饋電測(cè)試法在中俄原油管道黑龍江穿越工程中的應(yīng)用

竇宏強(qiáng)，李 軍，陳 吉吉，郭娟麗，謝風(fēng)春，林 軍，陳獻(xiàn)杰

（1.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000；2.中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)際事業(yè)部，河北廊坊 065000；3.中油管道物資裝備總公司，河北廊坊 065000）

饋電測(cè)試法在中俄原油管道黑龍江穿越工程中的應(yīng)用

竇宏強(qiáng)1，李 軍2，陳 吉吉3，郭娟麗1，謝風(fēng)春2，林 軍2，陳獻(xiàn)杰2

（1.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊 065000；2.中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)際事業(yè)部，河北廊坊 065000；3.中油管道物資裝備總公司，河北廊坊 065000）

中俄原油管道黑龍江穿越工程中，采用俄方規(guī)范ГОСТ 51164-1998《干線管道防腐要求》中所列的饋電測(cè)試方法，對(duì)水平定向鉆穿越后管道外防腐層的優(yōu)劣進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，外防腐層的電阻率、陰極極化電流、管/地電位偏移等都符合要求。

長(zhǎng)輸管道；水平定向鉆；饋電測(cè)試；防腐層

0 引言

中俄原油管道黑龍江穿越工程位于中俄兩國(guó)邊境，是俄羅斯斯科沃羅季諾泵站到中國(guó)漠河泵站石油管道系統(tǒng)的組成部分。管道設(shè)計(jì)壓力為6.4 MPa，管徑820 mm，壁厚15.9 mm，采用K56級(jí)直縫埋弧焊鋼管。穿越段管道的水平長(zhǎng)度約為1 110 m。

黑龍江穿越段管道采用工廠預(yù)制的三層聚乙烯（3LPE）結(jié)構(gòu)加強(qiáng)級(jí)外防腐層，防腐層厚度≥3 mm；補(bǔ)口采用CANSUA的定向鉆穿越專用補(bǔ)口帶。同時(shí)為保護(hù)穿越過(guò)程中管道外防腐層完好，防腐層外又包裹了一層可光固化的改性環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層。

1 饋電測(cè)試及評(píng)價(jià)參數(shù)

通過(guò)向管道施加交、直電流或信號(hào)對(duì)管道外防腐層或陰極保護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法稱之為饋電測(cè)試方法，主要用于評(píng)價(jià)埋地管道外防腐層缺陷的大小和數(shù)量，參數(shù)單位為Ω·m2。對(duì)于饋電測(cè)試方法所用參數(shù)的名稱，國(guó)內(nèi)外不統(tǒng)一，例如 “防腐層面積電阻”、“防腐層電阻率”、“防腐層電阻”、“防腐層絕緣特性參數(shù)”，標(biāo)準(zhǔn)NACE TM 0102“Measurement of Protective Coating Electrical Conductance on Underground Pipeline”中，將之稱為 “防腐層電導(dǎo)率 （coating conductance）”。本文認(rèn)為此參數(shù)稱為 “防腐層絕緣電阻率”更為合適。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范，饋電測(cè)試方法主要分為：電流—電位法、電位梯度法、電流密度法、皮爾遜法、電流衰減法 （PCM法）和波形分析法。對(duì)于定向鉆穿越后的管道，中俄原油管道黑龍江穿越工程要求采用俄方規(guī)范 ГОСТ 51164-1998《干線管道防腐要求》中的饋電測(cè)試方法對(duì)管道的外防腐層進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)此規(guī)范對(duì)于外防腐層絕緣電阻率測(cè)試方法的描述，其所用的饋電測(cè)試法可歸類為電流—電位法。

2 測(cè)試方法

按照規(guī)范ГОСТ 51164-1998的描述，其饋電測(cè)試的基本做法是向被測(cè)的一段管道施加有陰極保護(hù)效用的極化電流，使被測(cè)管道的電位偏移達(dá)到規(guī)定數(shù)值，然后按照電位衰減公式計(jì)算被測(cè)管道的防腐層絕緣電阻率。此測(cè)試方法的要點(diǎn)在于：被測(cè)管段應(yīng)與其他金屬體完全電絕緣，被測(cè)管道應(yīng)已完全回填，保證所需的極化前后管/地電位差的偏移量和極化電流。測(cè)試接線如圖1所示。

2.1 測(cè)試步驟

（1）切斷被測(cè)試管道的所有電連接，測(cè)量被測(cè)管道兩端的管/地自然電位并記錄，測(cè)量管道兩端的土壤電阻率并記錄。如果此段管道存在臨時(shí)陰極保護(hù)，則需要在測(cè)量管/地自然電位前至少3 d切斷該電流。

（2）按照?qǐng)D1所示方式連接測(cè)試儀器和儀表。保證臨時(shí)陽(yáng)極地床與被測(cè)管道的距離≥100 m。開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的數(shù)值，使電流表顯示的輸入管道極化電流值為0.006 605 A。在整個(gè)測(cè)試期間，利用可調(diào)電阻器，或者通過(guò)增加/減少臨時(shí)接地體的數(shù)量，或者通過(guò)改變電源電壓的方式，或者綜合采用上述方式使輸入的極化電流保持穩(wěn)定。

（3）保證未施加陰極保護(hù)電流端管道的電位偏移量≥0.7 V。如果規(guī)定的極化電流值不足以使電位偏移量達(dá)到要求，則應(yīng)增大極化電流的輸出值，直至滿足要求。

（4）保持被測(cè)量段管道的極化時(shí)間不少于3 h，再次測(cè)量被測(cè)管道兩端的管/地保護(hù)電位，并記錄。

（5）計(jì)算并填寫管道防腐狀況評(píng)估報(bào)告。

2.2 計(jì)算公式

（1）陽(yáng)極地床的分流電阻率RP：

（2）管道外防腐層的絕緣電阻率RT：

式中RP——陽(yáng)極地床的分流電阻率/Ω·m2；

RT——管道外防腐層的絕緣電阻率/Ω·m2；

ρ——土壤電阻率/Ω·m；

D——鋼管直徑/m；

H——管道埋深/m；

R——鋼管縱向電阻率/（Ω/m）；

L——被測(cè)段管道的實(shí)際長(zhǎng)度/m；

ΔU——遠(yuǎn)端管道的電位差偏移量/V；

I——被測(cè)段管道的極化電流/A。

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)記錄

饋電測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.4 計(jì)算結(jié)果

測(cè)試時(shí)，陰極保護(hù)電流的饋入點(diǎn)位于中國(guó)境內(nèi)，管道極化后保護(hù)電位的測(cè)試點(diǎn)位于俄方境內(nèi)。采用12 V的直流電源，數(shù)字式伏特表的輸入電阻≥10 MΩ，安培表的精度≥1.0級(jí)。臨時(shí)陽(yáng)極地床采用6根長(zhǎng)為1.5 m、直徑為15 mm的鋼釬。為減少陽(yáng)極地床對(duì)管道測(cè)試的干擾，臨時(shí)陽(yáng)極地床設(shè)置在距離管道100 m外小樹(shù)林中低洼的位置。參比電極安裝于管道上方，距離管道中心線的偏差不超過(guò)0.2 m。 相關(guān)的計(jì)算參數(shù)如表2所示，計(jì)算中所需測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表1 饋電測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 測(cè)量數(shù)值

表3 測(cè)量數(shù)據(jù)以及計(jì)算結(jié)果

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 極化電流和極化電位的影響

從上述的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，饋電測(cè)試的極化電流I和管道的極化電位U極化對(duì)防腐層絕緣電阻率的影響最大。饋入管道的極化電流值越大，管道的極化電位也隨之增大，但極化電位增加的比率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于饋入的陰極保護(hù)電流增加的比率。這就導(dǎo)致對(duì)于相同的一條測(cè)試管道，隨著饋入的陰極保護(hù)電流大小不同，而得到不同的防腐層絕緣電阻率值，且饋入的電流越大，防腐層絕緣電阻率數(shù)值越小。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，極化電流從0.006 6 A增加到了0.066 A，為原來(lái)的10倍；而管道的極化電位僅從0.8 V增加到了2.147 V，約為原來(lái)的3倍。因此，饋電測(cè)試時(shí)，極化電流的大小應(yīng)慎重確定。

3.2 管/地電位偏移量的影響

測(cè)試數(shù)據(jù)中管道陰極極化前后的管/地電位偏移量ΔU的要求值對(duì)防腐層絕緣電阻率的影響也比較大，按照規(guī)范ГОСТ 51164-1998的要求，中俄管道黑龍江穿越段管道的管/地電位偏移量達(dá)到≥0.7 V即可，但俄方卻提出了更為苛刻的管/地電位偏移量 （≥1.0 V）的要求。表3中的數(shù)據(jù)顯示，如果按照偏移量達(dá)到≥1.0 V的要求，此段管道的外防腐層絕緣電阻率的值僅為191 135 Ω·m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范ГОСТ 51164-1998中要求的 3.0×105Ω·m2，從而導(dǎo)致管道外防腐層檢測(cè)結(jié)果不合格。因此，饋電測(cè)試中管/地電位的偏移量數(shù)值也應(yīng)當(dāng)慎重確定。

3.3 防腐層缺陷的影響

規(guī)范ГОСТ 51164-1998給出實(shí)驗(yàn)室中要求的3LPE防腐層的絕緣電阻率數(shù)值應(yīng)為109～1010Ω·m2；且根據(jù)其附錄中的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)于3LPE防腐層，在鹽水中浸泡100 d后 （室溫下），實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)到的防腐層絕緣電阻率也應(yīng)≥108Ω·m2，此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道埋地后要求的管道外防腐層電阻率≥3.0×105Ω·m2規(guī)定。這就更進(jìn)一步表明了最終影響埋地管道外防腐層質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要因素是管道防腐層上缺陷的大小和數(shù)量，而不是防腐層本身。防腐層的缺陷越大，防腐層絕緣電阻率值越??；單位面積內(nèi)缺陷數(shù)量越多，防腐層絕緣電阻率值也越小。因此，對(duì)于防腐層的選擇，不能僅考慮防腐層本身，還應(yīng)考慮管道外防腐層施工時(shí)的適應(yīng)性，應(yīng)以能最大限度地滿足現(xiàn)場(chǎng)施工為首要考慮要素。特別對(duì)于水平定向鉆穿越段管道，應(yīng)更多地考慮其穿越過(guò)程中管道的特殊要求，其外防腐層的選擇不僅局限于3LPE防腐層、雙層FBE防腐層、環(huán)氧玻璃鋼防腐層，甚至改性環(huán)氧防腐層也可以考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）按照規(guī)范ГОСТ 51164-1998的要求，管道外防腐層的絕緣電阻率應(yīng)≥3.0×105Ω·m2，而中俄黑龍江穿越段管道的外防腐層絕緣電阻率為340 124 Ω·m2， 滿足要求。

（2）按照規(guī)范ГОСТ 51164-1998的要求，對(duì)于中俄黑龍江穿越段管道，陰極極化電流應(yīng)為0.006 605 A，管/地電位偏移的差值應(yīng)≥0.7 V。

（3）按照規(guī)范ГОСТ 51164-1998的要求，若3LPE管道的外防腐層絕緣電阻率≥3.0×105Ω·m2，則反推得到陰極保護(hù)所需的理論電流密度為1μA/m2，而此要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)所采用的3~5 μA/m2的電流密度取值，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)際上通行的大多數(shù)陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（4）對(duì)于采用水平定向鉆穿越的中俄原油管道黑龍江穿越段管道，管道防腐層外包裹的一層可光固化的環(huán)氧玻璃鋼防護(hù)層起到了保護(hù)作用。

[1]ГОСТ 51164-1998，干線管道防腐要求[S].

Feed-current Test Method Used in Heilongjiang HDD Crossing Project of Russia-China Crude Oil Pipeline

DOU Hong-qiang（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Langfang 065000,China）,LI Jun,CHEN Zhe,et al.

Feed-current test method introduced in ГОСТ 51164-98 “Anticorrosion Requirements for Trunk Pipeline”had been used in the crossing project of Russia-China Crude Oil Pipeline for assessing the pipeline external anticorrosion coating quality after HDD crossing operation.The results showed that the electric resistivity of external coating,cathode intensified current and pipe/ground potential shift met the requirements.

long-distance pipeline;horizontal directional drilling （HDD）;feed-current test;anticorrosion coating

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.020

竇宏強(qiáng) （1976-），男，河北廊坊人，工程師，2000年畢業(yè)于青島化工學(xué)院高分子材料與科學(xué)學(xué)院，從事管道防腐設(shè)計(jì)工作。

2011-10-17