1、浅析阴极保护系统的应用及问题处理方法 摘要 管道阴极保护主要分为二类：强制电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护，个别管道采用强制电流和牺牲阳极交替保护，普光气田集输工程管道的阴极保护就是采用强制电流阴极保护，当阴极保护系统不能给管道提供足够的阴极保护电位时，管道外防腐层缺陷处会发生腐蚀；当阴极保护系统给管道提供的阴极保护电位过负时，管道外防腐层会发生析氢剥离。本文就普光气田集输工程埋地钢质管道阴极保护系统的应用及投产中出现的问题处理进行初步探讨，根据出现的问题制定了有效的解决办法。通过整改效果是显著的，使管道得到了良好的保护，提高阴极保护系统和管道的 使用寿命，为国家和企业创造财富，在其他同类工程项
2、目施工中也具有借鉴意义。 关键词气田集输；阴极保护参数；管地电位；保护电位；防腐层绝缘电阻率；应用 1.概述 天然气从井场采出经分离、计量，集中起来输送到天然气处理厂，含CO2 和 H2S 少的天然气也有直接进入输气干线的情况。在集输过程中管线设备受到湿天然气的电化学腐蚀和外壁土壤腐蚀、大气腐蚀，其中最危险的是 H2S，其次是 CO2。普光气田主体 120亿方产能建设，共有生产井 52口；18 座站场，其中 16 座集气站， 1 座集气末站， 1 座独立的污 水站（位于净化厂内）；管网 ESD 阀室 29 座；集气管线约 37 km；同沟敷设燃料气返输管线30km；山体隧道 5 处；大中型河流
3、跨越 2 处；大中型冲沟跨越 27 处。气田集输系统中设备、管线、由于所处环境因素比较复杂，由于大气、土壤的影响、输送的介质为高含硫介质，其内外壁产生较严重的腐蚀。管线分布如下图所示： 2、设置阴极保护的意义 埋地钢质管道的阴极保护是保障管道使用寿命的关键，当管道由于敷设施工、人为破坏、长期运行时，管道防腐层会发生局部破损和缺陷，当阴极保护系统不能正常工作或达不到要求时，管道 就会发生腐蚀。发生腐蚀的管段一般属于局部腐蚀，形成点蚀、坑蚀、小孔腐蚀，向深度发展，管体很快就会泄漏，造成的损失难以估量。特别是输送易燃、易爆、有毒、高温、高压、高粘度的介质的管道，泄漏的危害将会更大。定期对阴极保护系统
4、进行检测、对系统进行整改是防范这类事故的简洁高效的方法。 3、阴极保护站的设置 普光集气集输管道采用强制电流阴极，共设 6 座阴极保护站，分别位于集气末站、 P301、 P304、 P202、 P102、 P104 集气站。管线进出站处设置绝缘法兰和电涌保护器。各阴极保护站设备输出信号及 管道沿线保护电位，接入站控室 PLC 和线路截断阀室 RTU，再上传至净化厂阴极保护智能监测系统服务器，进行数据处理、分析、报警。详见集输管网阴极保护站布置图DWG0000CC00-01、集输管网阴极保护参数传输系统图 DWG-0000CC00-02。 4、阴极保护站的组成 阴极保护系统主要包括恒电位仪、控制
5、台、辅助阳极地床、防爆接线箱、长效 Cu/CuSO4 参比电极、氧化锌电涌保护器及各类电缆等。 P301、 P304、P202、 P102、 P104 集气站内阴极保护系统，配有两台恒电位仪，一台工作台 /柜，一备一用，均与控制台 /柜连接，通过控制台供电和切换。辅助阳极地床采用高硅铸铁阳极（ 20 支）。集气末站有 2 台恒电位仪， 1 台工作台/柜，一备一用，与控制台 /柜连接，通过控制台供电和切换，辅助阳极采用深井混合金属氧化物阳极地床。 为避免阴极保护电流的流失，在管道进、出站处加设绝缘法兰，并采用氧化锌避雷器防止高压电涌对绝缘装置的破坏。绝缘法兰具体位置见储专业相关图纸。为保证阴极保
6、护系统的电连续性，在绝缘法兰外侧汇流点处将被保护的进出站管道进行跨接，跨接电缆通过防爆接线箱相连。 5、阴极保护保 护范围 站外酸气管道、燃料气管道规格长度见表 1、表 2 表 1 酸气管线规格和长度 表 2 燃料气管线规格及长度 6、阴极保护系统投产期间出现的问题原因与分析 6.1 管地电位、保护电位不合格 出现这种情况原因比较复杂，阴极保护系统要素出现问题均可能导致保护电位不合格。 6.2 恒电位仪输出电流过大 可能的原因有： 管道防腐层整体质量变差，缺陷多，泄漏的阴保电流多； 管道两端或分支未安装绝缘法兰 (接头 ) 绝缘法兰 (接头 )失效 6.3 恒电位仪输出电压过大 可能的原因有：
7、 长效参比电极失效，导致管道电位与实际相差大，使恒电位仪输出电位高； 阳极地床接地电阻大 接线电阻大 6.4 保护距离短 可能的原因有： 绝缘法兰 (接头 )失效 长效参比电极失效 管道防腐层整体质量变差，缺陷多 管道分支未安装绝缘法兰 (接头 )。 以上阴极保护系统不能正常工作的情况发生可能是一种，也可能是几种情况同时发生，在普光气田集输工程中阴极保护投入期间迟迟未投入正常，阴极保护站的输出电压信号过大、输出电流信号过大、保护电位不合格，此 种现象有可能造成集气管网、站场设备不能得到有效保护，管道防腐层老化严重，绝缘性能下降很快，造成大部分管道不能受到保护，需要对阴极保护系统进行系统地检测与
8、评价。 7、问题调查及分析 根据投产中出现的问题，组织相关部门有关人员对部分管线进行了音频检漏及站场及管道、阀室测试桩等处的电位进行了检测。 7.1 全线管地电位检测（密间隔电位法 CIPS 测量） 此方法适用与强制电流、牺牲阳极保护系统的管道。由管道出露点或测试桩连接一根铜导线，由匹配器连接到检测主机，铜导线使用漆包线，由匹配器导出，主机具有很高的阻抗（ 10-100 兆 ），这样由于导线长度增加而使电阻增加的影响可以忽略，导线可延伸 2-4公里，检测时，铜导线导出时连接计数器，随主机的行进进行距离的记录，同时主机连接有标准硫酸铜电极棒，插到管道上方的土壤中，每摁键一次主机记录一次管地电位、
9、距离、该点的 GPS坐标，如果每 1.5米记录一次，主机可以储存 100KM的数据。通过传输转换到计算机中 ,进行数据处理、绘图，得到全线管地电位检测的实测图。 7.2 全线保护电位检测（密间隔电位法 CIPS 测量） 普通管地电位的测量 方法中含有 IR降，实际上管道保护电位是指当电极无限接近管体时的管地电位，一般我们在地表测得的管地电位包含了土壤、防腐层的 IR 降，管道保护电位小于管地电位，为了检测管道保护电位，我们用 CIPS 法进行测量时，用中断器将阴极保护电流周期性地中断，中断器与测量主机通过同时接收卫星时钟信号（百万分之一毫秒误差）达到时间同步，中断器连接在阴极保护系统恒电位仪和
10、管道之间，每秒为周期瞬间中断，主机测量瞬间的 ON、 OFF管地电位， ON电位为管道的管地电位， OFF电位是真正的管道极化电位值。这样强制电流保护系统的全线管地电位、 保护电位就能一次检测完成。 CIPS 法沿管道每间隔 1.5-2 米左右采集一个数据，绘成的管道的连续电位曲线反映了管道的全线电位保护状况，数据详实准确。 7.3 管道防腐层绝缘电阻率检测 PCM（多频管中电流法）测量外防腐层整体质量及防腐层绝缘电阻率。发射机可同时向管道施加多个频率的电流信号；接收发射机所发射的不同频率的电流信号，沿管道不同距离测量电流信号衰减，可定量计算分析管道的防腐层整体质量。工作原理是向管道施加一定强
11、度的电流后，电流由信号加入点向远方传递时会逐渐衰减。其衰减大小与防腐层的 绝缘电阻有关，绝缘层电阻高，电流衰减就慢，反之则衰减快。 表三： P304P305 管道腐蚀检测表： 表三： 序号 电流值（ Bd) 深度 (m） 腐蚀位置 序号 电流值（ Bd) 深度 (m） 腐蚀位置 1 38 1.7 30#阀室挡土墙第二个泄水孔处 12 18 2.31 Z47 桩下游 15 米处 2 45 1.4 P301 集气站下游第二个挡土墙底 13 17 2,41 Z46 桩下游 40米处 3 36 2.5 25#桩下游第二个挡土底墙处 14 20 2.4 Z46 桩下游 30 米处 4 34 0.78 Z
12、50 桩下游 25 米处 15 16 1.9 Z44 桩至 43 桩一段 5 41 1.3 Z50 桩下游 46 米处 16 20 1.09 L19#桩上游 2 米处 6 24 1.06 Z50 桩下游 52 米处 17 18 1.3 L19 桩下游 3 米处 7 46 0.94 Z50 桩下游 58 米处 18 19 1.3 L19#桩 20 米处 8 40 0.98 Z49 桩下游 3 米处 19 19 1.45 第二个桁架处 9 30 1 Z49 桩下游 18 米处 20 9 1.3 距离 Z62 桩 11 米处 10 30 1.01 Z49 桩下游 24 米处 21 8 1.28 过
13、Z62 桩 20 米处 11 20 1 Z49 桩下游 34 米处 8、问题整改及解决办法 从上列两表中看出 P304-P305 段管道漏点比较严重，严重影响了阴极保护系统的正常运行，阴极保护系统不能给管道提供足够的阴极保护电位，管线未受到保护。由此看来管道多处存在的漏点是造成这种问题的关键原因。 8.1 为了不破坏管线的防腐，采用人工开挖的方式对检测出 来的漏点处进行开挖。下图是施工人员正在进行管线漏点修复。 8.2 绝缘防腐层的屏蔽： 胶带防腐层耐土壤应力差，容易起皱。尤其沿焊缝附近，容易出现空鼓，水分会沿焊缝流入，靠近管体，发生腐蚀；而阴极保护电流无法到达腐蚀处，对腐蚀没有抑制作用。因此
14、，应当尽量少用胶带防腐层。对于 PE 以及3 层 PE 防腐层，也要对其剥离后的屏蔽问题予以重视。 8.3 固定墩钢筋的屏蔽 当固定墩内的钢筋与输送管发生意外接触时，其影响相当于一个短路的套管。阴极保护电流通过钢筋，并通过接触点返回管道。尽 管钢筋之间存在间隙，但密布的钢筋仍能阻断大部分阴极保护电流，使固定敦内的管道得不到充分保护。 因此施工中要经常检测钢筋与输送管的电阻，减小钢筋与套管短路的可能性。 9、系统投用 经过一段时间的整改现已整改完毕，并对普光气田整个地面集输系统阴极保护系统进行了送电投产调试，结果显示阴保站恒电位仪电流输出、电位输出均达到技术指标要求，管线保护电位为 -0.951
15、.05V,管线完全受到了保护。 10、结束语 根据整改后的投用情况来看，效果是显著的。对管道阴极保护系统进行整改和 完善，使管道得到更好的保护，提高了阴极保护系统和管道的使用寿命，为国家和企业创造了财富。鉴于此种情况特提出几点意见仅供参考，希望在其它同类工程项目施工中具有借鉴意义。 10.1 管道、设备和其他金属构筑物的防腐蚀工程建设，必须依据科学技术进步，提高我国气田防腐蚀水平。 10.2 因地制宜，根据各种腐蚀环境，结合工程实际情况，采用成熟、可靠的先进技术。 10.3 防腐蚀施工方案的选择应考虑技术可行性、经济合理性及施工简化等方面的因素，要针对具体工程的工艺、环境条件和管线与设备的设计
16、寿命 ，结合各种方案的特点及发展现状、提出可满足管线、设备施工、运行条件的防腐蚀施工对策。 10.4 电火花检漏：管线回填前必须对管线本体及补口补伤处处逐一进行电花火检测，检漏工作要分段进行，监理单位对检测全过程必须进行旁站管理并形成记录，检漏电压符合标准规范要求，电火花检漏仪必须经过有资质的检定单位进行检定合格。 10.5 音频检漏：管线回填后投产前应分段进行音频检漏，业主、监理对检漏全过程必须进行旁站管理并形成记录，对发现的漏点施工单位应及时进行处理。 10.6 绝缘法兰（绝缘接头）试 验、安装 绝缘法兰（绝缘接头）安装前必须按照 SY/T 0516-2008 绝缘接头与绝缘法兰技术规范要
17、求进行检测后方可安装，对检测不合格的不得使用。 10.7 定期对埋地钢质管道进行防腐蚀检测和保养检查，及时发现和消除事故隐患，保证油气生产设备的长期安全运行。 参考文献： 【 1】 杨启明李 琴李又绿编著，石油化工设备腐蚀与防护 北京 石油工业出版社 2010.4 【 2】长输管道阴极保护工程施工及验收规范 SYJ4006-90 北京 石 油工业出版社 1991 作者简介： 薛霞 1972 年出生 ，工程师 主要从事地面工程建设施工及管理工作 1992 年毕业于广东石油学校仪表及自动化专业 2006 年毕业于河南广播电视大学计算机应用专业（软件应用） 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
