輸氣管道陰極保護(hù)措施探析

徐藝峰

摘要：針對輸氣管道陰極保護(hù)管中電流的分布規(guī)則，利用數(shù)值模擬方式在不同陰極保護(hù)站間距下的瀝青石油以及3PE的防腐處理下，計(jì)算管道的陰極保護(hù)數(shù)據(jù)，按照參數(shù)結(jié)果探討了管道沿線區(qū)的電流密度值、管中的電流和形成管內(nèi)阻電壓降的關(guān)聯(lián)分布規(guī)則，進(jìn)一步對管道斷電電位和IR降研究分析。

關(guān)鍵詞：管道;陰極保護(hù);數(shù)值模擬

控制輸氣管道工程腐蝕問題的基本技術(shù)手法為陰極保護(hù)長效功效以及防腐層完整功效的測試。這中間最核心的是密間隔電位檢測技術(shù)的應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以應(yīng)用于斷電電位標(biāo)準(zhǔn)評判陰極保護(hù)的有效功能性，還可以幫助地表電位梯度檢測到防腐層的破損位置。當(dāng)前根據(jù)不同的管道工程檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)信息表明，3PE防腐層處理后的陰極保護(hù)電位曲線與其他方式的防腐層的曲線分布規(guī)則有不同。隨著陰極保護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，利用其技術(shù)對陰極保護(hù)電位曲線分布規(guī)律的分析和測試，進(jìn)行了相應(yīng)嘗試，應(yīng)用陰極保護(hù)數(shù)值模擬的軟件對相關(guān)的問題進(jìn)行了分析研討和數(shù)值模擬計(jì)算。

1數(shù)值模擬計(jì)算方式

1.1確定模擬尺度和計(jì)算數(shù)據(jù)

輸氣管道多則數(shù)千公里，我們先要設(shè)定陰極保護(hù)數(shù)值模擬的最小尺度，起保護(hù)作用的恒電位儀在每個站場的沿途設(shè)立，首位或末位恒電位儀只對上下位置有保護(hù)作用，中間站的對兩邊及上下都有保護(hù)作用，因此，中間站的陰極保護(hù)反映規(guī)律分析更適合。把2個陰保站縮為最小尺度模型制作。選用一個陰保站和兩邊半個站間距的管道設(shè)計(jì)制作最小尺度模型，進(jìn)行相應(yīng)的模擬運(yùn)算。選用一個站間距和兩邊半個站間距的管道運(yùn)算，可以展現(xiàn)一個站間距管道設(shè)施的電位分布情況。

經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，選用3PE防腐層以及石油瀝青電阻值比較低的防腐層進(jìn)行對比，兩類防腐層的保護(hù)電流密度是每平米兩微安以及每平米0.2毫安，選用的站間距是100千米和50千米，選用三組電阻率分別為20歐、100歐、1000歐的土壤，進(jìn)行相應(yīng)的電位運(yùn)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20歐和100歐的土壤電阻值情況下的電位運(yùn)算差異性極小，但是到1000歐電阻值的土壤情況下，管道的沿線區(qū)域電位分布變化就有了急劇上升趨勢，為減少相關(guān)影響因素，選用了100歐的電阻值土壤進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。

1.2運(yùn)算結(jié)果

按照數(shù)據(jù)制作模型，獲得兩類防腐層管道設(shè)施的電位分布情況，3PE的管道區(qū)域電位降約為50微伏，石油瀝青類型的大約是250微伏。管道沿線區(qū)域是管道末端位置到接近陰保站陽極的位置，管道末尾是有陰極保護(hù)電流通過的位置，管內(nèi)電流為零。

2對電流密度與管道內(nèi)阻電壓降的研討

2.1管道沿線區(qū)域電流密度的解析

通常認(rèn)同，埋地管道的陰極保護(hù)電流通過遠(yuǎn)地地表在管道上是均勻分散的，這一結(jié)果通過3PE管道陰極保護(hù)的計(jì)算方法得到了證明。計(jì)算結(jié)果表明3PE管道沿線區(qū)域是因?yàn)楣軆?nèi)電流引發(fā)管道電壓降原因?qū)е碌碾娢徊町愋?，管道沿線區(qū)域的陰極保護(hù)電流密度大致相同。然而，相對電阻值低的石油瀝青類防腐層管道設(shè)施，它的陰極保護(hù)結(jié)果卻不同于這個分布規(guī)律。我們分析這個問題，首先，3PE防腐層的管道陰極保護(hù)效果不是在任何情況都是均勻分布的，相等的保護(hù)數(shù)值情況下，當(dāng)3PE管道陰極保護(hù)的站間距隨著增加，它管道尾端位置的電位也隨之越正，最終的情況是站間距過于長，管道末端的自然電位就得不到保護(hù)舉措了。數(shù)據(jù)模擬運(yùn)算200千米站間距的3PE防腐層管道的陰極保護(hù)測試結(jié)果顯示，有其他影響數(shù)值一定的情況，管道末端的保護(hù)和通電點(diǎn)位置的保護(hù)電流密度能有兩到三倍的差別，這充分說明只能是恰當(dāng)?shù)年帢O保護(hù)站間距才會有均勻的電流密度和電位分布規(guī)律。

因此，輸氣管道陰極保護(hù)站間距的數(shù)值與防腐層絕緣性能數(shù)值互相配比時(shí)，就會產(chǎn)生管道沿線區(qū)域電流密度和電位的均勻分布，其中，防腐層類別影響管道的電位分布曲線，在實(shí)際工作中，沿線區(qū)域的地床土表電阻值多少以及防腐層不同類型和質(zhì)量問題都會有變化影響到現(xiàn)場電位分布情況。

2.2管道內(nèi)阻電壓降的簡析

管道電勢與地電勢的差就是管地電位。管道未作業(yè)沒有陰極保護(hù)時(shí)，管道電勢數(shù)值為零，施行保護(hù)效果后，末端位置沒有保護(hù)無電流通過管道電勢數(shù)值為零，接近通電點(diǎn)位置越近，管內(nèi)電流越大，從電勢數(shù)值為零累計(jì)的電勢降隨之增加，管道電勢隨之越負(fù)。測試的管道設(shè)施的某個管地電位包括管內(nèi)的積累電勢降，呈現(xiàn)管道電位越負(fù)越接近通電點(diǎn)位置的分布變化。

防腐層的電阻值比較高的情況下，電流密度又比較小時(shí)，是因?yàn)楣苤须娏鳟a(chǎn)生的內(nèi)阻電壓降引發(fā)的管道沿線電位差異。防腐層的電阻率比較低，電流密度比較大并站間距比較長的情況下，管道沿線區(qū)域的電流密度有比較大的差異，這是因?yàn)殡娏髅芏炔町愐l(fā)極化差異現(xiàn)象導(dǎo)致管道沿線區(qū)域電位分布變化。管道沿線區(qū)域電位分布變化的原因還可能是，防腐層管道設(shè)施電阻值低的情況，需要較大的保護(hù)電流才可以被保護(hù)到位，而較大的保護(hù)電流會形成管內(nèi)阻電壓降和較大的電流現(xiàn)象。

對于瀝青類型的電阻率比較低的防腐層處理測試表明，管道的通斷電位中的IR在200到300毫伏之間，IR值大就會接近通電點(diǎn)位置，管內(nèi)阻電壓降也相同，越是接近通電點(diǎn)位置隨之增加。

IR降是防腐層電阻和電流密度的乘積，可以對防腐層質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有效評斷，但具體操作中，要對管道通電點(diǎn)位置遠(yuǎn)離。

結(jié)束語

結(jié)果表明，3PE防腐層管道的電位分布曲線變化在100千米的站間距，每平方米兩微安電流密度等方面的情況下極小，并沿線區(qū)域的電流密度均勻分散，接近相等。管道陰極保護(hù)的站間距數(shù)值與防腐層絕緣性數(shù)值互相配比時(shí)，在管道沿線區(qū)域分布比較均勻，達(dá)到最佳保護(hù)目的。石油瀝青類的防腐層與3PE防腐層管道相比，因?yàn)槭皖惙栏瘜拥奶幚硌鼐€區(qū)域電位分布曲線呈漏斗狀態(tài)，3PE防腐層的管道沿線區(qū)域分布情況是大致平緩的走向，這些原因?qū)е铝耸蜑r青的防腐層管道設(shè)施站間距保護(hù)效果比較長，優(yōu)于3PE防腐層管道設(shè)施。當(dāng)管道獲得陰極保護(hù)的時(shí)候，管道內(nèi)電流在其中會產(chǎn)生內(nèi)阻電壓將現(xiàn)象，電壓降越大，表示與通電點(diǎn)的距離越近，在斷電測試時(shí)此電壓降能否消失還有待進(jìn)一步證實(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]減少鋼制彎管防腐層脫落幾率[J].楊再忠. 全面腐蝕控制.2016（12）