長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價(jià)及策略分析

文/聶維明

目前，長輸油氣管道在大量資源運(yùn)輸工作中均有所應(yīng)用，其能夠保證資源傳輸安全性，同時(shí)有利于拓展應(yīng)用范圍，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)與工業(yè)生產(chǎn)中具有重要影響意義。但是，由于長輸油氣管道需要暴露在外部環(huán)境內(nèi)，因此可能會受到一些負(fù)面因素影響，導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)問題。本文主要針對長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，并結(jié)合實(shí)際情況探索相關(guān)處理策略，以供參考。長輸油氣管道在我國資源運(yùn)輸過程中具有重要應(yīng)用意義，因此油氣管網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃處于不斷發(fā)展擴(kuò)大狀態(tài)。但是，近年來管道安全事故不斷產(chǎn)生，導(dǎo)致此類問題的主要原因與陰極保護(hù)系統(tǒng)問題存在關(guān)聯(lián)。因此，需要基于陰極保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念，探索其應(yīng)用現(xiàn)狀，開展陰保專項(xiàng)調(diào)研分析，并結(jié)合實(shí)際需求明確需要采取的針對性策略，確保長輸油氣管道能夠得到科學(xué)保護(hù)，為后續(xù)長期、穩(wěn)定應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的定義

長輸油氣管道受限于環(huán)境條件與成本限制，所采用的保護(hù)系統(tǒng)方法主要為犧牲陽極的陰極保護(hù)方式。這一保護(hù)措施依據(jù)電化學(xué)原理進(jìn)行構(gòu)建，如日常生活中電池陽極容易出現(xiàn)腐蝕問題、陰極不易出現(xiàn)腐蝕問題，通過將金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O狀態(tài)，即可使其腐蝕概率大幅下降，延長應(yīng)用壽命并提高安全性[1]。為實(shí)現(xiàn)將金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O的目標(biāo)，長輸油氣管道需要向金屬結(jié)構(gòu)輸送電子，使其處于電子量過多的狀態(tài)。這一狀態(tài)下金屬的表面結(jié)構(gòu)會逐漸進(jìn)入負(fù)電位狀態(tài)，最終達(dá)到陰極保護(hù)目標(biāo)，有效降低腐蝕問題出現(xiàn)概率。為實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)作用，電流需要通過管道表面才能夠發(fā)揮相關(guān)效果，如圖1所示。

圖1陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

2.工程案例概況

本次案例工程為某長輸油氣管道，其包含三條主要線路，如表1所示。這些管線實(shí)際長度共42km，在完成施工進(jìn)入投運(yùn)階段后，管道逐漸產(chǎn)生腐蝕問題，為保證應(yīng)用安全性，需要采取陰極保護(hù)措施進(jìn)行處理。在管道所在區(qū)域，一共存在兩條主要合流，屬于融合補(bǔ)給類型，因此管道地下水源較為豐富。該管道所采用的保護(hù)方式主要為犧牲陽極與強(qiáng)制電流兩種，由首要站點(diǎn)、中間站點(diǎn)、末端站點(diǎn)三個(gè)部分共同組成。A管道與B管道采用統(tǒng)一保護(hù)系統(tǒng)，C管道采用單獨(dú)保護(hù)系統(tǒng)。A與B管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置兩座站點(diǎn)，共應(yīng)用四臺恒電位裝置。C管道設(shè)置三座保護(hù)系統(tǒng)，共應(yīng)用六臺恒電位裝置。該工程實(shí)際點(diǎn)位情況需要從恒電位運(yùn)行參數(shù)與管道點(diǎn)位測試保護(hù)信息角度入手進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)測試記錄能夠發(fā)現(xiàn)，各個(gè)點(diǎn)位情況大部分處于不規(guī)范狀態(tài)，證明陰極保護(hù)系統(tǒng)存在一定程度的問題，沒有發(fā)揮全面的防腐蝕效果。在管線陰極保護(hù)系統(tǒng)中，共存在152個(gè)保護(hù)樁體，陽極樁體為42個(gè)。C管線所單獨(dú)應(yīng)用的保護(hù)系統(tǒng)共存在76個(gè)保護(hù)樁體，其中陽極樁體為12個(gè)。在陰極防腐蝕設(shè)計(jì)中，陰極點(diǎn)位為-1.25V、陽極供電點(diǎn)位為-1.0V。

表1數(shù)據(jù)簡析

3.長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價(jià)及策略

3.1 長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀評價(jià)。在本案例中，長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)存在一定程度的問題。例如，其保護(hù)應(yīng)用設(shè)備存在老化問題，實(shí)際運(yùn)行效果不盡如人意，無法達(dá)到理想保護(hù)目標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用流程內(nèi)，C管道保護(hù)系統(tǒng)的首要站點(diǎn)恒電位裝置存在開關(guān)損壞的問題，無法針對電位進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，導(dǎo)致保護(hù)效果受到了負(fù)面影響。同時(shí)，末端站點(diǎn)的恒電位轉(zhuǎn)換儀器無法發(fā)揮作用，其存在基礎(chǔ)輸出，但對管道沒有產(chǎn)生效果。該管道保護(hù)系統(tǒng)的陽極電阻處于超標(biāo)狀態(tài)，導(dǎo)致陰極電流無法正常發(fā)散，嚴(yán)重干擾了犧牲陽極的實(shí)際保護(hù)效果，使部分管道受到腐蝕因素的威脅[2]。此外，管道的實(shí)際保護(hù)點(diǎn)位處于偏高情況下，一部分管道段腐蝕較為嚴(yán)重，保護(hù)點(diǎn)位嚴(yán)重偏離，無法發(fā)揮正常保護(hù)效果。根據(jù)測量能夠發(fā)現(xiàn)，壁厚減少的位置與電位較低的管道段落具有一致性特征。針對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，需要首先結(jié)合保護(hù)電位統(tǒng)計(jì)表進(jìn)行分析，計(jì)算各個(gè)管線電位的實(shí)際合格標(biāo)準(zhǔn)。通過研究可發(fā)現(xiàn)，A與B輸氣管道存在大量漏電位置，因此保護(hù)系統(tǒng)需要采取全面修復(fù)措施。C長輸油氣管道的保護(hù)電位受到了A與B的負(fù)面影響，但整體保護(hù)效果仍然存在。C管道90%保護(hù)電位數(shù)據(jù)不符合需求，但高于-0.6V的位置占比僅為0.1%，因此僅需要采取簡單修復(fù)措施即可。此外，該長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)測試樁體處于野外，受到了一定程度的毀損，容易對周邊環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因此需要及時(shí)采取有效措施處理，避免問題進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.2 長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的對策

3.2.1 結(jié)合實(shí)際情況選擇適合的保護(hù)方案。為解決陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的主要問題，應(yīng)當(dāng)采取優(yōu)選方法的措施，使相關(guān)保護(hù)效果能夠達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)，防止受到負(fù)面因素的影響。例如，在土壤電阻率較高的地段，應(yīng)當(dāng)避免采用犧牲陽極保護(hù)方案。此類措施雖然屬于常用方法類型，但其所需埋深通常為2～2.5m。在管道較長的情況下，可能會受到自然地質(zhì)特征的影響，導(dǎo)致負(fù)面問題出現(xiàn)。如本次案例長輸油氣管道建設(shè)長度為42km，在地質(zhì)影響下，一些管道的高度落差已達(dá)數(shù)十米。同時(shí)，管道地下水位存在的差異，導(dǎo)致土壤電阻率處于不均衡狀態(tài)，嚴(yán)重干擾了犧牲陽極方案的保護(hù)效果，容易導(dǎo)致管道出現(xiàn)腐蝕問題。相對于犧牲陽極方案，強(qiáng)制電流不會受到此類因素的影響，因此可以采用該措施進(jìn)行處理，將高電阻區(qū)域的管道保護(hù)方案更改為強(qiáng)制電流方案。除此之外，還需要科學(xué)設(shè)置恒電流裝置，使其能夠?yàn)榻饘袤w提供充足且連續(xù)的陰極保護(hù)電流。常規(guī)情況下，此類電流應(yīng)當(dāng)具備靈活調(diào)節(jié)的特性，使相關(guān)回路保護(hù)效果可以結(jié)合實(shí)際條件進(jìn)行處理，最大限度保障處理經(jīng)濟(jì)性。

3.2.2 部署電絕緣應(yīng)用裝置。為實(shí)現(xiàn)良好的保護(hù)效果，還可以通過安裝電絕緣裝置的方式，使陰極保護(hù)質(zhì)量能夠得到顯著提升。常規(guī)情況下，陰極保護(hù)電絕緣裝置包括法蘭、插頭、固定支墩、襯墊、支撐塊數(shù)種。在處理階段，應(yīng)當(dāng)選擇性能表現(xiàn)符合需求的絕緣裝置，使基礎(chǔ)保護(hù)距離能夠得到顯著拓展。若絕緣裝置受損，可能會導(dǎo)致兩端出現(xiàn)電流，繼而引發(fā)腐蝕問題。因此，需要盡可能降低絕緣失效的可能性。導(dǎo)致此類問題出現(xiàn)的原因可能與接頭脫落、接縫雜質(zhì)過多、雷電擊穿等。為實(shí)現(xiàn)保護(hù)目標(biāo)，可以定期針對絕緣裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，并采取有效措施進(jìn)行解決，確保陰極保護(hù)效果達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 注意金屬干擾問題。在陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用階段，其有可能會與其它金屬構(gòu)件產(chǎn)生相互影響，進(jìn)而導(dǎo)致保護(hù)效果下降甚至失效。因此，在實(shí)際應(yīng)用流程中，應(yīng)當(dāng)注意避開可能存在的金屬構(gòu)件，防止搭接問題產(chǎn)生。一旦出現(xiàn)干擾問題，即使電源處于正常情況下，相關(guān)系統(tǒng)為維持輸出電位，也會進(jìn)一步增加電流，導(dǎo)致保護(hù)距離不斷縮小。此類故障的產(chǎn)生概率較低，但排查難度高[3]。因此，需要在規(guī)劃階段采取正確處理措施，避免其產(chǎn)生負(fù)面影響，從源頭提高陰極保護(hù)效果。

3.2.4 采取額外防腐處理措施。除陰極保護(hù)措施外，管道本身也需要設(shè)置相應(yīng)防腐措施，避免僅依靠此系統(tǒng)進(jìn)行處理。通過設(shè)置科學(xué)的外層防腐方案，可以有效強(qiáng)化陰極保護(hù)效果，能夠?qū)崿F(xiàn)延長管道應(yīng)用壽命的最終目標(biāo)。在實(shí)施過程中，需要結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行規(guī)劃。例如，若管道經(jīng)過蘆葦?shù)貐^(qū)，則應(yīng)當(dāng)避免采用瀝青等容易穿透的材料作為防腐層設(shè)計(jì)，可采取環(huán)養(yǎng)粉末、3PE等防腐層。同時(shí)，地下管道的防腐蝕層應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)秀的防水表現(xiàn)。通過科學(xué)設(shè)計(jì)方式，能夠使陰極保護(hù)系統(tǒng)的效果得到顯著提升，降低出現(xiàn)失效問題的可能性，使漏電問題產(chǎn)生概率得到有效降低。此外，還需要通過定期維護(hù)等措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道腐蝕現(xiàn)象，并采取針對性方案進(jìn)行修復(fù)，防止陰極保護(hù)系統(tǒng)失效導(dǎo)致的不良問題，從根源上提高實(shí)際保護(hù)效果，為后續(xù)進(jìn)一步應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)條件。

4.結(jié)束語。

綜上所述，長輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)屬于較為關(guān)鍵的應(yīng)用方案之一。在實(shí)際實(shí)施過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況條件，應(yīng)定期開展陰保系統(tǒng)專項(xiàng)調(diào)研，對陰保效果進(jìn)行整體評價(jià)，對陰保存在問題采取針對性處理措施，使陰極保護(hù)系統(tǒng)能夠維持正常效果，避免管道出現(xiàn)腐蝕問題，為后續(xù)長久應(yīng)用提供理想環(huán)境，提高長輸油氣管道的實(shí)際應(yīng)用效果。