影响输油管道阴极保护系统的因素及对策

影响输油管道阴极保护系统的因素及对策

来海国

浙江油品储运有限公司

摘要：腐蚀因素是引发管道事故的主因，阴极保护是一种便捷、高效的管道防腐措施，现阶段得到了大范围地推广与运用。然而，近些年以来管道阴极保护失效问题频发。为此，本文首先介绍了阴极保护原理，紧接着阐述了常见阴极保护系统的影响因素，并就此提出了应对输油管道阴极保护系统的措施，有利于我国开展管道安全建设工作。

关键词：阴极保护；输油管道；措施；影响

现阶段，国内外最常见的输油管道防腐措施有许多，比如防腐层保护、阴极保护等，然而这并不能在本质上防止出现管道腐蚀问题。研究结果显示，即便是做好了阴极保护工作，管道依旧会受到腐蚀，其主因是阴极保护失效。因此，下文将系统地研究影响输油管道阴极保护的影响因素，并阐述应对措施，以此有效确保我国管道运行的安全。

1 阴极保护原理

现行管道阴极保护系统多使用强制电流，采取阴极保护方式的相对较少。阴极保护原理：从电化学原理的角度上看，腐蚀电池的阴极并不会出现腐蚀情况，但是阳极会。考虑到这一点，应当把被保护金属转换为阴极，如此才可有效避免金属出现腐蚀问题。究其原理，即：将许多电子补充到金属中，令被保护金属处在电子过剩状态，金属表层各点处于同个负电位，这样的话，金属原子难以丧失电子转变为离子而溶入到溶液中。

通过对阴极保护原理进行分析后发现，使电池达到管道表面是确保管道阴极保护系统起效、管道免受腐蚀的必要前提。

2 常见的阴极保护系统的影响因素

2.1输油管道保护性套管对阴极保护系统有影响

依据阴极保护原理，在阴极保护电流到达管道表面时，管道会处在电子过剩的状态，导致管道表层各点所处的电位一致，对管道形成了强有力的保护作用。倘若管道在穿越过程中受到了钢套管的保护，因钢套管的屏蔽作用的影响，阴极保护电流会抵达钢套管，但是长输管道只能接收到小部分甚至完全无法接收到阴保电流。此时钢套管会对阴极保护电流流向套管中管道表面产生影响。同时，使用钢套管或许也存在一些安全隐患。如果长输管道和钢套管有所接触，会导致短路，许多阴极保护电流流失，此时阴极保护系统的有效性将受到显著影响。

通常情况下在进行输油管道施工过程中都会在工艺管道外铺设一层套管，套管的作用是对输油管道进行良好的保护。而根据阴极保护基本原理可以发现，当阴极保护系统中外部电流进入输油管道内部并达到金属管道容纳电子的额定值，才能让金属表面成为阴极保护系统中的负电位，由此才能达到对输油管道的阴极保护效果。但是，在阴极保护系统实际实施的过程中，由于输油管道表面存在套管，对金属管道形成屏蔽，从而使得绝大部分的电子只能停留在套管中，使得阴极保护失效。另外，我国输油管道中套管的材质通常都为钢材，由于套管与金属管道直接接触，从而出现短路状况，这样不仅使得托管吸收的电子数量增加，而且可能引起金属管道内部电子出现外流情况，这样就会进一步加剧输油管道的腐蚀。

2.2 外防腐层质量的变化对阴极保护系统的影响

外防腐层对于埋地管道腐蚀的影响主要表现在两点，一方面外防腐保温层的使用使得管道本身与具有腐蚀性的土壤隔离，从物理上阻断了电化学反应的发生，另一方面，管道运行一段时间后，防腐层受到外界因素影响出现老化、破损和剥离的现象，使得管道阴极保护电流增大，保护距离缩短。如果不进行及时的维护和检测，最终将导致破裂和穿孔等破坏事故。

2.3 阴极保护系统失效

在阴极保护系统运行中，系统故障时有发生。例如由于施工和人为的破坏因素，电缆断线时有发生；当阴极保护系统中电绝缘失效或者连接到非保护设施，会造成阳极消耗加快，系统电流增加或者系统参比电极失效会造成信号漂移，使得恒电位仪输出电流过大或过小，从而不能精确监测阴极保护状态。

2.4 金属结构对管道的屏蔽

通过现场开挖发现兰-郑-长成品油管线腐蚀严重管线的地区通常地下埋设金属结构较多，人口密度较大，地理环境都较为复杂。通常在被保护管道附近还有其他埋地金属结构，从而影响阴极保护电流的流向，使被保护管道失去保护环境，这种情况下的腐蚀现象通常称为“阴极保护屏蔽腐蚀”。其中，由于其他金属的分流导致腐蚀穿孔的区域称之为“阴极保护屏蔽区”，被保护管道附近的金属结构屏蔽阴极保护导致部分管段阴极保护效果受到破坏。

3 应对输油管道阴极保护系统失效的措施

（1）在整个系统中，某些恒电位仪显示系统失灵。失效原因可能与长效参比电极失效或仪器本身出了问题有关。技术人员应根据保护设备所在区域电力情况以及系统保护方法确定电源的具体类型，交流电属于阴极保护的常用电源，运行期间当交流电力不稳定时,应及时选择其他电源设备。可手动调节恒定电位仪的输出电位，以消除系统中过保护现象。当电力条件良好时，还可以联合使用2个或2个以上的供电方案。除此之外，阴极保护技术中使用的直流电源应具备以下要求，电源及电压应具备持续特征，且可以在一定范围内进行调节，事故停电时间应小于24h,并使用可靠性能较强的防雷装置。当前，我国对阴极保护站进行了专门设置，专业工作人员定期检查恒电位仪的运行情况，准确记录相关的运行参数信息。整流器属于阴极保护中主要使用的电源设备，一般安装于室外，相较于恒电位仪，整流器操作更为便捷，且时间更短，所带来的效益水平更高。

（2）应及时更换系统中出现的失效的参比电极，以保证恒定电位仪能准确地反馈信号，从而使得自动调控系统正常工作。阴极保护测试桩与参比电极等绝缘设备均属于天燃气阴极保护的重要组成部分，在阴极保护方面具备十分重要的作用。当前我国市场中存在种类较多的阴极保护测试桩与参比电极设备，测试桩主要包括钢管材质、混凝土以及非金属材料等类型。除此之外，绝缘接头的安装流程较为简单，没有过多复杂的要求，具备较高的使用频率。

（3）系统中某些测试桩处于欠保护状况，这可能是由于管线阴极保护距离过远，保护电位下降所致。因此应该在这些测试桩之间添加牺牲阳极阴极保护系统。同时还应检查管道穿越处的阳极是否具有保护作用，如果失效应及时更换。

（4）应在管线大修期间对丢失、破损的测试桩进行修复，否则会影响阴极保护系统正常的监测工作。修复时一定要保证补伤处的电绝缘性。

（5）加强阴极保护系统的管理和检测

对于三级地段的管线每月应进行两次管地电位的检测，对于二级地段的管线每月应至少进行一次管地电位的检测。另外，在日常检察中，应对阴极保护站的输出电压和输出电流每天早晚各记录一次，各阴极保护站应配备经过专业培训的专人，以进行管理。

3.4因地制宜，加强对埋地管道的阴极保护

对于埋在低洼和较多水泡位置的管道，其保温外层出现破损后，外漏在潮湿土壤中的管道，很容易受到电化学腐蚀。针对这些埋地管理，应该因地制宜，加强对埋地管理的阴极保护。对于阴极保护系统中普遍存在的问题，建议在农耕时期，加强对埋地管道阴极保护设备的巡查，避免又因为农耕破坏到管道防腐阴极保护设备。另外，随着科学技术的不断发展，一些阴极保护设备已经很难适应现阶段埋地管道的防腐要求。因此，应该加大埋地管道阴极保护设备的资金投入，及时更新已经老化的阴极保护设备。并且，还应该注重加强对相关工作人员的培训，定期的组织其进行阴极保护设备操作技术的学习，以此保障阴极保护系统的稳定运行。

结语

阴极保护是一种应用效果突出的防腐技术，因此，在设计管道、管道运行与施工时务必要高度关注阴极保护系统的设计、维护与施工工作地开展。一旦管道投入使用，每隔一段时间应仔细检测管道。尤其要注重的是，要定期检测杂散电流干扰段与使用钢管套保护段的管道，一旦察觉到问题，应马上进行整改，保证管道阴极系统的作用得以充分发挥出来，确保管道不再受到腐蚀。