慶陽(yáng)支線管道腐蝕控制研究與參數(shù)測(cè)量分析

屈　銳，馬宏宇，文　立，安　順

（1.中國(guó)石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718000；2.中國(guó)石油管道公司沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心，遼寧沈陽(yáng)110000）

慶陽(yáng)支線管道腐蝕控制研究與參數(shù)測(cè)量分析

屈銳*1，馬宏宇1，文立2，安順1

（1.中國(guó)石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718000；2.中國(guó)石油管道公司沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心，遼寧沈陽(yáng)110000）

長(zhǎng)輸管道的腐蝕控制是否合理有效直接關(guān)乎管道的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)壽命。從管道腐蝕與控制的機(jī)理入手，對(duì)管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則及相關(guān)參數(shù)測(cè)量方法進(jìn)行深入分析，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)近幾年慶陽(yáng)支線所測(cè)陰極保護(hù)電位參數(shù)趨勢(shì)圖綜合比對(duì)，查找陰極保護(hù)異常管段，并對(duì)異常管段進(jìn)行多次復(fù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)工作，查出問(wèn)題根本所在。并分析總結(jié)了目前各輸油氣分公司在管道斷電電位測(cè)量、評(píng)價(jià)管道陰極保護(hù)有效性方面的局限性以及陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量分析時(shí)應(yīng)注意的評(píng)價(jià)誤區(qū)，為其他分公司及站隊(duì)開展管道腐蝕控制研究與參數(shù)測(cè)量分析提供參考與指導(dǎo)。

長(zhǎng)輸管道；慶陽(yáng)支線；腐蝕控制；參數(shù)測(cè)量；分析

隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)，承擔(dān)油氣運(yùn)輸任務(wù)主力軍的管道行業(yè)得到快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)降本增效，提高管道投用效率，建設(shè)期間優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、采用焊接新工藝和防腐新材料已被廣泛采用，但是，如何延長(zhǎng)管道運(yùn)行壽命，其腐蝕控制系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用[1]。目前，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題，展開了豐富的研究[2]。以腐蝕控制理論標(biāo)準(zhǔn)入手，并結(jié)合蘭鄭長(zhǎng)成品油管道慶陽(yáng)支線實(shí)際防腐參數(shù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，找出陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題和解決辦法。

1　腐蝕與控制機(jī)理

油氣管道外腐蝕控制系統(tǒng)由防腐層和陰極保護(hù)系統(tǒng)組成。防腐層是控制管道腐蝕的第一道防線，然而管道在建設(shè)施工及運(yùn)行過(guò)程中，防腐層不可避免地會(huì)因外力出現(xiàn)一些漏點(diǎn)，導(dǎo)致管體與腐蝕性環(huán)境接觸，形成腐蝕原電池回路而受到腐蝕威脅。陰極保護(hù)系統(tǒng)則為這些漏點(diǎn)處管體提供電流保護(hù)，防止管道發(fā)生腐蝕，是管道腐蝕控制的第二道防線[3-5]。陰極保護(hù)技術(shù)通過(guò)向管道表面提供陰極電流，使管/地電位發(fā)生負(fù)向極化，從而控制管道表面腐蝕[6]。陰極保護(hù)方法包括強(qiáng)制電流法和犧牲陽(yáng)極法，2種方法原理相同，只是陰極保護(hù)電流來(lái)源不同：犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)電流來(lái)自陽(yáng)極體；強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)電流來(lái)源于直流電源，國(guó)內(nèi)通常為恒電位儀，國(guó)外則通常采用整流器。2種陰極保護(hù)方法中，通常以強(qiáng)制電流保護(hù)為主[7]。

2　陰極保護(hù)準(zhǔn)則

在陰極保護(hù)過(guò)程中，評(píng)價(jià)長(zhǎng)輸管道是否達(dá)到有效保護(hù)的主要指標(biāo)公認(rèn)為管道瞬時(shí)斷電電位負(fù)于-850 mV（CSE）正于-1200mV（CSE）或管道陰極極化電位與自然電位差值滿足-100mV的負(fù)向極化準(zhǔn)則[2]。但是，在實(shí)際工況中，油氣管道不免受到運(yùn)行介質(zhì)溫度、外部動(dòng)態(tài)直流干擾、交流干擾等影響，使我國(guó)現(xiàn)有陰極保護(hù)準(zhǔn)則并不能完全滿足油氣管道生產(chǎn)需求，進(jìn)而可能導(dǎo)致管道產(chǎn)生欠/過(guò)保護(hù)問(wèn)題，相對(duì)于采用3PE進(jìn)行管道外防腐，過(guò)保護(hù)相比于欠保護(hù)危害較大，當(dāng)過(guò)保護(hù)時(shí)，3PE管道極易產(chǎn)生剝離，導(dǎo)致剝離面產(chǎn)生電流屏蔽，會(huì)造成管道嚴(yán)重腐蝕[1]。因此，開展高運(yùn)行溫度管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則研究、通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)準(zhǔn)則完善我國(guó)現(xiàn)有陰極保護(hù)準(zhǔn)則和建立交流干擾下的管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則等來(lái)完善油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)還有許多鉆研空間。

3　陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量

目前，由于國(guó)內(nèi)還未研發(fā)出具備通/斷電電位自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)采集功能的陰極保護(hù)裝備，因此，陰極保護(hù)主要采取通電控制、斷電保護(hù)的方式進(jìn)行日常管理。為評(píng)價(jià)所測(cè)管段的腐蝕現(xiàn)狀，管道公司需由具備相應(yīng)資質(zhì)和設(shè)備的專業(yè)公司定期開展全段管道斷電電位的測(cè)量工作才能完成。獲得斷電電位有3種方法：（1）在管道斷開犧牲陽(yáng)極的情況下，采用GPS衛(wèi)星同步中斷器實(shí)現(xiàn)被測(cè)管段上所有恒電位儀瞬時(shí)同步斷電的方法來(lái)測(cè)量，但在測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮管道均壓線的影響和排除被測(cè)管段雜散電流的干擾；（2）埋設(shè)特定面積的試片，使之充分極化后，測(cè)得斷開試片與管道連接的瞬間電位，以獲得無(wú)IR降的斷電電位[3]；（3）采用與試片法原理相同的極化探頭法進(jìn)行斷電電位測(cè)量。

4　慶陽(yáng)支線陰極保護(hù)系統(tǒng)問(wèn)題分析

蘭鄭長(zhǎng)成品油管道慶陽(yáng)支線于2008年始建，2010年10月投產(chǎn)運(yùn)行至今，設(shè)計(jì)壓力9MPa，全長(zhǎng)220km，全段采用3PE外防腐層，共設(shè)兩座恒電位儀陰極保護(hù)站，分別位于出站下游36km處（39#～40#）的1#閥室和115km處（122#～123#）的5#閥室，除出站處設(shè)有絕緣接頭外，全段管道未安裝其他絕緣接頭。

為了對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題有一個(gè)較為直觀了解，篩選了3組近兩年來(lái)由站隊(duì)測(cè)試的具有代表性的管道通電點(diǎn)電位趨勢(shì)圖進(jìn)行比對(duì)，如圖1所示。

圖1　電位趨勢(shì)圖

其中，2014年3月以前，管道恒電位儀給定電位均為1158mV，所測(cè)通電電位主要位于1200～1500mV，電位曲線較平穩(wěn)；2014年3月，恒電位儀給定電位按要求進(jìn)行調(diào)整為1400mV，之后測(cè)得通電電位明顯得到提升，主要位于1350～1700mV，至2015年1月電位曲線依舊較平穩(wěn)；但是，在2015年1月以后，管道出站至1#閥室陰極保護(hù)站之間電位曲線明顯異于先前，1#閥室下游通電電位較為平穩(wěn)，主要位于1350～1750mV。

按照陰保代維計(jì)劃安排，在二、三季度分別對(duì)管道陰極保護(hù)參數(shù)進(jìn)行了3次全線測(cè)試，二、三季度平均斷電電位如圖2所示。

發(fā)現(xiàn)出站至1#閥室部分管段陰極保護(hù)斷電電位偏低，與自然電位差值不滿足-100mV的負(fù)向極化準(zhǔn)則，因此存在欠保護(hù)問(wèn)題，而緊靠5#閥室下游部分管段斷電電位超過(guò)-1200mV，最高為-1295mV，存在過(guò)保護(hù)問(wèn)題。

4.1出站至1#閥室陰極保護(hù)數(shù)據(jù)測(cè)量與分析

為排除恒電位儀影響的因素，對(duì)恒電位儀系統(tǒng)及外部接線進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，1#閥室恒電位儀系統(tǒng)正常，外部接線正常，并通過(guò)測(cè)量，恒電位儀長(zhǎng)效參比有效與標(biāo)準(zhǔn)參比差值為26mV，陽(yáng)極接地電阻為1.76Ω。通過(guò)檢測(cè)，排除了恒電位儀系統(tǒng)運(yùn)行不正常導(dǎo)致電位偏低的因素。

4.1.1管道電位原始數(shù)據(jù)測(cè)量

閥室恒電位儀控制電位為1400mV，保護(hù)電位為1400mV，輸出電壓4.5V，輸出電流2.2A。在此條件下測(cè)得的陰極保護(hù)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

4.1.2調(diào)整后管道電位數(shù)據(jù)測(cè)量

對(duì)1#閥室恒電位儀閥室恒電位儀控制電位調(diào)整為2000mV，保護(hù)電位為2000mV，調(diào)整后，輸出電壓9.3V，輸出電流4.1A。在此條件下測(cè)得的陰極保護(hù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖2　斷電電位圖

表1　陰極保護(hù)數(shù)據(jù)

表2　陰極保護(hù)數(shù)據(jù)

由以上2個(gè)表格對(duì)比可以看出，恒電位儀控制電位由1400mV調(diào)至2000mV，恒電位儀輸出電流由2.2A提高至4.1A，增大了1.9A，管道斷電電位均也有一定程度的提高，但是提高效果不明顯。

對(duì)上述采用試片法測(cè)得的斷電電位與恒電位儀同步中斷法測(cè)得數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象，通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料得到了依據(jù)：特定大小電極面積的試片無(wú)法適用于所有條件下的測(cè)量，試片面積需根據(jù)管道涂層類型、涂層狀況及測(cè)量點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整[8-10]。因此，上述情況這可能是因?yàn)樵嚻瑯O化需要的電流小，所以電位得到了提升；管道極化需要的電流大，所以沒(méi)有得到足夠的電流，即管道線路存在比試片面積大很多的漏點(diǎn)。為排查問(wèn)題發(fā)生的原因，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，考慮到管道線路目前不具備進(jìn)行大面積開挖驗(yàn)證的條件，決定首先對(duì)易發(fā)生防腐層損壞的閥室內(nèi)埋地截?cái)嚅y及三通進(jìn)行詳細(xì)排查。

4.21#閥室數(shù)據(jù)測(cè)量及分析

在保證恒電位儀與先前運(yùn)行條件一致的情況下（保護(hù)電位為1400mV）進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3　1#閥室數(shù)據(jù)

由表3數(shù)據(jù)可以看出，進(jìn)出站三通和主閥位置陰保電流流失，電位偏低。

為驗(yàn)證上述結(jié)論，使用PCM+設(shè)備，設(shè)置了5種實(shí)驗(yàn)條件對(duì)1#閥室漏電情況進(jìn)行復(fù)測(cè)(1#閥室位于39#和40#樁之間)，若PCM+發(fā)射點(diǎn)兩側(cè)均無(wú)大的漏點(diǎn)，根據(jù)并聯(lián)線路分流作用，發(fā)射在管道上的電流應(yīng)該在發(fā)射點(diǎn)（閥室）兩側(cè)各為二分之一。

實(shí)驗(yàn)一：PCM+發(fā)射機(jī)正極接管道，負(fù)極接恒電位儀陽(yáng)極，調(diào)節(jié)到輸出為2A的發(fā)射電流，閥室上游80m處接收電流為900mA，39#樁（閥室上游第一個(gè)樁）415mA，36#樁（閥室上游3km處接收）505mA；閥室下游150m處接收電流僅為400mA。

實(shí)驗(yàn)二：PCM+發(fā)射機(jī)正極接管道，負(fù)極接恒電位儀機(jī)殼接地，調(diào)節(jié)到輸出為2A的發(fā)射電流，測(cè)得閥室上游20m處（圍墻外）接收電流為137mA，閥室下游5m處接收121mA。

實(shí)驗(yàn)三：PCM+發(fā)射機(jī)正極接管道，負(fù)極接恒電位儀機(jī)殼接地，調(diào)節(jié)到輸出為600mA的發(fā)射電流，則測(cè)得閥室上游20m處（圍墻外）接收電流為80mA，閥室下游5m處接收75mA。

實(shí)驗(yàn)四：以閥室下游40#測(cè)試樁作為PCM+電流發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射電流270mA，閥室上游20m接收電流20mA，閥室下游5m接收電流120mA。

實(shí)驗(yàn)五：PCM+發(fā)射機(jī)正極接管道，負(fù)極接恒電位儀機(jī)殼接地，調(diào)節(jié)到輸出為600mA的發(fā)射電流，閥室內(nèi)主閥和三通A字架DB值指示情況如圖3所示。

圖3　DB值

由以上試驗(yàn)可以得出：（1）1#閥室存在嚴(yán)重的漏電情況，即1#閥室主閥三通防腐層破損嚴(yán)重或存在異常接地搭接；（2）當(dāng)使用接地作為接地極時(shí)電流漏失比使用陽(yáng)極作接地極時(shí)電流漏失嚴(yán)重。

5　結(jié)論

（1）一般情況下，試片由基層單位的上級(jí)統(tǒng)一制作并配發(fā)，未考慮實(shí)際管道涂層狀況等一些實(shí)際影響因素，所測(cè)管道斷電電位位于自然電位和通電電位之間，可能與管道真實(shí)保護(hù)電位存在偏差，因此直接將其作為管道腐蝕控制狀況的決定性依據(jù)存在一定的局限性。

（2）慶陽(yáng)支線管道1#閥室內(nèi)部存在明顯的陰保電流流失，需要進(jìn)一步開展驗(yàn)證工作，找出異常點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的修復(fù)措施。修復(fù)完畢后，需再次進(jìn)行出站至1#閥室之間的保護(hù)電位測(cè)試與防腐有效性評(píng)價(jià)工作。

（3）過(guò)保護(hù)對(duì)3PE管道腐蝕控制危害較大，目前緊靠5#閥室下游部分測(cè)試樁存在過(guò)保護(hù)問(wèn)題，不排除出站至1#閥室之間是由于2014年恒電位儀給定電位調(diào)整后導(dǎo)致控制電位過(guò)高，造成過(guò)保護(hù)，使防腐層損壞引起的。

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TE83

A

1004-5716(2016)11-0068-04

2015-12-18

2015-12-18

屈銳（1984-），男（漢族），陜西漢中人，工程師，現(xiàn)從事管道管理及陰極保護(hù)工作。