陰極保護(hù)技術(shù)在西氣東輸二線管道上的應(yīng)用現(xiàn)狀

肖志 劉林遠(yuǎn)

1中國(guó)石油西部管道酒泉輸油氣分公司，甘肅 酒泉

2西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都

陰極保護(hù)技術(shù)在西氣東輸二線管道上的應(yīng)用現(xiàn)狀

肖志1劉林遠(yuǎn)2

1中國(guó)石油西部管道酒泉輸油氣分公司，甘肅 酒泉

2西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都

陰極保護(hù)技術(shù)已在埋地金屬管道防腐上被廣泛使用，但并不是所有的管道都能同時(shí)達(dá)到有效的保護(hù)，出現(xiàn)保護(hù)電位過(guò)高或者過(guò)低等現(xiàn)象，針對(duì)西氣東輸二線管道陰極保護(hù)情況，提出幾點(diǎn)意見(jiàn)。

陰極保護(hù)；西二線；陰極保護(hù)情況

引言

西氣東輸二線管道管徑為1219mm，是目前國(guó)內(nèi)管徑最大的管道，西起新疆霍爾果斯口岸，總體走向自西向東、由北向南，東至浙江、上海，南至廣東、廣西，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、廣東、廣西、浙江、上海、湖南、山東、江蘇14個(gè)省、市、自治區(qū)，線路總長(zhǎng)約為8700km，設(shè)計(jì)年任務(wù)輸量300′108Nm3/a，是一條連接中亞進(jìn)口氣源和沿線中西部地區(qū)、華東、華南、長(zhǎng)三角、珠三角用氣市場(chǎng)的重要能源通道[1]，但管道所經(jīng)地區(qū)地形復(fù)雜多變，土壤中不同類型的電解質(zhì)及各種雜散電流提供了管道發(fā)生腐蝕所需的環(huán)境，且管道輸送的介質(zhì)中如果含有H2S、CO2等酸性氣體也會(huì)形成管道發(fā)生腐蝕所需的環(huán)境，管道若長(zhǎng)期暴露在此類環(huán)境中，將會(huì)發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致管壁減薄，縮短管道的壽命，如果發(fā)生腐蝕穿孔則可能會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡事故，因此對(duì)西氣東輸二線管道進(jìn)行腐蝕防護(hù)意義重大。

1. 西氣東輸二線管道的腐蝕防護(hù)

腐蝕的類型按腐蝕機(jī)理主要分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕三大類，長(zhǎng)輸天然氣管道主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)埋地管道發(fā)生腐蝕的問(wèn)題，主要采用涂層隔離和陰極保護(hù)相結(jié)合的方法來(lái)避免管道發(fā)生腐蝕或減少管道的腐蝕速率延長(zhǎng)管道的壽命。

西氣東輸二線西段管道采用X80鋼制管道，另有3PE作外防腐層；對(duì)油氣管道進(jìn)行防腐層保護(hù)而不加陰極保護(hù)是不行的，因?yàn)榉栏瘜硬豢赡芙^對(duì)完好無(wú)損，一旦防腐層上有針孔或破損，就會(huì)形成大陰極、小陽(yáng)極（針孔或破損部分）的腐蝕電池。腐蝕將會(huì)集中在破損或針孔處，氣腐蝕速度比裸管道的腐蝕速度還要大，從而導(dǎo)致管道在較短的時(shí)間內(nèi)穿孔，顯然只采用防腐層而不加陰極保護(hù)是不行的；如果只采用陰極保護(hù)不加防腐層或防腐層質(zhì)量較差，也是不行的，因?yàn)檫@樣做會(huì)耗電巨大而不經(jīng)濟(jì)，陰極保護(hù)與防腐層的結(jié)合，被稱為管道的“聯(lián)合保護(hù)”，是當(dāng)今世界上公認(rèn)的管道防腐措施[2]。

2. 陰極保護(hù)系統(tǒng)及其安裝

西氣東輸二線管道西段共設(shè)15座陰極保護(hù)站保護(hù)干線管道，各站相距約160公里，陰極保護(hù)站均與壓氣站合建；因站內(nèi)管道長(zhǎng)度、大小不一，單個(gè)通道的輸入輸出無(wú)法滿足站內(nèi)各個(gè)管道分配到足夠的保護(hù)電流，所以需要依靠輔助陽(yáng)極的合理布局、保護(hù)電流的自由分配以及與相鄰設(shè)備要達(dá)到電絕緣,使被保護(hù)對(duì)象處于規(guī)定的保護(hù)電位范圍內(nèi)，即區(qū)域陰極保護(hù)法。干線和站內(nèi)的陰保系統(tǒng)主要由恒電位儀、輔助陽(yáng)極地床、陰保電纜、參比電極等組成。

2.1 電連續(xù)性跨接安裝

為使干線保護(hù)電流與站內(nèi)管道保護(hù)電流隔離開(kāi)來(lái)，干線管道進(jìn)出站采用絕緣法蘭與站內(nèi)管道連接，另外為了保護(hù)該絕緣法蘭免受雷電高壓電涌的破壞，采用Y1.5W-0.25/1.3型低壓氧化鋅避雷器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。為了保證干線管道陰極保護(hù)電流的電連續(xù)性，需對(duì)站場(chǎng)絕緣法蘭外側(cè)的管道進(jìn)行電連續(xù)性跨接，在站場(chǎng)設(shè)1支跨接測(cè)試樁，通過(guò)樁內(nèi)的銅質(zhì)連接片將跨接電纜連接起來(lái)。 跨接電纜在管道絕緣接頭的外側(cè)與管道焊接，焊接采用銅焊方式，焊點(diǎn)距絕緣接頭不小于2m，并進(jìn)行嚴(yán)格的密封防腐。

2.2 恒電位儀的安裝

干線管道陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流保護(hù)方式，在陰保站內(nèi)機(jī)柜間內(nèi)安裝一臺(tái)恒電位儀機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)設(shè)置有兩臺(tái)恒電位儀（一用一備）和一臺(tái)控制臺(tái)，恒電位儀的規(guī)格為15A/40V（電源AC 220V）。

區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)采用強(qiáng)制電流保護(hù)方式，在陰保站內(nèi)機(jī)柜間內(nèi)安裝一臺(tái)四回路的交流供電型恒電位儀，設(shè)備規(guī)格為50V/30A（每回路），多路恒電位儀供電電源為AC380V。恒電位儀四路輸出分為3用1備。

2.3 陽(yáng)極地床的安裝

干線輔助陽(yáng)極采用高硅鑄鐵陽(yáng)極，選用連續(xù)淺埋式，為降低陽(yáng)極地床的接地電阻，整個(gè)陽(yáng)極地床底部都需填充石油焦炭，并要求距主干線管道的垂直距離不小于100m，該硅鑄鐵陽(yáng)極在陽(yáng)極地床內(nèi)水平放置，并置于焦炭填充層的中間層部分，相鄰陽(yáng)極之間中心間隔3米。焦炭填充層厚度為150～200mm，其頂部埋深不小于2m。每支陽(yáng)極的引線與陽(yáng)極匯流電纜連接采用銅管鉗接，并用熱熔膠和電纜連接熱收縮套對(duì)連接點(diǎn)密封防腐。在回填時(shí)，應(yīng)將回填土進(jìn)行過(guò)篩，防止塊狀堅(jiān)物對(duì)陽(yáng)極及陽(yáng)極電纜的損壞，安裝陽(yáng)極時(shí)不能拽拉陽(yáng)極引線。

站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)輔助陽(yáng)極選用柔性陽(yáng)極，柔性陽(yáng)極與站內(nèi)管道（污水罐或水平接地體）同溝敷設(shè)，與管道水平凈距為300mm，埋深應(yīng)低于管（污水罐或水平接地體）底200mm。當(dāng)柔性陽(yáng)極與管道、接地體、或柔性陽(yáng)極之間交叉時(shí)，采用柔性陽(yáng)極專用隔離網(wǎng)將柔性陽(yáng)極與被保護(hù)構(gòu)筑物隔離開(kāi)。 在回填時(shí)，應(yīng)將回填土進(jìn)行過(guò)篩，防止塊狀堅(jiān)物對(duì)柔性陽(yáng)極的損壞。

3. 陰極保護(hù)的運(yùn)行與調(diào)試

美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）在《埋地和水下金屬管道外部腐蝕控制推薦規(guī)范》RP-01-69(2007)的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)陰極保護(hù)準(zhǔn)則做出了某些規(guī)定，對(duì)于天然水和土壤中的鋼和鑄鐵構(gòu)筑物，在施加陰極電流的情況下，測(cè)得管地電位為-850mV（CSE）或更負(fù)，測(cè)量中必須排除附加電壓降（IR降）的影響，而含最大保護(hù)電位則根據(jù)環(huán)境而定；管道表面與土壤接觸的穩(wěn)定的參比電極之間的陰極極化的電位值最小為100 mV。

干線管道陰保系統(tǒng)恒電位儀都采用恒電位工作模式，通過(guò)饋流點(diǎn)的信號(hào)來(lái)調(diào)整恒電位儀的輸出電壓電流。各個(gè)陰保站控制電位都在-1300mV，通過(guò)每月對(duì)陰極保護(hù)電位的測(cè)試數(shù)據(jù)（所測(cè)電位含土壤IR降）發(fā)現(xiàn)管道保護(hù)電位在-800mV到-1500mV之間，其中只有幾個(gè)點(diǎn)的電位在-800mV到-900mV之間，后經(jīng)過(guò)發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)點(diǎn)都是距離陰保站較遠(yuǎn)的點(diǎn)；在陰極保護(hù)運(yùn)行6個(gè)月后，對(duì)沿線管道的自然電位測(cè)試發(fā)現(xiàn)，大部分管道電位都在-0.6V到0.8V之間，有幾個(gè)點(diǎn)的電位比-850還負(fù)，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，管道中存在雜散電流，而這些點(diǎn)附近剛好與高壓線或者鐵路交叉。

選取西氣東輸二線嘉峪關(guān)壓氣分輸站所轄管道10個(gè)月以來(lái)的保護(hù)電位進(jìn)行分析，嘉峪關(guān)壓氣分輸站管轄管道162公里，管道所經(jīng)地域?qū)儆诟拭C省嘉峪關(guān)市、酒泉市管轄，途徑戈壁、鹽堿地、農(nóng)田、河流、水源地等地貌，每個(gè)月的平均電位見(jiàn)圖1，每10公里的平均電位見(jiàn)圖2，

圖1 嘉峪關(guān)壓氣分輸站所轄管道每月平均電位

圖2 每10公里管線的平均電位

從圖1從發(fā)現(xiàn)，管道基本達(dá)到了保護(hù)，且管道保護(hù)電位隨季節(jié)的變化而變化，夏季溫度高，雨水相對(duì)較多，管線保護(hù)電位偏低，而冬季溫度低雨水少時(shí)管道保護(hù)電位偏高，由于測(cè)試的電位含有IR降，所以可能是溫度和含水量影響著土壤的電阻率，7月份和8月份溫度相當(dāng)一樣，但8月份雨水少，電位比7月份高，說(shuō)明土壤中含水越多土壤電阻率越低，4月份與5月份基本無(wú)降水，5月份溫度比4月份溫度高，保護(hù)電位比4月低，說(shuō)明溫度越高土壤電阻率越低。

從圖2中發(fā)現(xiàn)，管道保護(hù)電位在某一地域有最高值，某一地域有最低值，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，最高值是因?yàn)檫@一區(qū)域離嘉峪關(guān)陰保站最近，而最低值這一區(qū)域?yàn)橐畸}堿地，其他相對(duì)較高的區(qū)域?qū)儆诟瓯?、相?duì)較低屬于農(nóng)田，說(shuō)明土壤電阻率隨著土壤中電解質(zhì)的濃度升高而降低，農(nóng)田段低可能是因?yàn)橥寥赖拿軐?shí)性高電阻率低。

采用ZC-8型電阻測(cè)試儀，對(duì)各個(gè)陰保進(jìn)行了陽(yáng)極接地電阻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其中有三個(gè)站的接地電阻偏高，為4.8、5.0、15.0Ω，其他12個(gè)陰保站的陽(yáng)極接地電阻均在0～3Ω之間，最低的為0.18Ω，這可能是施工質(zhì)量造成的或者土壤電阻率所影響的。

4. 結(jié)論與建議

(1)西氣東輸二線干線管道整體陰極保護(hù)是良好的，有部分地方管道未達(dá)到保護(hù)；未達(dá)到保護(hù)可能原因就是恒電位儀輸出不夠，因?yàn)楹汶娢粌x的輸出時(shí)根據(jù)通電的點(diǎn)保護(hù)情況而決定輸出的，所以可以適當(dāng)增加控制電位到-1400mV，或者通過(guò)計(jì)算保護(hù)電流將恒電位儀的工作模式由恒位模式改為恒流模式。

(2)其中三個(gè)陰保站的陽(yáng)極接地電阻偏高，使得大量的保護(hù)電流浪費(fèi)，進(jìn)而造成管道達(dá)不到保護(hù)電位，這有可能是施工質(zhì)量，或者陽(yáng)極地床所處環(huán)境干燥造成的，建議對(duì)陽(yáng)極地床安設(shè)注水口，定期對(duì)陽(yáng)極地床進(jìn)行澆水，保證其所處環(huán)境濕潤(rùn)，或者更換現(xiàn)有土壤改用土壤電阻率的代替，或者添加降阻劑。

(3)需要對(duì)沿線管道與鐵路、高壓線交叉的地方進(jìn)行雜散電流測(cè)試，若存在且很高，應(yīng)該在此安設(shè)排流裝置，不讓其進(jìn)入管道。

[1] 西氣東輸工程[J].特種結(jié)構(gòu).2003,(03)

[2] 茹惠靈.油氣管道保護(hù)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社.2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.020