關(guān)于長慶氣田陰極保護(hù)智能樁報(bào)警率過高的幾點(diǎn)思考

毛 麗，黃 志，劉 曼，孫銀娟，高 耘

長慶工程設(shè)計(jì)有限公司，陜西西安 710018

1 智能樁應(yīng)用存在的問題

2022 年10 月，長慶氣田智能陰極保護(hù)系統(tǒng)平臺（見圖1）上線試運(yùn)行，各采氣單位已將549 套智能陰保測試樁有關(guān)數(shù)據(jù)接入平臺。目前管道保護(hù)電位正常的智能樁為314 個(gè)，整體正常率僅57%，異常智能樁235 個(gè)，其中欠保護(hù)220 個(gè)，過保護(hù)8個(gè)，掉線7 個(gè)，整體不合格率達(dá)到43%，欠保護(hù)率高達(dá)40%，見表1。目前報(bào)警頻繁，報(bào)警率超高，導(dǎo)致平臺整體使用率較低。

圖1 長慶氣田管道智能陰極保護(hù)管理平臺

表1 長慶氣田智能測試樁使用統(tǒng)計(jì)

2 智能樁報(bào)警率過高的影響因素

在使用中發(fā)現(xiàn)，智能測試樁不僅報(bào)警率過高，而且測得的自然電位普遍在-0.82～-0.75 V 之間，嚴(yán)重偏離實(shí)際自然電位，針對智能樁目前存在的問題，經(jīng)過初步調(diào)查和研究，對以下影響因素進(jìn)行了分析[1-6]。

2.1 通電電位控制法的影響

判斷管道陰極保護(hù)是否保護(hù)充分，依據(jù)的是管道的斷電電位。通常采用恒電位儀同步中斷法，其測量過程中，需要同時(shí)中斷與所測管道相關(guān)的所有有關(guān)電源。長慶氣田管網(wǎng)縱橫，為節(jié)省投資和管理費(fèi)用，站外管道通過跨接方式形成區(qū)域陰保的模式，區(qū)域內(nèi)陰極保護(hù)的相互關(guān)聯(lián)性導(dǎo)致牽一發(fā)而動全身，根本無法做到同步中斷所有恒電位儀，因此采用斷電電位控制成為不可能，實(shí)際管理中普遍采用通電電位-1.15～-0.85 V 控制法，除去IR（I 為電流、R 為電阻）降后，極大可能導(dǎo)致欠保護(hù)，造成智能樁報(bào)警[7]。

2.2 高含氧量和高土壤電阻率的影響

影響腐蝕有兩個(gè)重要因素，即土壤電阻率以及氧的擴(kuò)散和滲透。土壤電阻率是表征土壤導(dǎo)電性的指標(biāo)，常用作判斷土壤腐蝕性的標(biāo)準(zhǔn)。對于長慶氣田所轄的靖邊氣田及蘇里格氣田，經(jīng)現(xiàn)場測試表明，靖邊氣田土壤電阻率多數(shù)集中在100～200 Ω，蘇里格氣田則集中在200～500 Ω。氧作為一種去極化劑，含氧量越高，管道表面越難以極化，極化電位越正。長慶氣田所處區(qū)域大多為砂質(zhì)土壤，透氣性強(qiáng)，含氧量高，極化困難。同時(shí)，由于土質(zhì)疏松，管道與土壤的有效接觸面積變小，流入管道表面的電流減少，保護(hù)電流密度變大，恒電位儀輸出電流偏高，IR 降中的I 必然變大。因此長慶氣田在I 和R 雙高的情況下，IR 降問題格外突出，比如蘇里格氣田桃2-4 站IR 降甚至高達(dá)0.5 V 左右。而長慶氣田統(tǒng)一將最高保護(hù)電位控制在-1.15 V，除去如此高的IR 降后，OFF 斷電電位很難到達(dá)陰極保護(hù)判斷標(biāo)準(zhǔn)（-0.85 V），因此造成智能測試樁欠保護(hù)報(bào)警。

2.3 試片斷電電位讀取時(shí)刻的影響

獲得準(zhǔn)確的斷電電位，對于評價(jià)管道的陰極保護(hù)是否滿足規(guī)范要求至關(guān)重要。斷電電位的確定，與電位采集頻率、測試儀表、測試人員的經(jīng)驗(yàn)等息息相關(guān)，對于一條達(dá)標(biāo)的陰極保護(hù)管道，采用不同的儀表或由不同人員進(jìn)行測量，甚至可以得出完全相反的結(jié)論。

GB/T 21448—2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中斷電電位定義為“為測試無IR 降電位，在回路電流中斷短時(shí)間延遲后瞬間所測的電位”。那么到底哪個(gè)瞬間才對應(yīng)真正的斷電電位，目前防腐界對斷電電位的定義、測量方法、讀取頻率并無統(tǒng)一的定義和方法。

NACE TM 0497：2022《埋地或水下金屬管道系統(tǒng)陰極保護(hù)準(zhǔn)則的測量技術(shù)》規(guī)定斷電電位測量時(shí)間以0.5～3 s 為宜。GB/T 21246—2020《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》規(guī)定“應(yīng)使用脈沖示波器或高速記錄儀進(jìn)行測量，核實(shí)影響大小和持續(xù)時(shí)間”“讀取平緩的斷電電位，同時(shí)應(yīng)避免過度去極化”。李自力[8]等認(rèn)為采用試片斷電法測量埋地管道的斷電電位時(shí)，斷電電位應(yīng)在50～100 ms之間讀取，國內(nèi)其他研究人員也建議將試片斷電后50 ms 或100 ms 作為斷電電位的讀取時(shí)刻。目前智能測試樁不確定是否采用高速數(shù)據(jù)記錄儀，也幾乎不會有人去核實(shí)影響大小和持續(xù)時(shí)間，其OFF 斷電電位的讀取時(shí)刻一般統(tǒng)一設(shè)置為300 ms，這極有可能過度去極化，造成智能樁讀取的OFF斷電電位比實(shí)際OFF 斷電電位偏正，從而造成智能樁因欠保護(hù)而報(bào)警。

2.4 測試試片的影響

智能樁采用裸露的鋼試片模擬管道防腐層破損點(diǎn)，通過測試樁引線與管道相連。其電位代表的是在相同土壤環(huán)境下，管道上與試片面積相同的防腐層破損點(diǎn)處的管道電位。如果試片的斷電電位能夠滿足陰極保護(hù)準(zhǔn)則要求，那么管道上小于試片面積的防腐層漏點(diǎn)也能得到有效保護(hù)[9]。但實(shí)際應(yīng)用中，智能樁試片斷電法的使用和極化電位的測試還存在很多不確定的影響因素，例如試片材質(zhì)、形狀、規(guī)格及埋設(shè)環(huán)境等[10]。

1）試片材質(zhì)的影響。電極電位是指金屬離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液后，在金屬表面形成雙電層時(shí)的電極特性。電極電位和金屬的本性和介質(zhì)特性有關(guān)，每一種金屬都有自己的電極電位。長慶氣田管道根據(jù)工藝需要，多選用L245N、L245NS、L360 等不同材質(zhì)的管道，而目前氣田安裝的智能測試樁，基本上統(tǒng)一選用了A3 材質(zhì)的試片，且打磨光滑，不管是材質(zhì)元素含量、金相組織還是表面粗糙度等，只與實(shí)際管道相近而不完全相同，必然造成電極電位產(chǎn)生一定差異，其具體影響程度還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

2）試片面積的影響。試片面積將影響試片表面的電流密度。試片面積越大，表面電流密度越小，試片極化程度越低，極化電位越正。SY/T 0029—2012《埋地鋼質(zhì)檢查片應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“單個(gè)陰極保護(hù)電位檢查片裸露面積尺寸應(yīng)與調(diào)查區(qū)域中可能產(chǎn)生的防腐層最大缺陷接近，裸露面積宜為6.5～100 cm2，三層PE 防腐層管道宜取下限，對裸露和防腐層較差的管道宜取上限”。實(shí)際上，管道防腐層最大漏點(diǎn)的面積很難確定；而且采用大面積試片進(jìn)行評價(jià)也過于保守，經(jīng)濟(jì)上不可行。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，試片大小的選擇應(yīng)考慮管道防腐層實(shí)際漏點(diǎn)面積大小，選取試驗(yàn)段開展防腐層破損點(diǎn)面積評價(jià)，統(tǒng)計(jì)不同面積防腐層漏點(diǎn)所占比率，選擇占比最大的破損點(diǎn)面積作為適合管道測試試片的面積。針對環(huán)氧粉末和3LPE防腐管道，可以選擇不同面積的試片。

3）形狀對試片極化電位的影響。由于邊緣效應(yīng)，試片周圍的電流密度較中心位置更大，極化電位會更負(fù)。數(shù)據(jù)采集器和參比電極無法采集到試片各個(gè)點(diǎn)的電位，只能采集到整個(gè)試片的混合電位。現(xiàn)場試驗(yàn)表明，在相同環(huán)境條件下，30 cm2試片比6.5 cm2試片電極電位可以偏正0.2 V左右，因此試片的形狀和采集位置也可能造成測試電位的一定偏差。

4）埋設(shè)位置的影響。試片埋設(shè)深度不同造成土壤含氧量及土壤疏松程度差異而導(dǎo)致電極電位不同，埋深較深的試片較埋深較淺的試片的極化電位應(yīng)偏負(fù)，但差別不會太大；當(dāng)試片與管道或試片與試片之間距離過近時(shí)，因陽極和陰極電壓場的影響，也可能使測試數(shù)據(jù)偏正或偏負(fù)。

3 結(jié)束語

長慶油田近年來逐步實(shí)施智能測試樁評價(jià)埋地管道陰極保護(hù)的有效性，目前在智能樁應(yīng)用中還存在一些問題，后期需結(jié)合氣田自然條件、工況，進(jìn)一步開展科學(xué)研究，以期使存在的問題得到根本解決。