長輸管道陰極保護技術與故障解決措施

楊 志

（大慶油田工程建設有限公司，黑龍江 大慶 163000）

1 陰極保護的原理

陰極保護技術是目前我國應用較為廣泛的金屬管線防腐技術，通過在管道上安裝電位負值更高的金屬或合成材料，讓其成為管線的陽極，讓管道出現(xiàn)陰極極化的現(xiàn)象，從而極大減輕了管道的腐蝕速速率[1]。

1.1 犧牲陽極法陰極保護技術

管線長期處于土壤電解質(zhì)環(huán)境中，容易受到電腐蝕的作用，犧牲陽極的方法可以讓受保護的管線電極電位高于犧牲陽極，當犧牲陽極技術成功連接以后，會優(yōu)先將腐蝕溶解，釋放出的電子會在被保護管線的表面逐步發(fā)生陰極還原反應，極大的減緩了陽極溶解的速度，從而達到減緩管線腐蝕速度的重要作用。

1.2 外加電流法陰極保護技術

外加電流陰極保護需要外設電源，并依托外置電源向被保護的管線施加陰極的電流，增加表面上還原反應所需的電子含量，達成抑制管線腐蝕的過程。

2 陰極保護技術故障分析

2.1 恒電位儀的故障

恒電位儀故障是陰極保護最為常見的故障之一，根據(jù)故障發(fā)生位置大體可以分為恒電位儀內(nèi)部故障以及恒電位儀外部故障兩類。多數(shù)的恒電位儀故障在處理相對簡單，多數(shù)具有一定工作經(jīng)驗的管道保護工可以根據(jù)工作經(jīng)驗妥善的處理簡單的恒電位儀故障。如果遇到相對復雜的故障是，可以向廠家及上級單位匯報故障原因，由廠家指派工程技術人員協(xié)同解決，在發(fā)生無法修復的硬件故障時，可以通過更換相應配件的方式解決[2]。

2.2 電纜、參比和陽極的故障

電纜、參比及陽極故障發(fā)生概率在總故障比例中也相對較較高，僅僅地域恒電位儀故障。

2.2.1 電纜故障

再常見的外加電流陰極保護系統(tǒng)中共需要安裝4根電纜，分別為陽極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜、參比電纜四種。四種電纜一旦發(fā)生了斷裂等故障，均造成恒電位儀設備無法自動運行，陽極電纜和陰極電纜短路會造成恒電位儀無法輸出以及電纜錯位等嚴重問題，不僅對管線防腐造成影響，還可能起到加速管線腐蝕的反作用[3]。

2.2.2 參比電極故障

參比電極是恒電位儀器自控系統(tǒng)中重要的基準電極，參比電極在發(fā)生故障后，會造成恒電位儀無法正常運行，導致陰極保護防腐措施失效，甚至加速管線腐蝕。造成參比電極故障的主要原因一般為流空、冰凍或接觸不良。

2.2.3 陽極故障

在陰極保護裝置運行過程中，如果出現(xiàn)無原因的恒電位一輸出電壓攀升，陽極接地電阻值不斷提高的現(xiàn)象，可以認定為陽極故障。其中，造成陽極接地電阻增大的原因主要有如下幾種，其一，管線在敷設時，下埋深度較低不能滿足陰極保護的敷設深度，在進入冬季后，在凍土的作用下，接地電阻值上升；其二，施工不合理，或施工流程錯誤，導致氣阻現(xiàn)象的加劇也會導致陽極接地電阻增大；其三，陽極表面的腐蝕產(chǎn)物導致電流障礙。對此類故障的判斷難度不高，但需要建立周密完善的巡查制度才可以確保故障及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。

2.3 絕緣法蘭故障

絕緣法蘭故障發(fā)生概率較低，目前可以查詢到的絕緣法蘭故障案例極少，可以認定絕緣法蘭故障時造成陰極保護系統(tǒng)是失效故障中，發(fā)生概率最低的。絕緣法蘭的故障診斷十分復雜，需要采用排查法對故障現(xiàn)象繼續(xù)逐一的排查核對，才可以最終確認法蘭失效。

2.4 防腐覆蓋故障

防腐覆蓋層的故障認定一般是通過對兩座保護站之間管線覆蓋層的電阻值進行測量比較分析得來的，當兩座陰極保站之間的管線絕緣層電阻值于覆蓋層電阻值之間的差值達到臨界值后，兩座陰極保護站提供的保護電流均已不能滿足最小保護電位的標準，防腐覆蓋層的防腐能力會出現(xiàn)失效，可以認定為防腐層故障。

造成防腐覆蓋層故障失效的原因較多，但發(fā)生概率較高的主要有兩種，其一，是防腐覆蓋層使用時間較長，已經(jīng)出現(xiàn)了大面積老化的現(xiàn)象，整體的絕緣電阻率下降；其二，長期忽視對管線防腐覆蓋層的巡視管理，不能及時發(fā)現(xiàn)和處理具備破算，導致破碎位置積少成多，最終造成防腐失效。

根據(jù)防腐覆蓋層的故障特點以及發(fā)生原因，防腐覆蓋層多發(fā)生于投產(chǎn)時間較長，或出現(xiàn)明顯老化趨勢的管線上，對此類故障判斷應由工程技術人員或委派專業(yè)的測試隊伍進行排查檢測。

2.5 外交部、直流電干擾

長輸管線敷設距離較長，管線布局復雜，存在大量的管線重疊以及交匯點，管線于管線之間存在的交流以及直流干擾源無法準確的核查掌握，導致管線之間存在交流以及直流的相互干擾。管線直接直流干擾較為嚴重時，會對陰極保護系統(tǒng)功能帶來極大干擾與影響。

在受到嚴重直流雜散干擾的管線區(qū)域，陰極保護系統(tǒng)在直流電流的干擾下會逐步喪失防腐的功能，恒電位儀在強直流干擾下幾乎無法做到自動運行，需要根據(jù)實際的干擾情況，采用相應的排流措施，才可以恢復陰極保護系統(tǒng)的防腐功能。

2.6 埋地管道與其他金屬搭接

在陰極保護系統(tǒng)處于正常的運轉狀態(tài)下，如果在管線的電流輸入位置的電位下，輸出電流增大直至全輸出，但保護距離確出現(xiàn)了縮短的現(xiàn)象，此時可以認定為，地下管線防腐外層出現(xiàn)皮損，管線裸漏并于其他管線或金屬體發(fā)生搭接。

2.7 外部工程引起的故障

外部工程是指陰極保護系統(tǒng)之外的施工、改造工程等,東北管道中絕大部分外部工程引起的故障來自本單位的生產(chǎn)設施技術改造工程。陰極保護雖然在管道企業(yè)中發(fā)揮著很重要的作用,但只占很小的比例。因此在輸油站生產(chǎn)設施技術改造過程中,均以技術改造為重,人為地造成了許多技術改造影響陰極保護系統(tǒng)正常運行的事件。