài)技術(shù)耦合器，耦合器的外殼為非金屬材質(zhì)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油氣管道上交流故障電流以及雷電流等的有效控制，對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)形成很好的保護(hù)作用，能夠有效延長(zhǎng)油氣管道的使用壽命。與此同時(shí)，固態(tài)去耦合器排流能夠有效避免油氣管道在穿越電氣化鐵路的過(guò)程中出現(xiàn)雜散電流匯集的現(xiàn)象。在國(guó)外一些油田中會(huì)將固態(tài)去耦合器與接地體進(jìn)行結(jié)合使用，該方法能夠有效的降低感應(yīng)電壓，而且維護(hù)管理非常方便，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是其實(shí)際的使用成本比較高。

3 結(jié)束語(yǔ)

在油氣管道運(yùn)行的過(guò)程中加以保護(hù)是一種非常有效的防腐蝕途徑，但是當(dāng)油氣管道穿越道路的時(shí)候由于套管以及電氣化設(shè)備的影響，會(huì)在油氣管道周?chē)纬呻s散電流，進(jìn)一步對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)形成了巨大的影響，甚至?xí)?dǎo)致油氣管道以及保護(hù)系統(tǒng)失效，加速油氣管道腐蝕現(xiàn)象。通過(guò)有效提升油氣管道自身性能，并采取合理的排流方式有效提升陰極保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。