埋地管道陰極保護(hù)裝置失效原因分析及建議

宋劍華，余 翔

（紹興市特種設(shè)備檢測院，浙江紹興 312071）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，煤改氣的推進(jìn)，我國天然氣用量與日俱增，而天然氣的輸送主要是管道運(yùn)輸，燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)數(shù)量和范圍都有了較大的增長，其中有很大一部分管道是埋地鋼質(zhì)管道。由于管道長期埋在地下，隨著使用時(shí)間的增加，在土壤腐蝕、施工等因素影響下，因保護(hù)不到位產(chǎn)生腐蝕發(fā)生泄漏的可能性增大，如果未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會導(dǎo)致天然氣泄漏聚集后爆炸，使經(jīng)濟(jì)和社會效益遭受巨大損失。為了保護(hù)埋地鋼質(zhì)管道，當(dāng)前普遍采用外防腐層和陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)的方法，作為管道的安全防線，陰極保護(hù)顯得尤為重要。

1 基本情況概述

某天然氣公司的天然氣利用工程高壓管線項(xiàng)目于2016 年12 月投運(yùn)，該高壓管線在運(yùn)行檢查中發(fā)現(xiàn)部分陰極保護(hù)裝置電位異常現(xiàn)象。管線的基本情況如下：該高壓管線總長約6500 m，管道規(guī)格為Ф813×14.3 mm，管道材料為L415M，設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度為常溫，設(shè)計(jì)介質(zhì)為天然氣，管道敷設(shè)方式為埋地，管道防腐層材料為3PE 加強(qiáng)級，管道犧牲陽極系統(tǒng)采用鎂合金犧牲陽極。

2 試片法測量電位

管道陰極保護(hù)電位有效性的評價(jià)，主要由斷電電位負(fù)于-850 mV 且不負(fù)于-1200 mV 判斷，因此必須對管道的電位進(jìn)行正確測量，否則會造成誤判。在城鎮(zhèn)燃?xì)庵?，管道走向比較復(fù)雜，分支、管道規(guī)格較多，不能形成良好的電連續(xù)性，所以一般采用犧牲陽極陰極保護(hù)方式。測量斷電電位時(shí)，需要讓所有犧牲陽極同步通斷，這樣才能消除IR 降的影響，但是實(shí)際上所有犧牲陽極同步斷開后也會由于管道不同位置的極化程度不同，電源中斷后管道各部位之間的電流仍無法消除，也會給斷電電位測量帶來誤差。為此，可以在管道上連接試片，用試片來模擬管道上防腐層的破損點(diǎn)，用試片的斷電電位代表管道的斷電電位[1]。試片法測量消除了雜散電流等各種干擾因素的影響，可得到較為準(zhǔn)確的保護(hù)電位。

3 影響因素分析

3.1 雜散電流的影響

由于試片法是模擬管道的防腐層破損點(diǎn)，陰極保護(hù)電流的增大，會使試片的電位出現(xiàn)明顯的負(fù)向偏移。在遇到較強(qiáng)的雜散電流后，在斷電的瞬間，由于電流的不平衡性電位會出現(xiàn)一個(gè)正向的脈沖峰，該值為-600～-100 mV，如果使用該值對管道的陰極保護(hù)狀況進(jìn)行判斷，明顯是錯(cuò)誤的[2]。所以對管道的敷設(shè)環(huán)境進(jìn)行分析，該管道位置處于較為偏僻的鄉(xiāng)村，周圍干擾源較少，通過對1 號陰極保護(hù)測試樁進(jìn)行24 h 雜散電流測試（圖1、圖2），表明雜散電流對于測量的影響較小且平穩(wěn)[3]。

圖1 直流電壓24 h 測試

圖2 交流電壓24 h 測試

3.2 試片的選擇

根據(jù)試片法的電位測量原理，試片面積根據(jù)管道的防腐層類型、管道所處土壤等環(huán)境及運(yùn)行年限確定，試片面積一般為6.5～50 cm2，。如果試片面積太小，與土壤的接觸電阻和管道涂層缺陷處與土壤的接觸電阻差異過大，腐蝕特性也會不同。根據(jù)多年的檢測經(jīng)驗(yàn)，3PE 防腐層的試片面積4.0～6.0 cm2，試片的材料應(yīng)與被測管道的材料類似[4]。

4 失效原因分析

對該高壓管線的全部12 個(gè)陰極保護(hù)裝置進(jìn)行測量，測量結(jié)果見表1。

從表1 可以看出，第5 個(gè)和第11 個(gè)陰極保護(hù)裝置雖然管道的通電電位比-850 mV 更負(fù)，但斷電電位不達(dá)標(biāo)，第10 個(gè)陰極保護(hù)裝置無法得出測量數(shù)據(jù)，這3 個(gè)測點(diǎn)所在的管段處于欠保護(hù)的狀態(tài)，管道面臨腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)對該高壓管線用PCM+埋地管道外防腐層狀況檢測定位儀（GPS 和軟件）進(jìn)行防腐層狀況不開挖檢測，發(fā)現(xiàn)有8 處破損點(diǎn)，具體破損點(diǎn)見表2。

表1 陰保樁電位測量

表2 外防腐層破損點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

對該管道的8 處破損點(diǎn)都進(jìn)行了開挖驗(yàn)證并修復(fù)，其中3號破損點(diǎn)的開挖狀況及修復(fù)后情況如圖3、圖4 所示。

圖3 3 號破損點(diǎn)

其中第5 個(gè)和第11 個(gè)陰極保護(hù)裝置失效的原因是運(yùn)行中管道外防腐層產(chǎn)生破損，破損點(diǎn)未得到修復(fù)，長期存在導(dǎo)致陰極保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)，管道處于欠保護(hù)的狀態(tài)；對第10 個(gè)陰極保護(hù)裝置進(jìn)行開挖驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)該陰極保護(hù)裝置與管道的焊接線脫開，失效的主要原因是管線前期建設(shè)施工工作不到位。

5 檢查與維護(hù)建議

5.1 定期檢查測試

埋地管道運(yùn)行的環(huán)境較為復(fù)雜，為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)定期進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢查與測試，以確認(rèn)陰極保護(hù)系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。一般來講，每年應(yīng)對管道至少進(jìn)行陽極運(yùn)行和狀態(tài)、陽極保護(hù)電位、開路電位檢測、輸出電流等常規(guī)檢查和測試一次，在此基礎(chǔ)上還可以對防腐層破損、陰極保護(hù)不充分、SCC、細(xì)菌腐蝕、土壤腐蝕性等做專項(xiàng)檢查和測試，對檢查與測試所得的數(shù)據(jù)和所發(fā)現(xiàn)情況進(jìn)行分析，進(jìn)而評價(jià)腐蝕管理是否符合實(shí)際情況，指出可能存在的異常情況以及對異常情況的改進(jìn)方案和措施。

5.2 運(yùn)行維護(hù)管理

埋地管道運(yùn)行時(shí)應(yīng)對陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，具體包括：①對電源設(shè)施或設(shè)備進(jìn)行檢查，保證其完好；②對測試及監(jiān)控裝置定期檢查維護(hù)，保證其完好；③對陽極地床的接地電阻進(jìn)行定期檢測，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整相應(yīng)電源設(shè)備的輸出電壓，保證保護(hù)電流的正常輸出；④定期檢查和檢測地面上安裝的絕緣裝置，同時(shí)做好清掃工作，防止灰塵、水分等異物造成絕緣不良或短路失效等問題；⑤對日常使用的陰極保護(hù)檢測使用的儀器、儀表等按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行常規(guī)校驗(yàn)；⑥在系統(tǒng)維護(hù)中當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道陰極保護(hù)不充分時(shí)，應(yīng)立即展開調(diào)查，查明保護(hù)失效的原因，采取措施排除故障；⑦對陰極保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)檢查與測試活動的結(jié)果都應(yīng)有記錄、有評價(jià)，作為將來驗(yàn)證陰極保護(hù)系統(tǒng)有效性的基礎(chǔ)。