陰極保護在采輸鹵管道中的應用及效果

陳緒林 萬云飛

（江蘇淮鹽礦業(yè)有限公司，江蘇 淮安 223343）

陰極保護在采輸鹵管道中的應用及效果

陳緒林 萬云飛

（江蘇淮鹽礦業(yè)有限公司，江蘇 淮安 223343）

本文主要介紹陰極保護的方法、日常維護中的技術要求，測量過程中應該注意的方面，并探討了陰極保護在長輸管道中的重要作用和實際使用效果。

陰極保護 腐蝕 雜散電流

淮鹽礦業(yè)有限公司是專業(yè)開采地下巖鹽資源企業(yè)，溶解后的巖鹽通過187 km的長輸管道，呈“Y”型分別向連云港市的灌云縣金橋日曬制鹽和鹽城市響水縣瑞泰灘曬集團2大用鹵單位輸送，管道投資4.8億元，主線為Ф559 mm螺紋鋼管，支線為Ф406 mm螺紋鋼管，保護輸鹵管道對于企業(yè)來說顯得非常重要，因此，公司專門成立管道巡線站，定期對全線實行監(jiān)察，并實時對管道的陰極保護裝置進行參數(shù)測量，以確保大動脈的正常工作，保障下游企業(yè)的鹵水供應。

淮鹽礦業(yè)公司的長輸管道采用埋地方式鋪設，沿線穿越地形、地段較為復雜，土壤性質差異較大,淮安地區(qū)土質屬于相對干燥的沙質土，2個鹵站地處黃海邊緣，土質屬于潮濕咸粘土，土壤電阻率最低22.8 Ω·m，最高182.8 Ω·m，一般地段在80～120 Ω·m，因此外部因素對管道存在著不同程度的腐蝕。擺在公司技術人員面前的課題是應用現(xiàn)代腐蝕理論和防腐技術，降低管道腐蝕。

管道埋設于地下，長期受到外部土壤和內部介質的強烈腐蝕而經常發(fā)生泄漏事故，經常導致管道設備非計劃性檢修、更換和停產，并造成了一定的環(huán)境污染，導致了巨大的直接和間接的經濟損失。因此，埋地管道的腐蝕問題與保護越來越引起人們的重視，埋地管道腐蝕通常原因主要有：土壤腐蝕、大氣腐蝕和生物腐蝕3種。管道防腐層在生產、運輸、施工中無法保證不受損壞，特別是穿越段更是不可避免會產生一些損傷；另外管道與腐蝕環(huán)境、介質做不到完全隔離，更何況用于防腐絕緣層的材料都不同程度地具備吸水性和透氣性，埋地后在土壤溶液作用下，管道防護層由于埋地時間長久而出現(xiàn)老化、發(fā)脆、剝離、脫落。因淮鹽礦業(yè)公司采輸鹵管道輸送的鹵水，如發(fā)生泄漏將造成環(huán)境污染，帶來不可估量的損失。因此，單純地對埋地鋼管采用防腐涂層的防護辦法不能有效解決埋地管道腐蝕問題。

淮鹽礦業(yè)公司的長輸鹵管道，采用內、外防腐絕緣層與陰極保護的聯(lián)合使用，穿越段采用犧牲陽極，構成一個完整的陰極保護系統(tǒng)，達到最經濟、最合理的防腐蝕效果。通過幾年的運行證明，陰極保護系統(tǒng)的保護效果得到充分發(fā)揮，管道腐蝕得到有效延緩，從而延長了管道的使用壽命，對節(jié)約能源、減少投入、增加效益以及促進輸鹵管線區(qū)域內的鹽化工發(fā)展均有重要意義。

1 陰極保護的實際效果及運行維護

1.1 實際效果

1.1.1 陰極保護的運行效果

淮鹽礦業(yè)公司采輸鹵管道的陰極保護由4個陰保站，淮安趙集首站1個，中間設1站，2個鹵站各1個，構成了每個站點的有效保護距離小于40 km的最佳保護范圍。4個站場恒電位儀的電位輸出是根據(jù)環(huán)境因素、土壤電阻率要求，設定為-1.2 V。在運行的幾年里，數(shù)次對趙集首站至灌西鹵站和灌東鹵站長輸管線陰極保護系統(tǒng)中的160個測試樁的管道保護電位進行測量，測量結果為-1.20～-0.98 V（相對硫酸銅參比電極）。由以上數(shù)據(jù)可知，長輸管道對地電位均低于極化電位-0.85 V（相對硫酸銅參比電極），符合設計和規(guī)范的要求。在淮鹽礦業(yè)187 km的地埋輸鹵管道區(qū)域內，實際保護電流的密度及效果每段都有差別，4個陰保站的陰極保護裝置投入運行后，每臺設備輸出總電流達10～15 A。160個測試點的數(shù)據(jù)都滿足保護電位要求，合格率達100%，總的保護效果達到預期目的，能滿足實際保護的需要。為了掌握陰極保護的運用效果，公司每隔2～3年還要進行管道全線的防腐檢測，腐蝕點檢測，以確保輸鹵管線的安全和使用壽命。主要內容：管道防腐層破損點檢測、管道外防腐層絕緣電阻率計算、管體剩余避厚檢測、管道非正常搭接監(jiān)測、管道鋪設外部環(huán)境監(jiān)測、管道防腐層等級檢測、管道陰極保護系統(tǒng)測試與評價、管道防腐系統(tǒng)綜合評價及整改方案編制等。

1.1.2 陰極保護的輔助運行效果

充分了解陰極保護的特點和技術，可以輔助分析管道的絕緣情況。在幾年的運行維護中，我們經常會遇到沿線管道由于外單位施工造成的管道外防腐層損壞，這時電位測試樁和恒電位儀的輸出由于損壞的程度不同，數(shù)值會有一定變化，嚴重時陰極保護裝置將無法正常工作。2013年5月，灌西鹵站抄錄陰保設備數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)陰保設備電流值比以住偏大，一般值為4.0 A，這次達到10.5 A，于是到管線上測量各點的電位。測量中發(fā)現(xiàn)，在X9測試樁測得電位為-1.19 V，測量到X12測試樁時，電位上升至-0.76 V，再與原來數(shù)據(jù)進行對比，不到5 km管線中，電位絕對值下降0.43 V，且低于最小保護電位值，于是要求測試工進一步測量，并核實測量儀器，測量方法，無誤后判斷該段管道有問題。組織巡線人員對該段管線進行詳細探查，結果在一村莊里有建筑房屋施工，經過管道探測儀測定，就在管道旁。后經當?shù)叵嚓P部門協(xié)調，停止該房屋施工，對房屋樁基進行排查，發(fā)現(xiàn)有一根基礎樁打在管道邊，并造成防腐層嚴重破損，查明后對其進行防腐層修復，并拆除非法建筑。再次測量X12樁時，電位恢復正常。因此，陰極保護的技術數(shù)據(jù)是管線維護人員排查故障的依據(jù)，可根據(jù)各點的電位變化排查出損壞點，這樣就可及時地進行防腐修復，有效地預防管道由于防腐層損壞造成的腐蝕現(xiàn)象。

1.2 運行中的管理和維護

1.2.1 陰極保護系統(tǒng)的日常管理

陰極保護系統(tǒng)應有專人管理，并配備專用儀器工具。記錄好各項技術參數(shù)，定期對設備進行維護、更新。具體要求是：

（1）陰極保護崗位的運行管理人員上崗前應進行崗位技術培訓；

（2）陰極保護管理部門應收集、整理、保存竣工資料及運行資料；

（3）施工及維修等方案的制定應有陰極保護方面的工程技術人員參加，對可能影響陰極保護系統(tǒng)進行的工程項目應采取必要的預防措施；

（4）測試用儀表及參比電極應定期進行校驗。

1.2.2 日常運行中陰極保護的技術參數(shù)要求

（1）陰極保護設備運行率應大于98%。

（2）陰極保護通電電位應控制在-1.30～-0.9 V（相對于Cu/CuSO4參比電極），斷電電位應控制在-1.20～-0.85 V（相對于Cu/CuSO4參比電極）。

（3） 測量用便攜式Cu/CuSO4參比電極內的CuSO4溶液應處于飽和狀態(tài)，參比電極底部的滲透膜應滲而不漏。參比電極中的紫銅棒應定期擦洗，露出銅的本色。配制飽和CuSO4溶液應用化學純的硫酸銅晶體和蒸餾水。

（4） 測試樁應統(tǒng)一編號，每年進行一次檢修，應保持標記清楚、完整，并作好記錄。

（5） 測量用導線宜用銅芯絕緣軟線，當存在干擾時宜選用屏蔽導線，各測量點必須保證接觸良好。

1.2.3 電源設備管理

（1） 陰極保護電源設備應做到無灰塵、無缺件、無雜物，技術狀態(tài)良好。

（2） 電源設備應每月維護保養(yǎng)一次，每季度檢查維修一次，保證設備完好。

（3） 定期檢查電源設備的避雷設施，雷雨季節(jié)增加檢查次數(shù)，以保證避雷設施安全有效。

（4） 陰極保護間不得與其他用途的房間合用，并應保持清潔衛(wèi)生，設備工具擺放整齊。

（5） 建立設備管理檔案，認真填寫運行、維修、故障記錄。

1.2.4 陽極地床的運行管理

（1） 陽極地床處的地面標志及接線盒應保持完好。

（2） 陽極接地電阻每年應測量一次，測量時應斷電操作。

（3） 在運行過程中，接地電阻影響陰極保護系統(tǒng)的正常運行時，應對陽極地床進行重新埋設或更換處理，并做好詳細記錄。

1.2.5 強制電流陰極保護的運行管理

（1） 陰極保護系統(tǒng)不得任意中斷。

（2） 恒電位儀的輸出電位應使各測試點的保護電位達到要求。

（3） 每日檢查陰極保護電源一次，并記錄給定電位、輸出電流、輸出電壓等參數(shù)。

（4） 每月對各測試點進行一次保護電位測量。將保護電位、恒電位儀運行參數(shù)等填入統(tǒng)一格式的報表，并報上級管理部門備案。

1.2.6 測量電位時技巧

（1）測量時要帶上銼刀一把，將電纜頭、測試點上的氧化層銼去，以減小測量誤差，最大限度地保證數(shù)據(jù)的真實性、準確性。

（2）測量時要帶上一瓶水，在土壤干燥地方用水淋濕便攜式參比電極所放置的位置，以使便攜式參比電極下部微孔膜部與大地有良好的接觸，減小測量時的IR壓降，測量數(shù)據(jù)相對準確度得到提高。

（3）測量測試樁電位時，應將便攜式參比電極盡量靠近管道體旁，減小測量誤差。

（4）便攜式參比電極里的硫酸銅溶液一定是飽和溶液，用蒸餾水調劑，底部應可見少許沒深化的藍色硫酸銅固體，一年更換溶液一次。

2 其他測量的重要性

陰極保護裝置的數(shù)據(jù)測量，除了以上的設備參數(shù)、測試樁電位測量，還有自然電位、雜散電流、瞬時斷電電位等數(shù)據(jù)的測量；這些數(shù)據(jù)在陰極保護系統(tǒng)中同樣有著重要的作用，可更好地分析沿線管道受外部影響的因素，管道防腐情況，便于加以解決，確保保護效果達到最好狀態(tài)。

2.1 自然電位的測量

自然電位是管道自腐蝕電位，在管道上實施陰極保護后，自然電位作為參照，在此基礎上負偏移100 mV或300 mV，稱為極化，極化電位達到-0.85 V管道認為得到保護。測量自然電位要將所有陰極保護設備斷電24～48 h后進行測量，其時管線中的極化電流已經耗盡，所測電位就是管道本身的自然電位。它與瞬間斷電電位（斷電后0.2～0.5 s）差值不得小于100 mV。

2.2 雜散電流的測量

雜散電流能使地下管道產生強烈的電化學腐蝕?；贷}礦業(yè)公司管線沿線的干擾電流主要來自高壓輸電線路，當高壓線路與管道平行走向時，干擾最強，雜散電流最大。2012年12月公司年度對全線所有測試樁進行測量、維護，測量至灌南縣花園村Z89樁時，萬用表指針擺到很大，無法測量到數(shù)值，然后將萬用表打至交流檔測量，顯示交流電壓為30 V。根據(jù)以往測量結果，該段沒有發(fā)現(xiàn)這類現(xiàn)象，對周圍環(huán)境認真查看后，發(fā)現(xiàn)與管線基本平行新上了一條高壓輸電線路，并且平行走向距離達到1 km多，于是就對該段進行交流排流措施，排流后該處電位基本恢復正常。根據(jù)我國的行業(yè)標準規(guī)定，管道附近土壤中電位梯度大于0.5 mV/m時認為有干擾的可能，當電位梯度大于2.5 mV/m時應考慮采取防護措施。當管道在雜散電流處有1 cm2的防腐層破損，且此處有1 mA的雜散電流流出時，該處的腐蝕速度將達到12 mm/a。在雜散電流干擾嚴重的地區(qū)，可以通過設置排流鋅陽極組來減少雜散電流對管道的腐蝕和干擾。

2.3 其他測量

2.3.1 犧牲陰極測量

管道在穿跨越處都要有特殊保護，如公路和鐵路穿越工程，由于承重，需要加設保護套管。理想的套管穿越，是主管道和套管之間2端用軟性材料密封和中間安裝絕緣支架，管道應與套管保持較好的電絕緣。但在實際工程中，很難做到這一點，會出現(xiàn)沒有陰極保護的電流穿過套管壁流向套管內主管道表面，使得位于套管內的主管道處于自由腐蝕狀態(tài)，而套管則得到很好保護。 因此，要在套管內設計安裝帶狀鋅陽極保護，或在穿越處埋設犧牲陰極保護。要定期對犧牲陽極進行測試，一般犧牲陽極的使用壽命5年左右，如果測試不達標就考慮更換犧牲陽極。另外，犧牲陽極與連接管道的電纜顏色應與其他電纜顏色區(qū)分開，以便辨認檢測。陽極的埋設點必須做永久性標志。

2.3.2 陽極地床測試

陽極地床作用是將保護電流經過介質傳遞到被保護結構物表面上。陽極材料一般采用高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極，在鹽漬土、海濱土或酸性和含硫酸根離子較高的環(huán)境中，宜采用含鉻高硅鑄鐵陽極。它的使用壽命在5～10年，因而必須要每年對陽極地床進行測試，接地電阻不大于1Ω。如果數(shù)值偏大，說明陽極地床出現(xiàn)問題，將對整個陰極保護產生不良作用，所以對陽極地床的定期測量也是陰極保護系統(tǒng)中一項不可疏忽的事宜。

2.3.3 設備原件測量

另外對長效參比電極、接地電池、絕緣法蘭等的測量也非常重要，這些都是構成整個陰極保護系統(tǒng)不可缺少的設備元件。在正常的運行中，如果這些部件出現(xiàn)問題，陰極保護系統(tǒng)運行將出現(xiàn)不正常現(xiàn)象。因此，管道維護人員必須做好日常的巡查、記錄工作，一旦出現(xiàn)異常，即可有對比數(shù)據(jù)、參考資料，以便最快地找出問題，解決毛病，確保陰極保護的有效運行。

3 技術改進

隨著陰極保護系統(tǒng)的不斷發(fā)展，高新技術不斷地涌現(xiàn)，新產品也不斷流入市場?；贷}礦業(yè)公司緊跟著陰極保護發(fā)展步伐，不斷吸收新技術，新設備。對恒電位儀，測試樁等相關設備進行相應的更新改進，新的系統(tǒng)增加RTU遠傳遠控功能，實現(xiàn)陰極保護電流通斷測試，采用目前國外、國內較先進的技術，實現(xiàn)全線陰極保護站數(shù)字化管理。恒電位儀具有斷3 S通12 S的斷電測試狀態(tài)功能，同步在0.001 S，可以方便準確地測量到瞬間電位，更好地發(fā)揮出陰極保護的功能和作用。新的陰極保護系統(tǒng)還具有數(shù)字采集，信息查詢，統(tǒng)計分析，遠程控制等功能，可以在首站集控室就能掌握沿線管道陰極保護情況，遠程操作其他站點的運行參數(shù)，實現(xiàn)集中管理，分別負責的模式；系統(tǒng)中的專家判斷功能，可以自動地對異常情況進行系統(tǒng)分析，提供故障原因、解決方案等，為維護人員提供快捷、準確、科學的解決方案和預防措施。

儀器設備的更新對保障陰極保護裝置可靠運行，預防管道腐蝕確實帶來了很多益處，但是提高管道巡查、測試人員的業(yè)務素質，更為重要。178 km的長輸管道，巡線時能做到哪些地方需要加強監(jiān)視力度，哪些地方需要頻繁觀察、測量，測量時怎樣減少誤差，如何正確使用儀器儀表等等，這些都是對巡線工和測試工的基本要求。淮鹽礦業(yè)公司采用公司內部專業(yè)技術人員定期講課和定期聘請外部專家指導授課相結合的方法，大大提高了巡檢、測試人員的技術素質，在平時的運行維護中也多次發(fā)現(xiàn)問題，并較好地解決缺陷。例如2011年10月，灌東鹵站巡線人員發(fā)現(xiàn)管道附近有施工跡象，立即報告站長，并采取每天監(jiān)視2次，時刻把握動向。在20日時，施工單位預在管道上向下打樁，巡查人員當場予以制止，后經地方相關部門協(xié)調，有效地避免了一起施工損壞管道的行為。擁有一支技術過硬，素質過強的巡查、維護人員，是淮鹽礦業(yè)公司的“生產大動脈”正常運行的首要條件，他們時刻為淮鹽礦業(yè)公司的生產輸送保駕護航。

4 結束語

本文聯(lián)系陰極保護系統(tǒng)的理論與實際，通過具體的實例介紹了一種常用的管線陰極保護方法，其中實際應用中雜散電流腐蝕一直是陰極保護技術的一個難點。我們在雜散電流強度超過標準規(guī)定的地點都增設排流裝置，不僅能排除雜散電流，還可以為管道提供一定的保護電流。實踐證明，為了使埋地管道有效地防腐，需要采取外加電流與犧牲陽極聯(lián)合保護的方法。目前，聯(lián)合保護已得到了廣泛的應用，并取得了很好的效果?？傊\行好陰極保護系統(tǒng)對維護好幾億元管道資產有重要的作用、意義。

Application and effect of cathodic protection in halogen pipeline

CHEN Xu-lin WAN Yun-fei
(Jiangsu Huai Salt Mining Co., Ltd., Huaian 223343, China)

The requirement of cathodic protection method, routine maintenance of the technology and attention in the process of measurement were introduced in this paper. The important role of cathodic protection in long distance pipeline and the actual use effect were discussed.

cathodic protection; corrosion; stray current