雙蘭線某閥室附近管道陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾問題分析

武建偉,方衛(wèi)林,高良澤

(中國石油西部管道分公司 烏魯木齊 830013)

?

雙蘭線某閥室附近管道陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾問題分析

武建偉,方衛(wèi)林,高良澤

(中國石油西部管道分公司 烏魯木齊 830013)

雙蘭線某閥室設(shè)置了一處保護(hù)干線的外加電流陰極保護(hù)站，其陽極地床距西氣東輸一、二線均不足200 m，存在通電電位異常問題和干擾風(fēng)險。通過現(xiàn)場測試對干擾問題進(jìn)行判斷，提出整改措施及建議。

陰極保護(hù);干擾;電位

1 閥室附近管道陰極保護(hù)現(xiàn)狀

雙蘭線為同溝敷設(shè)兩條輸油管線，于2007年投入使用。雙蘭線有一座閥室，附近有西氣東輸一線、二線(以下簡稱西一線、西二線)并行和交叉經(jīng)過，并行距離不足100 m。在閥室內(nèi)，設(shè)置有雙蘭線陰保站，陽極地床為淺埋陽極地床，恒電位儀電源為一套太陽能電池板供電。西一線和西二線的陽極地床在上下游距離閥室約為70～100 km 。該區(qū)域地處風(fēng)化片石山丘地帶，干旱少雨，土壤電阻率高，約在300～3 000 Ω·m之間。

圖1為2013年4月份測試的各管線在閥室附近測試樁處的通電電位，由于雙蘭線的陽極地床距離雙蘭線、西一線、二線較近，附近土壤電阻率偏高，導(dǎo)致陽極地床附近管段通電電位(文中所有電位均相對于銅/飽和硫酸銅參比電極，以下簡稱CSE)檢測值偏負(fù)，存在干擾和過保護(hù)風(fēng)險[1-3]。從測試結(jié)果來看，該區(qū)域可能存在的問題包括：

圖1 雙蘭線某閥室附近管線通電電位Fig. 1 On potential of Shuanglan pipline near to a valve station

(1) 雙蘭線在其陽極地床附近通電電位變化較大，靠近陽極地床處通電電位較負(fù)，該管段是否可能過保護(hù),在稍遠(yuǎn)處的824號和825號測試樁處通電電位較其他管段的通電電位明顯偏正，是否可能欠保護(hù)。

(2) 西一線和西二線靠近雙蘭線陽極地床的管段通電電位明顯偏負(fù)，是否遭受陽極干擾和是否會過保護(hù)需要確認(rèn)。

2 閥室附近雙蘭線陰護(hù)狀況評估

針對在閥室附近可能存在的雙蘭線管段過保護(hù)和欠保護(hù)問題，以及西一線、二線電位異常等干擾問題展開現(xiàn)場檢測[4-8]，確定保護(hù)現(xiàn)狀。

采用瞬間通斷的方法測試雙蘭線824號～829號測試樁處的通斷電電位，評判是否滿足-0.85～-1.2 V(vs.CSE)的極化準(zhǔn)則；同時采用同等材質(zhì)的測試片測試自然電位，評判雙蘭線824號～829號測試樁處是否滿足100 mV的極化準(zhǔn)則。

圖2為瞬間通斷雙蘭線閥室陰極保護(hù)系統(tǒng)，采用便攜式Cu/CuSO4測試的雙蘭線附近測試樁處的通斷電電位。由圖2可見，通斷電電位之差即IR降較大，處于0.5～1.1 V之間，靠近陽極地床處IR降最大。824號測試樁處斷電電位偏正，為-0.63 V，故而在測試中也嘗試了調(diào)節(jié)雙蘭線閥室陰極保護(hù)系統(tǒng)的輸出電流(由最初的2.7 A增加到最后的5.5 A)來查看整體的保護(hù)效果。從圖中可以看出，IR降隨系統(tǒng)輸出電流的增大而增大，最大超過了2 V。除824號測試樁外，其余測試樁處的斷電電位均滿足-0.85 V(vs.CSE)的極化標(biāo)準(zhǔn)，且不存在過保護(hù)的現(xiàn)象。這說明，增大系統(tǒng)輸出電流時，并未能完全改善824號測試樁處的保護(hù)效果。

圖2 雙蘭線閥室陰極保護(hù)系統(tǒng)瞬間通斷時附近測試樁處的通斷電電位Fig. 2 On/off potential of cathodic protection system of valve station in Shuanglan pipeline

為調(diào)查824號測試樁處電位偏正的原因以及評判其是否滿足100 mV的極化準(zhǔn)則，在雙蘭線閥室及824號測試樁附近用四極法測量了不同深度處的土壤電阻率，如表1所示。從測試結(jié)果來看，824號測試樁附近區(qū)域土壤電阻率要相對大很多，可能阻礙了陰極保護(hù)電流的流動，從而導(dǎo)致該區(qū)域管線保護(hù)電位偏正。之后測得的西氣東輸一線在該區(qū)域斷電電位也相對偏正，這一結(jié)果也能印證上述結(jié)論。

表1 閥室及824號測試樁附近不同深度處土壤電阻率

將雙蘭線、西一線、二線陰極保護(hù)系統(tǒng)全部停機(jī)，待管線去極化48 h后，采用便攜式Cu/CuSO4參比電極測試了雙蘭線部分測試樁處管材的自然電位，同時通過試片法靜置2 h測試了不同位置處的自然電位，如表2所示。由表中數(shù)據(jù)可見，測試得到的自然電位結(jié)果相對比較分散，直接法測得的自然電位偏正些。雙蘭線824號處直接法測得的自然電位結(jié)果顯示異常，故采用測試片測得的自然電位進(jìn)行評價，則該區(qū)域的極化偏移量為120 mV，滿足100 mV的極化準(zhǔn)則。

表2 雙蘭線自然電位測量統(tǒng)計表

3 閥室陽極地床對西一線、二線干擾的評估

采用瞬間同步通斷的方法測試了西一線、二線的通斷電電位，采用瞬間斷電電位評判是否滿足-0.85～-1.2 V(vs.CSE)的極化準(zhǔn)則，評估干擾的影響程度。

同時通斷雙蘭線閥室陰極保護(hù)系統(tǒng)、西一線、二線附近的陰極保護(hù)系統(tǒng)，用便攜式Cu/CuSO4參比電極測得西氣一線、二線的通斷電電位如圖3所示。由圖可見，在雙蘭線陰極保護(hù)系統(tǒng)由通電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚯姞顟B(tài)時，西一線、二線的電位整體有較明顯的正向偏移，且距離陽極地床越近，偏移量也越大，說明兩條管線在該區(qū)域確實受到雙蘭線陰極保護(hù)系統(tǒng)陽極地床的干擾。西一線1 420號測試樁處斷電電位偏正，雙蘭線824號測試樁處斷電電位也偏正，兩點處于同一區(qū)域(相距約50 m)，前面已經(jīng)對此進(jìn)行了分析，由該區(qū)域土壤電阻率較大導(dǎo)致，但該點仍然滿足100 mV的極化準(zhǔn)則。其余不受干擾處其本身的保護(hù)電位接近-1.1 V，靠近陽極地床的受干擾區(qū)域出現(xiàn)了過保護(hù)，達(dá)到了-1.22 V，超過-1.2 V標(biāo)準(zhǔn)線20 mV，偏移量較小，建議降低西一線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流，以消除過保護(hù)風(fēng)險。

圖3 三條管線陰極保護(hù)系統(tǒng)瞬間同步通斷下西氣東輸一線和二線附近各測試樁處的電位Fig. 3 Synchronous on/off instant potential of cathodic protection system in therr pipelines

西二線由于整體保護(hù)電位普遍不高，約在-0.85 V左右，一部分測試點不滿足-0.85 V的極化準(zhǔn)則，但均滿足100 mV的極化準(zhǔn)則。也正因為如此，其在受到干擾時雖然靠近陽極地床區(qū)域電位也相對偏負(fù)，但不負(fù)于-1.0 V，不存在過保護(hù)的風(fēng)險，但為了提高整體保護(hù)水平，建議提高西二線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流。

4 結(jié)論

(1) 由于閥室附近土壤電阻率較高，建議采取100 mV極化偏移量作為陰極保護(hù)有效性的評價標(biāo)準(zhǔn)。通過測試閥室附近雙蘭線干線的瞬間通斷電電位及自然電位，確認(rèn)滿足100 mV的極化準(zhǔn)則，陰極保護(hù)有效。

(2) 測試閥室附近西一線和西二線瞬間同步通斷電電位的結(jié)果表明，西一線和西二線均受到了雙蘭線干線陽極地床的陽極干擾影響。其中，西二線由于整體保護(hù)水平低，干擾存在時不會引起過保護(hù)，干擾程度在可承受的范圍；而西一線整體保護(hù)水平較高，在靠近陽極地床處出現(xiàn)了輕微的過保護(hù)，建議調(diào)低西二線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流，以消除過保護(hù)的風(fēng)險。

[1] 杜艷霞,張國忠. 輸油泵站區(qū)域性陰極保護(hù)實施中的問題[J]. 腐蝕與防護(hù),2006,27(8):417-421.

[2] 陳航. 長輸油氣管道工藝站場的區(qū)域性陰極保護(hù)[J]. 腐蝕與防護(hù),2008,29(8):485-487.

[3] 阮景紅,劉國,王修云,等. 塔河油田油氣管線陰極保護(hù)系統(tǒng)失效原因與對策[J]. 腐蝕與防護(hù),2012,33(3):261-264.

[4] CHUANG J M,ZAMANI N G,HSIUNG C C. Some computational aspects of BEM simulation of cathodic protection systems[J]. Applied Mathematical Modeling,1987,11(5):371-379.

[5] YAN J F,PAKALAPATI S N R,NGUYEN T V,et al. Mathematical modeling of cathodic protection using the boundary element method with a nonlinear polarization curve[J]. Journal of the Electrochemical Society,1992,139(7):1932-1936.

[6] BRICHAU F,DECONINCK J. A numerical model for cathodic protection of buried pipes[J]. Corrosion,1994,50(1):39-49.

[7] RIEMER D P,ORAZEM M E. A mathematical model for the cathodic protection of tank bottoms[J]. Corrosion Science,2005,47(3):849-868.

[8] PARSA M H,ALLAHKARAM S R,GHOBADI A H. Simulation of cathodic protection potential distributions on oil well casings[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2010,72(3/4):215-219.

Analysis of Interference to Cathodic Protection of Shuanglan Pipeline Near to a Valve Station

WU Jian-wei, FANG Wei-lin, GAO Liang-ze

(PetroChina West Pipeline Company, Ulumqi 830013, China)

An impressed current cathodic protection system was built to protect the Shuanglan pipeline in a valve station. Its anode bed is close to the first and second west-east gas pipelines with a distance of less than 200 m, the tested potentials showed the existence of abnormal cathodic protection and interference. Field test of potentials was used to judge the interference. Some solution measures and suggestions of the above issues were proposed.

cathodic protection; interference; potential

2014-06-10

武建偉(1982-)，工程師，碩士，從事長輸管道陰極保護(hù)與防腐蝕檢測工作，18699110716，xbgdwjw@petrochina.com

TG174

B

1005-748X(2015)03-0286-03