川气东送管道 湖北武汉 43000
摘要：随着我国管道、电力、交通行业快速发展，对管道设计和安全运行提出了更高要求。文章从阴极保护准则、数值模拟技术、阴极保护设备和阴极保护管理等方面，介绍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了展望。
关键词：长输管道；阴极保护；管道保护
引言
随着计算机技术和数值模拟技术的发展，国内已开展阴极保护数值模拟技术在工程领域的实践研究。未来几年我国油气管道、高压电网、铁路公路发展迅速，对管道设计和安全运行提出了更高要求。
1长输管道阴极保护技术的应用原理概述
在油气长输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[1]。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，比较常见的是海水或者潮湿的土壤。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，油气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。
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图1 阴极保护配电系统图
2长输管道阴极保护技术应用
2.1阴极保护问题
（1）阴极电位负向偏移准则不适用温度高于40℃的环境，我国庆铁四线、铁锦线、铁抚线采用加热输送工艺出站温度均高于40℃，部分输气管道出站段也高于此温度。因此应开展高温油气管道阴极保护准则适用性研究。（2）交直流干扰阴极保护准则。随着我国电力交通行业发展，长输管道与输电线路、电气化铁路采用“公共管廊带”成为普遍做法，管道受到输电线路、电气化铁路的交直流干扰日益严重，管道处于加速腐蚀状态，上述传统的阴极保护准则并不适用。GB/T21447提出按照干扰电压15V进行判定。在低电阻率土壤采用电流密度判定，以及在高电阻率土壤采用干扰电压评估，均存在局限性。目前国际上对于交流干扰腐蚀的产生、减缓机理的研究还不够深入。较为公认的观点是，应使用多种指标（电压、电流、电流比值和土壤电阻率等）对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价。
2.2阴极保护设备
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[2]。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。
2.3阴极保护数值模拟
随着电化学理论和计算机技术的发展，数值模拟技术辅助阴极保护设计成为发展趋势，例如进行船舶、海洋平台和近海立柱等结构阴极保护工程设计。研究方法是建立管道-土壤-阴极保护系统的数值模型，测试管材试样极化曲线，采用差分、有限元或者边界元等算法求解电磁场方程组，得到管道沿线电位分布情况。利用数值模拟技术还可以对管道防腐层漏点的面积进行分析，评估防腐层整体性能，制定科学、合理的管道防腐层修复方案[3]。英国BEASY公司开发了世界上第一个腐蚀和阴极保护模拟软件BEASY，即采用边界元法，软件适用范围、计算精度、速度也在不断完善中。数值模拟存在的问题是试验测试管材极化曲线不能真实反映土壤复杂多变特性，数值模拟精度需提高；针对站场工艺设施复杂构件模拟，几何模型和边界条件需进行较大程度简化。
2.4阴极保护管理
管道公司推行阴极保护断电电位测试做法，较真实代表了管道保护状况。仍存在部分管段不满足阴极保护准则的情形，对于已广泛应用的FBE和3LPE高性能防腐层管道，主要风险因素是过保护，原因是部分管道防腐层施工质量不达标，存在漏点，造成较大电流损失，为保证其他管段保护效果，恒电位仪输出电流过高。
3阴极保护技术的系统施工
（1）进行恒电位仪的安装，要将其控制台放在一起，并位于控制台的两侧，共同安放在阴极保护间内；（2）进行汇流点与参比电极的设置。在具体的设置过程中，汇流点需要在管线的出站位置带有绝缘接头处的两端设置，并在该处加设一个防爆炸的接线箱，一个参比电极，要求参比电极是长效型、接地型的。在防爆接线箱的安装过程中，要将已经设置好的汇流点的参比导线、阴极电缆和零位接阴电缆全部通过防爆接线箱，之后与设备进行连接[4]。在该项工作结束之后，在汇流点的位置上进行绝缘材料的涂抹，以起到隔绝防腐介质的目的；（4）锌接地电池设置。在阴极保护技术的应用中锌接地电池设置主要目的是确保电绝缘接头的稳定性与安全性，设置上在电池自带的电缆与管线之间需要利用防爆的接线箱进行连接。
结束语
长输管道铺设是一项极为复杂的工程，而且管道所处环境的复杂性，也对管道的防腐处理提出了更高的要求。阴极保护技术的应用，可以很好地规避管道附属现象的发生，成本低效果好，对提高管道资源的利用率，减少资源浪费等具有重要作用。可以预见，阴极保护技术在控制管道腐蚀风险中将发挥关键作用。阴极保护与其他学科交叉渗透，已形成高新技术的新局面。
参考文献：
[1]宋晓琴，杜鸿.天燃气长输管道阴极保护防腐的技术应用分析[J].化工管理，2019（27）：115-116.
[2]常川.阴极保护技术在城镇燃气管网中的运用探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（17）：203-204.
[3]闫金旺.油气管道阴极保护技术现状分析及展望[J].全面腐蚀控制，2019，33（08）：32-33+76.
[4]刘鹏刚，李妍.阴极保护技术在埋地燃气管道中应用研究[J].当代化工，2019，48（06）：1311-1313+1320.
[5]李尚航，王旭，李广明.油气长输管道中阴极保护技术的应用[J].化工管理，2018，000（020）：146-147.
[6]高良泽.长输管道阴极保护技术研究[J].石化技术，2018，v.25（07）：138.