输气管道阴极保护系统存在的问题及解决方法

输气管道阴极保护系统存在的问题及解决方法

张建军

张建军

中国石油西部管道公司乌鲁木齐输油气分公司新疆830000

摘要：输气管道作为国家能源工业的组成部分，它是评价一个国家能源技术进步的一个重要标志。近年来，随着天然气管道的越来越多的建设，对于输气管道的腐蚀控制已经得到人们足够的重视。阴极保护技术是一种用于防止金属在电介质中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制从而达到保护作用。基于此，本文主要对输气管道阴极保护系统存在的问题及解决方法进行分析探讨。

关键词：输气管道；阴极保护系统；存在问题；解决方法

1、前言

随着外防腐层加强制电流阴极保护的防腐技术在埋地长输天然气管道外防腐中的广泛应用，对最大限度延长输气管道使用寿命，确保管道安全平稳运行，建立完善的管道阴极保护系统尤为重要。由于设计、施工及运行管理等方面存在问题，致使部分管道阴极保护达不到保护准则要求。

2、工程概况

某输气作业区共有8条输气管道（表1，电位测试采用的参比电极为饱和硫酸铜液，管道电位测试情况为管道阴极保护测试桩上测试的最高和最低保护电位），总长343km，管道运行时间最长的为35年，最短的为3年，管道外防腐层材料有石油沥青和3PE两种，共设有8座阴极保护站。

表1某输气作业区输气管道阴极保护运行情况

从表1中的阴极保护系统运行参数来看，8条输气管道在通电情况下测得的阴极保护电位最低值（绝对值）均高于0.85V，最高值（绝对值）均低于1.5V。就目前输气管道阴极保护系统而言，存在管道上的阴极保护电位（绝对值）比通电点（汇流点）电位高、通电测试电位（绝对值）高而断电测试电位（绝对值）低、阴极保护站输出电压低而输出电流高（回路电阻小）等情况。以下针对该输气作业区管道阴极保护系统现状进行分析和研究。

3、存在问题与原因分析

3.1阴极保护站对各输气管道供电不独立

该输气作业区阴极保护站7对管道5和管道7两条输气管道供电的阴极保护系统，由两台PS-1恒电位仪、一台CBZ-1阴极保护控制台、一个主回路、一组零位接阴、一个参比组成。控制台的阴极输出线连接在管道5上，再由埋地电缆从管道5跨接到管道7上。这样无法分别对两条输气管道输送的电流、阴极保护电位参数进行单独调节。由于两条输气管道建成时间不同，且外防腐层质量存在很大差异，将恒电位仪输出调至满足管道5保护准则要求的阴极保护电位时，输气管道7上的阴极保护电位（绝对值）又偏低，约有3km管道测得的管地电位达不到-0.85V；若将恒电位仪输出调至满足管道7保护准则要求的阴极保护电位时，管道5上的阴极保护电位（绝对值）又偏高，出站第一个检查头测得的管地电位高达1.54V，这样无法使两条输气管道都得到良好的阴极保护。

3.2输气管道不具备断电电位测试的条件

对于输气管道阴极保护断电电位的测试，GB/T21448－2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》和GB/T21246－2007《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》均作了如下要求：为了消除阴极保护电位中的IR降影响，宜采用断电法测试管道的保护电位；断电法通过电流断续器来实现，断续器应串接在阴极保护电流输出端上；在非测试期间，阴极保护站处于连续供电状态；在测试管道保护电位期间，阴极保护站处于向管道供电12s、停电3s的间歇工作状态。同一系统的全部阴极保护站，间歇供电时必须同步，同步误差不大于0.1s。停电3s期间用地表参比法测得的电位即为参比电极安放处的管道保护电位。

3.3输气管道断电电位无法达到现行阴极保护标准

对具备断电电位测试条件的管道5和管道4部分管段，通过在防腐站的输出阴极电缆上架设CIPS电流中断器，测得管道阴极保护通断电电位数据。在通电情况下，管道对地电位（饱和硫酸铜溶液为参比）均远低于－0.85V，但在断电电位测试中（消除IR降后）管地电位（饱和硫酸铜溶液为参比）部分仍高于－0.85V。而GB/T21448－2008中规定，管道达到阴极保护的标准为断电测试管地电位（相对于饱和硫酸铜溶液）值为－1.15～－0.85V，可知两条输气管道均未达到阴极保护标准。

3.4部分输气管道绝缘接头存在严重漏电现象

该输气作业区仅管道6上安装的电绝缘装置是绝缘法兰，其余输气管道均采用直埋式绝缘接头。然而国内厂家生产的直埋式绝缘接头普遍存在机械强度不够，对两边直管段的长度有严格要求，只能平行于输气管道安装等问题。管道2和管道8输送的气质中均含有卤水，卤水在平行于管道安装的绝缘接头处极易形成盐结晶，致使绝缘接头导通漏电，失去电绝缘效果。

3.5阴极保护系统设施不完善

（1）作业区阴极保护控制台上的电压表、电流表普遍存在量程偏大问题，尤其是新更换的CBD-1型多路输出阴极保护控制台。人工录取各分条分路输出的电流、电压存在很大误差，不便于对整个阴保系统的控制和调节。

（2）通过阴极保护站5的管道4、管道7进出站绝缘接头未安装绝缘性能测试桩，无法对绝缘接头性能进行测试。

（3）阴极保护站4、5、6等的阳极线敷设方式为架空，极易受雷击、外电源、树木搭接等的影响。

4、解决方法

针对输气管道阴极保护系统现状和存在的问题，结合生产实际，提出如下解决方法：

（1）将阴极保护站7单电源更换为具有多路输出功能、独立调控的阴极保护电源，使各路符合实际情况，并对各管道实施单独输出。每座阴极保护站对每条输气管道输送的电流、阴极保护电位参数进行调节，两条输气管道阴极保护供电相对独立。同时将输出电压、电流表更换为数字显示表（或液晶显示），以便更准确地读取各条输气管道上的阴极保护参数，通过上述方法，管道5和管道7均获得了良好的阴极保护效果。

（2）当条件成熟时，将管道8存在漏电的绝缘接头更换为质量合格的绝缘接头，其安装位置应充分考虑各站场工艺管道（设备）应力分析的相关结论。

（3）对防腐层老化，防腐层与管道本体粘结不好，防腐层破损，防腐层过薄的输气管段进行外防腐层大修，避免或减少阴极保护电流的漏失，降低管道阴极保护电位，有效提高管道阴极保护效果。

（4）将管道3和管道7的老式阴极保护电位测试桩更换成喷塑测试桩，并对各焊点重新防腐，避免或减少测试数据不准确和管道的局部腐蚀。

（5）将阴极保护站4、5、6的架空阳极电缆更换为直埋地电缆。

（6）对输气管网沿线的自然电位、土壤电阻率、杂散电流干扰进行测试，根据测得的数据来调整阴极保护站对各条输气管道的输出参数。

（7）安装完善的管道阴极保护电位自动采集系统，准确判断管道阴极保护状况。

5、结语

采用断电法测试输气管道阴极保护电位，能够有效判断管道阴极保护是否达到保护准则要求。通过设置独立调节的阴极保护电源；安装完善管道阴极保护电位自动采集系统；更换漏电严重绝缘接头和安装位置；完善阴极保护设施等方式，从而确保输气管道处于良好的阴极保护状态。

参考文献：

[1]张亮，张玉婷等.输气管道的阴极保护[J].油气田地面工程，2011，（04）.

[2]国家能源局.埋地钢质管道阴极保护技术管理规程：SY/T5919-2009[S].北京：石油工业出版社，2010：2-8.