李静
玉门油田分公司鸭儿峡采油厂 甘肃酒泉 735200
摘要：阴极保护技术在长输管道中应用广泛，目前应用范围已发展至油气站场、油库和油气管网、注水管网。随着油田站场与管道完整性管理水平的进一步提升，对管道设计和安全运行提出了更高要求。本文从阴极保护准则、数值模拟技术、阴极保护设备和阴极保护管理等方面，阐述了国内外管道阴极保护技术现状，并对我国长输管道阴极保护技术发展方向进行展望。
关键词：长输管道；阴极保护；准则；数值模拟；电位
引言
阴极保护通过给被保护管道提供过剩电子来防止管体金属脱电子形成可溶解电离子，是目前国内外广泛应用于埋地管道的防电化学腐蚀手段。因此，阴极保护的效率直接影响管道的防腐蚀能力和使用寿命。目前管道采用的阴极保护方法主要包括强制电流法、牺牲阳极法以及两者联合保护的方法，其中强制电流法为应用最广泛的阴极保护方法。为准确检测长输管道阴极保护的有效性，管道公司需定期对相关恒电位仪、辅助阳极地床、绝缘接头、测试桩等阴极保护设备进行检测，并根据检测结果准确评价管道阴极保护的有效性，形成检测结论，提供维护方案。因此，高效的阴极保护系统评价及检测方法对于提高管道检测效率及准确性有重要意义。
1阴极保护技术的应用原理
在长输油气管道中采取阴极保护技术，能够有效地提升管道的抗腐蚀性能，提高管道的使用年限，以下将进行具体分析。该项技术在油气长输管道中的应用，利用的阴极电流将金属阴极进行极化，具体会采取牺牲阳极或者增加外部电流的方式来实现。在验证是否实现了阴极保护时会采取密间隔测量的方式对管道的阴极数据进行测量，然后判断。在应用该项技术时需要注意以下几点问题：（1）主要是对周围存在导电介质的金属进行保护，比较常见的是水分或者潮湿的土壤。是因为这些介质的性质特殊，便于在导电过程中形成闭合回路；（2）在应用该项技术时要使被保护的金属结构全部浸没在导电介质当中，这样金属表面电流才会更加均匀，阴极保护技术的效率才会更高。三是在对金属进行阴极保护处理时，要确保被保护的金属形状正常，以免阻碍电流的通过，导致距离阳极较远的位置得不到过多的电流，降低了阴极保护的效果。由此可见，长输管道自身的特征以及其所处的环境，更加适合应用阴极保护技术。
2长输管道阴极保护技术关键问题
2.1阴极保护设备
阴极保护系统的核心设备是电源（恒电位仪），国外也称之为电源（整流器），二者在功能和技术水平上基本相同。国内大部分管道进行阴极保护通电电位测试，较少测试断电电位。通电电位包括土壤IR降，不能反映管道真实保护情况，特别是防腐层破损严重的管段。电流同步中断电位测量技术解决了阴极保护通（断）电电位测量，包括时钟同步电流中断器和电位采集器。从应用效果看，电流中断器的周期性中断恒电位仪电流输出，测试中产生阶跃性电压、电流峰值变化，中断时间差异对测量结果造成影响，对恒电位仪也产生损害。研发新型的管道阴极保护通（断）电电位测量仪器是发展方向。另一方面，管道存在交直流干扰情况下，无法应用电流中断电位测试技术。国际管道研究协会PRCI提出使用试片法进行电位测量，基本原理是试片可等同于管道上相同面积防腐层漏点的阴极保护特性和保护效果，实施方法是通过测试桩连接管道与试片，切断管道和试片瞬间测试电位。自动测量和传输是阴极保护技术和数字化管道的发展方向。目前国外管道通过集成卫星时钟同步技术、计算机技术和阴极保护测量技术，研发集成式阴极保护系统。国内相关单位开发了阴极保护数据远程传输系统，在陕京管道、广东大鹏液化天然气管道进行了应用。
集成式阴极保护系统结构是数据管理系统、控制系统和阴极保护装备三个层级，具备下列功能和特点：（1）实现阴极保护电位及交流电压的自动测试和实时传输，满足管道腐蚀和干扰监测要求，通过分析电位和干扰电压分布，了解和掌握管道干扰腐蚀情况，防腐层状况和保护效果，从根本上提高阴极保护装备技术及管理水平。（2）减少了人员工作量，消除人为操作影响因素，数据准确可靠，数据存储管理高效。（3）根据后续需求扩展其他监测功能，例如温度场监测、应力应变监测、位移监测。
2.2阴极保护系统有效性的检测方法
密间隔电位（CIPS）测试法是用于评价阴极保护系统的有效性重要方法。本方法可用于衡量管道各点的阴极保护状况，决定是否采取进一步措施，给运行管理方提供全面、合理的监测及维修方案的测量。CIPS的含义是近间距管对地电位测量。测量时，在阴极保护电源输出线上串接断流器，断流器以一定的周期断开或接通阴极保护电流。例如在一个周期中4s接通，1s断开。测量从一个阴极保护测试桩开始，将尾线接在桩上，与管道连通，操作员手持探杖，沿管顶每间隔一定距离测量一个点，记录下每个点的ON/OFF电位。这样就可以得到沿管道的管对地电位的两条曲线，OFF电位值是代表实际对金属表面施加的真实保护电位，看它相对-850mV的变化，可知某处阴极保护的实际效果。
2.3外加电源的阴极保护措施
外加电源的阴极保护措施在具体应用中较少，除非是特殊紧急的情况。某种意义上来，该预防措施使用方式是为“简单粗暴”。因为天然气具有易燃易爆的特点，所以针对于这种措施使用较少。其本质是为了保护管道外壁，而增加金属管道的外壁电源。而且在使用时，需要结合管壁厚度及所处地理环境等等，对具体设施电压数及电流量加以设置，使用综合成本远远要高于上述的失阳极造阴极的保护措施。而且在使用过程中，对于技术人员的技术能力要求较高，因为在增加外壁电源时，很难保证电流的设置符合安全系数，也对技术人员的安全造成一定威胁。
2.4阴极地床的设置
在具体的设置过程中一般由15支带有2m电缆的高硅铸铁阳极所组成，然后在与管线的垂直距离不小于350m处进行地床的填埋。在填埋时对深度的要求是地面与阳极顶部之间的距离不高于150cm，阳极的间距不高于200cm。然后对辅助阳极进行填埋，一般应用的是装满直径不大于15mm的焦炭粉的填包料将其包裹起来，包裹的厚度在100mm左右。在对阳极地床埋设时，需要对埋设的位置进行科学地选择，不能选择地上地下有构建物地方，地势低洼且相对潮湿的地方更为适宜，但在具体的施工中需要根据实际情况对位置进行适当地调整。另外，在阳极地床的日常使用过程中，必须要进行定期地检查与维护工作，由专业的工作人员结合实际工作中电阻发生的变化进行调整，在分析原因后对设备进行调整，保证电压的稳定。
结语
（1）结合我国加热输送管道特点，建立高温运行管道阴极保护准则。（2）使用多种指标（电压、电流、电流比值和土壤电阻率等）的交流腐蚀风险评价准则。（3）建立真实环境管材极化曲线测试数据库，提高阴极保护数值模拟计算精度。（4）针对存在交直流干扰腐蚀的管道，推荐采用试片法代替中断电流法测试断电电位。（5）推广应用阴极保护数据远程传输系统，提高管道数字化水平。
参考文献
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