交流干擾對埋地管道陰極保護電位的影響分析

關(guān)鍵詞：埋地管道;交流干擾;陰極保護電位

1 陰極保護方法的分類

1.1 犧牲陽極法陰極保護

犧牲陽極保護的方式簡單說就是對腐蝕物進行替換，將具有較強還原性能的金屬材料與管道進行連接，使之形成回路，并用來替代金屬管路被腐蝕。采取此種方式會使被腐蝕的程度被降低，對管路進行保護，以提高其使用壽命，延長使用的時間。這種材料分為陽極材料與輔助陽極材料兩種，隨著技術(shù)水平的不斷提升，材料也在不斷地更新中。材料不同功能也是存在差異的，比如合金當中鎂的密度是很低的，電位也很低，極化的效率較低，是十分適合應(yīng)用在土壤中的。鋅合金的陽極腐蝕程度相比較弱，極化的效率更高，使用時間更長，所以更適合應(yīng)用在酸性或者堿性的土壤中。鋁電位是處在鋅與鎂之間的，所以表面很容易出現(xiàn)鈍化的現(xiàn)象，會對陽極材料形式合起來發(fā)生反應(yīng)。陽極材料是不斷地發(fā)生變化的，但是從整體形式上來，陽極材料中還有一些沒有解決完的問題，比如，自身缺乏良好的調(diào)節(jié)與控制能力、在特殊的環(huán)境下容易出現(xiàn)極性逆轉(zhuǎn)，輔助的陽極氣阻值較高，屏蔽時容易影響到陰極保護等。

1.2 陰極保護系統(tǒng)有效性的檢測方法

密間隔電位（CIPS）測試法是用于評價陰極保護系統(tǒng)的有效性重要方法。本方法可用于衡量管道各點的陰極保護狀況，決定是否采取進一步措施，給運行管理方提供全面、合理的監(jiān)測及維修方案的測量。CIPS的含義是近間距管對地電位測量。測量時，在陰極保護電源輸出線上串接斷流器，斷流器以一定的周期斷開或接通陰極保護電流。例如在一個周期中4s接通，1s斷開。測量從一個陰極保護測試樁開始，將尾線接在樁上，與管道連通，操作員手持探杖，沿管頂每間隔一定距離測量一個點，記錄下每個點的ON/OFF電位。這樣就可以得到沿管道的管對地電位的兩條曲線，OFF電位值是代表實際對金屬表面施加的真實保護電位，看它相對-850mV的變化，可知某處陰極保護的實際效果。

2 管線陰極保護影響

2.1 不同地形產(chǎn)生的電阻率不同

長距離輸油管道測試點比較穩(wěn)定，但是在其他點位測試，則會出現(xiàn)問題，起不到陰極保護的目的，管道及犧牲陽極埋設(shè)深度2m到3m，而實際油田長距離輸油管道都高出50km，這種長距離傳輸過程中，往往會出現(xiàn)電阻率不同，不同的地理性質(zhì)會產(chǎn)生不同的現(xiàn)象，導(dǎo)致了管道兩頭落差大，形地貌環(huán)境的不同，直接反映的就是地下地層結(jié)構(gòu)變化，管道經(jīng)過的區(qū)域會出現(xiàn)土壤、砂巖、泥巖、第四系馬蘭黃土、離石黃土等，區(qū)域不同，則電阻就會不同。

2.2 現(xiàn)場實測自然電位與設(shè)計電位不符

在實際應(yīng)用過程中，往往會出現(xiàn)各種因素，導(dǎo)致整體效果不良好，現(xiàn)場實測自然電位往往會受溫度、濕度、導(dǎo)電率的影響，那么，測試時，就需要根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整，以實測數(shù)據(jù)為準，設(shè)計電位主要是實驗室產(chǎn)物，不能代替實際情況，如果解決不好實則自然電位和設(shè)計電位的關(guān)系問題，那么，就無法起到保護作用。當前的儀器沒有溫度、濕度調(diào)整功能，進入現(xiàn)場后，需要進行科學(xué)的調(diào)整，保證數(shù)據(jù)精準。

3 交流干擾對埋地管道陰極保護對策

3.1 陰極保護斷開保護

①在0～300s范圍內(nèi)，X80鋼試片自腐蝕電位基本穩(wěn)定在-0.72V（SCE）;②當對其施加陰極保護后，試片電位迅速負移至-0.85V（SCE）并在300～600s范圍內(nèi)保持穩(wěn)定;③在600s時，啟動交流干擾源施加4個不同數(shù)值的交流電流密度對試片進行干擾，可以看出，試片電位與預(yù)想結(jié)果不一致：均發(fā)生正向偏移或負向偏移;從初始時刻（660s）來看，當IAC=10A/m2和30A/m2時，試片電位正向偏移;而當IAC=50A/m2和100A/m2時，試片電位負向偏移。當IAC=10、30和100A/m2時，在第3階段（600～900s）范圍內(nèi)，試片電位基本保持穩(wěn)定，而當IAC=50A/m2時，隨著時間的推移，試片電位逐漸正向偏移，最終略正于第2階段試片的陰極保護電位;④當?shù)竭_第4階段時只存在交流干擾，此時試片電位均出現(xiàn)大幅度正向偏移，并且在整個階段范圍內(nèi)基本保持穩(wěn)定;同時與第3階段初始時刻的電位相比，第4階段初始時刻的電位正向偏移程度隨著交流電流密度的增大而減小;⑤當進入第5階段（1200～1500s），交流干擾和陰極保護均斷開后，從理論上來說，試片電位應(yīng)正?；貧w到第1階段的自腐蝕電位數(shù)值上在不同的交流電流密度條件下，此時試片的自腐蝕電位均發(fā)生了不同程度的偏移，當IAC=10A/m2時，試片電位保持穩(wěn)定但略小于第1階段試片的自腐蝕電位;當IAC=30A/m2時，試片電位保持穩(wěn)定并且與第1階段試片的自腐蝕電位相等;當IAC=50A/m2和100A/m2時，在初始時刻試片電位迅速增大，并且遠遠大于第1階段試片的自腐蝕電位，隨著時間推移，其試片電位逐漸降低，推測當達到一定時間后，其試片電位應(yīng)與第1階段試片的自腐蝕電位相等。

3.2 埋地管道主要保護方式--防腐層

現(xiàn)階段，國際上在設(shè)備上所使用的涂層材料也是多種多樣的，不同的涂層所具有的防腐性也有著很大的差異性。比如醇酸樹脂類涂層，其優(yōu)點主要有材料易獲得、種類多樣、性能優(yōu)越等，然而其耐腐蝕性能差;而以往所常用的環(huán)氧樹脂防腐材料中有著高含量的有機化合物，易產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染，所以被逐漸放棄，而水溶性環(huán)氧樹脂材料，逐漸變成了發(fā)展的重點目標;環(huán)氧亞鐵材料大部分情況下是作為中間涂層使用的，在研究中測試其耐鹽的電化學(xué)參數(shù)，結(jié)果表明其具有較高的耐蝕性和防腐性。然而從實際的防腐層檢測分析可知，因為在具體的施工工作中由于機械沖撞、加工等操作會導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)破損以及其他方面的問題，主要是因為腐蝕性介質(zhì)會從這些金屬表面的破損處逐漸擴散到管道--涂層的金屬表面，從而對涂層與金屬界面間所形成的作用力產(chǎn)生破壞，從而導(dǎo)致防腐層的分離;此外，在涂層與金屬之間所形成縫隙當中，會形成缺氧的密閉環(huán)境從而得到氧分子濃度差的化學(xué)電池體系，管道金屬為陽極從而導(dǎo)致水解反應(yīng)的發(fā)生，此電化學(xué)體系會造成界面處出現(xiàn)腐蝕物質(zhì)累積，從而出現(xiàn)了局部的腐蝕應(yīng)力，二者共同造成了防腐層的脫落。

3.3 強制電流的方法

此種方面利用的是恒電位儀的方式，采取的是讓電流一次性通過陽極的方式，帶入到管道當中并能夠迅速地離開土壤，所產(chǎn)生的電流自動地進入到金屬管道之內(nèi)，而連接到管道的陰極電路會形成強大的電流，推動到恒電位儀處，這樣數(shù)值就會發(fā)生一定的變化，電位穩(wěn)定并被控制在一定的范圍之內(nèi)，以此來確定通電點電位的穩(wěn)定，實現(xiàn)對陰極電位的保護，發(fā)揮陰極保護的功能。強制電流法采取的是外加電流的方式，改變金屬的極化曲線，在進行系統(tǒng)分析之后，對電化學(xué)產(chǎn)生的腐蝕程度進行影響，這種方法是很復(fù)雜的，并且操作起來較為困難，與陽極材料保護方式相比，需要對其效果進行嚴格地控制。如果想要實現(xiàn)完全的陰極保護，需要注意以下幾個問題：要對電壓做好界定，要選擇好參比的電極、要對輔助陽極的材料、距離等做好控制。但是強制電流法還是有很大的優(yōu)勢，可以在任何情況下應(yīng)用，對電壓的變化進行調(diào)節(jié)，土壤的電阻率是不容易對其產(chǎn)生較大影響的，測試位置不需要過多，測試儀器安裝起來也比較方便。

研究表明：當陰極保護電位較小時，較大的交流干擾可能引起試片電位的持續(xù)負向偏移，當陰極保護電位較大時，交流干擾卻會引起試片電位的正向偏移;在無陰極保護條件下，交流干擾會引起試片自腐蝕電位的負向偏移;但是當斷開交流干擾后，試片電位迅速增大，甚至正于原來的自然腐蝕電位，然后逐漸恢復(fù)到原有水平。上述實驗現(xiàn)象可通過交流干擾和陰極保護過程中的電子供應(yīng)和消耗的平衡關(guān)系來解釋。

參考文獻：

[1]金光彬.相鄰管線陰極保護系統(tǒng)之間的干擾規(guī)律[J].腐蝕與防護，2017（4）.

[2]杜艷霞，張國忠，李健.陰極保護電位分布的數(shù)值計算[J].中國腐蝕與防護學(xué)報，2018（1）.

作者簡介：

謝遂京（1988- ），男，漢族，江西吉安人，本科，助理工程師，研究方向：天然氣管道巡護管理。