油氣長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響因素與措施研究

（大慶油田工程建設(shè)有限公司化建公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

隨著國家的發(fā)展，我國油氣長輸管道的使用率和建設(shè)都達(dá)到了前所未有的高度。近年來，管道事故頻發(fā)，究其原因，管道腐蝕是造成事故的主要原因之一（其他原因包括外部影響、材料缺陷等）。很多管道安全事故的搶修進(jìn)程相對困難，甚至可能引起火災(zāi)、爆炸和污染等。所以，進(jìn)行管道防腐蝕工作非常重要。陰極保護(hù)系統(tǒng)可以有效的防止管道腐蝕，大大提高了管道的使用期限和安全性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，沒有陰極保護(hù)的油汽長輸管道腐蝕率比使用陰極保護(hù)系統(tǒng)管道的腐蝕率快20倍之多。因此，確保管道陰極保護(hù)系統(tǒng)對于管道安全運(yùn)行有十分重要的意義。

1 陰極保護(hù)系統(tǒng)的原理

目前我國管道及因保護(hù)系統(tǒng)采用強(qiáng)制電流以犧牲陽極為輔助的陰極保護(hù)法。陰極保護(hù)的原理是從電化學(xué)原理演變而來。例如，電池陽極易發(fā)生腐蝕，而陰極不容易發(fā)生腐蝕。所以，如果將金屬變成陰極，就可以有效地防止金屬腐蝕。陰極保護(hù)系統(tǒng)的原理是給金屬輸送大量的電子，使金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，金屬表面各個點(diǎn)達(dá)到同樣的負(fù)電位，所以金屬原子不容易失去電子[1]。（如圖1所示）。

圖1 管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)

從圖1的陰極保護(hù)原理可知，如果使管道陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮作用，就必須讓電流達(dá)到管道的表面，這樣才能保證管道不受到腐蝕。

2 陰極保護(hù)失效分析

由上述陰極保護(hù)原理我們可知，陰極保護(hù)電流必須要到達(dá)管道表面，使管道處于電子過剩的狀態(tài)，從而保護(hù)管道、防止腐蝕。如果管道穿越時，運(yùn)用鋼套管保護(hù)，所輸送的電流將直接達(dá)到鋼套管，減少油氣長輸管道本體所接收的電流，可能會帶來隱患。

上世紀(jì)我國長輸管道跨越河流時，主要采用鋼套管進(jìn)行保護(hù)。但是，隨著時間的推移，很多鋼套管在多處段位發(fā)生腐蝕窗口、油品泄漏等事故。所以及陰極保護(hù)電流可能會被鋼套管屏蔽，使內(nèi)部管道造成腐蝕。

另外，電氣化鐵路對油氣長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)也具有一定影響。電氣化鐵路一般是采用帶回流線的直接供電方式，這種供電方式的接觸網(wǎng)由承力索、接觸導(dǎo)線組成，牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)鋼軌、大地、回流線組成，牽引回流由鋼軌、大地、回流線、返回牽引變電所[2]。（如圖2所示）。

圖2 帶回流線的直接供電方式示意圖

如圖2所示，牽引供電系統(tǒng)由接觸網(wǎng)、鋼軌及回流線構(gòu)成一個完整的回路。利用接觸網(wǎng)與回流線之間的相互作用，使鋼軌中的電流回流，盡可能游回流線回到變電所。減少經(jīng)鋼軌泄漏到大氣中的電流。交流電氣化鐵道是以大地作為第二根導(dǎo)線來傳送電流的，由于軌道和地面之間并不是完全絕緣，所以會有部分的電流泄漏到大地中，這樣就有可能會對附近的油氣管道及油庫產(chǎn)生安全隱患。

3 油氣長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的措施研究

3.1 電絕緣裝置的安裝

長輸管道電絕緣裝置有絕緣法蘭、絕緣接頭、絕緣固定支墩、絕緣襯墊和絕緣支撐塊等[3]。要采用性能達(dá)標(biāo)的絕緣裝置，使保護(hù)距離增加。如果絕緣裝置失效，則會使油氣長輸管道的兩端形成電流，繼而造成腐蝕現(xiàn)象。所以，要盡量避免絕緣電流的失效。絕緣電流失效原因包括缺乏外部包裹、縫隙間存在雜質(zhì)而形成短路、絕緣接頭脫落、絕緣接頭被雷電擊穿等。為了使絕緣裝置的性能達(dá)到最大，可以對絕緣裝置的兩端加強(qiáng)測量和監(jiān)督。若出現(xiàn)問題，要及時采取相應(yīng)措施，這樣可以保證陰極保護(hù)系統(tǒng)長時間穩(wěn)定有效。

3.2 防止外部雜散電流的干擾

通常情況，油氣長輸管道線路較長，可能會與某些物體產(chǎn)生雜散電流，致使陰極保護(hù)系統(tǒng)失效。在受到雜散電流干擾的區(qū)域，盡量避免油氣長輸管道受到干擾，避開干擾源。將陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到緩解干擾的目的。

3.3 避免埋地管道與其他金屬相互干擾

在電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中，若有油氣長輸管道埋入地下，應(yīng)與其他金屬避開。若出現(xiàn)搭接的情況，即使電源設(shè)備正常運(yùn)行，但是為了保持恒定的輸出電位，電源設(shè)備會增大電流，也會出現(xiàn)保護(hù)距離縮短或者中斷等現(xiàn)象，這樣就不能達(dá)到保護(hù)油氣長輸管道的目的。這種故障的出現(xiàn)概率偏低，但是查找這類故障的作業(yè)十分困難，需要管道保護(hù)工人和相關(guān)技術(shù)人員的全力配合。利用多種方法找到干擾點(diǎn)后，在進(jìn)行有效措施的施行，恢復(fù)陰極保護(hù)系統(tǒng)的效果。

4 管道外層防腐措施

有很多油氣長輸管道由于埋入地底的時間過久而出現(xiàn)老化、變脆、外層脫離和剝落等現(xiàn)象，進(jìn)而造成管道的腐蝕、穿孔，引起泄露事件。防腐層影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的原因有幾個方面：首先，是選擇防腐層材料不適合管道。例如，蘆葦?shù)貛Р粦?yīng)使用瀝青、石油等容易被植物根莖穿透的材料作為管道防腐層；其次，防腐材料不合乎標(biāo)準(zhǔn)。通常要求埋入地下管道的防腐層應(yīng)該有更好的防水性、防潮性、具有良好的抗陰極剝離性和較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，對絕緣等方面的要求也較高。由于很多因素導(dǎo)致防腐層性能不達(dá)標(biāo)，引發(fā)管道泄露事件；另外，在施工和運(yùn)輸過程中，可能會出現(xiàn)防腐層被損壞現(xiàn)象，致使防腐層漏電點(diǎn)的數(shù)量增加，降低了油氣管道防腐層的使用效率。所以，在進(jìn)行管道防腐層的選擇時要尤其注意。在施工和驗(yàn)收階段都要嚴(yán)格的按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施，加強(qiáng)防腐層的修護(hù)，從而保證陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

油氣長輸管道泄露事件對于人員人身安全和國家資源都具有很大的威脅性。所以，要控制長輸管道被破壞和腐蝕等現(xiàn)象。利用陰極保護(hù)系統(tǒng)加強(qiáng)對長輸管道的保護(hù)，提升監(jiān)督管理力度，這樣才能有效的保證管道的質(zhì)量和使用壽命。