刍议油气管道阴极保护技术现状

摘要：油气管道外腐蚀控制系统由防腐层和阴极保护系统组成。防腐层是控制管道腐蚀的第一道防线，然而管道在建设施工及运行过程中，防腐层不可避免地会因机械碰撞或土壤应力出现一些漏点，导致管体与腐蚀性环境接触而受到腐蚀威胁。阴极保护系统则为这些漏点处管体提供附加保护，防止管道发生腐蚀，是管道腐蚀控制的第二道防线。介绍了我国广泛使用的阴极保护准则及其不足，当前使用的阴极保护计算方法、阴极保护数值模拟技术的发展方向，目前阴极保护的装备情况及其不足。

关键词：油气管道;阴极保护;准则

1技术现状

1.1 阴极保护准则

阴极保护准则是阴极保护的核心技术指标，是管道阴极保护状态的评判标准，指导阴极保护设计和运行。GB/T 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》明确阴极保护电位指管/地界面极化电位（管/地断电电位）是阴极保护准则的评判指标，并规定一般情况下使用的两个主要判据：①管道阴极保护电位应负于-850 mV（CSE），但应正于-1 200 mV（CSE）;②当上述准则难以达到时，可采用管道阴极极化电位差或去极化电位差大于100 mV 作为判据。虽然上述准则已经广泛应用于油气管道阴极保护的建设与运行，但尚存以下不足：

（1）阴极保护准则适用温度。GB/T 21448-2008非等效采用了ISO 15589-1《石油天然气工业管道输送系统阴极保护第1 部分：陆上管道》。ISO 15589-1 中明确指出当管道运行温度高于40 ℃时，上述准则不能为管道提供充分保护。GB 21448-2008 也指出在高温等特殊条件下，阴极保护可能无效或部分无效。我国原油管道加热站及输气管道压缩机站出站段管道运行温度常常高于40 ℃，故现有准则不满足高温段油气管道生产运行要求，应开展高运行温度管道阴极保护准则研究。

（2）存在动态直流干扰时阴极保护准则。随着我国经济的发展，油气管道受到的直流干扰越来越严重，多数直流干扰都会造成管道的电位波动，而这种电位波动会造成在部分时间内管道电位偏离准则。现行的SY/T 0017-2006《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》没有明确规定允许管道电位偏离准则的程度与时长，造成现有准则无法有效指导动态直流干扰下阴极保护系统的运行管理。而在这方面，澳大利亚标准AS 2832.2《金属的阴极保护第2 部分：密集埋地结构》给出了明确规定。因此，可通过引进国外先进准则完善我国现有阴极保护准则。

（3）交流干扰下的阴极保护准则。交流干扰下，经典的阴极保护-850 mV（CSE）准则不再适用。此时，被保护金属处于“加速腐蚀-自然腐蚀-阻碍腐蚀”的周期性状态，因而降低了阴极保护水平，使被保护金属发生明显腐蚀。但至今国内外都未能提出交流干扰下有效的阴极保护准则。因此，有必要通过交流干扰腐蚀机理研究，建立交流干扰下的管道阴极保护准则。

1.2 阴极保护计算

阴极保护计算是阴极保护的核心技术，用于构建阴极保护系统的理论模型，指导阴极保护设计和运行;其核心在于计算阴极保护电流、电位在管道表面及周围电解质中的分布。我国目前广泛应用的阴极保护计算方法来源于GB/T 21448-2008。近几年逐渐兴起的数值模拟技术为阴极保护计算提供了新的途径，其通过建立管道、阴极保护系统及周围土壤的数值模型，结合管/地极化曲线，利用有限元或边界元方法求解电场方程，计算管道表面极化电位及管道周围电场分布。理论上，利用数值模拟技术可以进行任意复杂金属结构阴极保护的计算，而且可以计算出金属结构的极化电位（断电电位）及周围电场分布，即金属结构的通电及断电电位。虽然目前因缺乏可靠的管/地极化曲线，尚不能准确计算管道极化电位（断电电位）和通电电位，但完全可以实现定性或半定量分析。目前，国外已利用此技术进行潜水艇及海洋平台等复杂结构阴极保护的辅助设计。

1.3 阴极保护装备

阴极保护装备组成阴极保护系统，主要包括阴极保护电源系统和测量系统，前者由电源和阳极地床组成，其中电源是核心装备;后者由沿线测试桩、测量仪表及参比电极组成。

国内阴极保护电源采用恒电位仪，国外阴极保护电源大多采用整流器。虽然两者在功能上有所差别，但技术水平大体相当。阴极保护测量系统主要由电位测试桩、万用表及参比电极组成。现有装备只能实现阴极保护通电电位的测量，而不能进行阴极保护断电电位测量。由于阴极保护准则中的评判指标是管道断电电位，而日常管理中测量和控制的是管道通电电位，因此，目前阴极保护装备不能满足阴极保护准则对管道运行管理的要求。

当前，阴极保护参数自动测量技术已经实现管道电位及交流电压的测量和传输。该技术降低了一线员工劳动强度，提高了电位数据可靠性，增加了数据量，实现了阴极保护系统的定时监测。通过测量和记录管道沿线电位，不仅可以实现对管道交直流干扰的监测，而且基于管道沿线电位分布及变化的分析还可以了解沿线干扰源分布及管道防腐层状况。虽然目前只能进行通电电位测量，但推广自动测量技术是阴极保护及交直流干扰控制的必然要求。

近些年，从国外引进的电流同步中断电位测量技术实现了阴极保护通电及断电电位测量，其由时钟同步电流中断器和时钟同步电位采集器组成。测量时，电流中断器安装于恒电位仪阳极输出端;测量者以电位采集器在管道沿线进行电位测量。电流中断器与电位采集器内置GPS 信号接收系统，可接收GPS 时钟信号。通过设置通断参数可以实现两种设备周期性同步通断，从而测量出管道通电/断电电位。但是，由于国内阴极保护电源采用恒电位仪，电流中断器又周期性外部中断恒电位仪输出，因此，测量过程会造成恒电位仪周期性输出电压、电流冲击。这种冲击不仅可能造成恒电位仪损坏，还会造成测量误差。可见，借鉴国外先进技术结合我国国情研发具备通电/断电电位测量功能的阴极保护装备是必然发展方向。

2 管理现状

油气管道阴极保护系统根据保护目标不同，可分为线路阴极保护系统和站场区域阴极保护系统。目前，线路管道均安装有阴极保护系统。近些年，开始为油气管道站场安装区域阴极保护系统，以保护工艺管道及储罐，但还有一些在役站场尚未安装区域阴极保护系统。

3 结束语

综上所述，我国现有阴极保护准则并不能完全满足油气管道生产需求，建立完善的阴极保护准则是油气管道阴极保护技术发展的必然要求。随着油气管道事业飞速发展，管道面临的腐蚀风险不断增加，阴极保护技术在管道腐蚀控制方面发挥越来越重要的作用，同时在多方面受到更严峻的挑战。为了应对在油气管道阴极保护建设和运行中遇到的各种困难，需在现有阴极保护技术基础上，广泛动员各方面力量，综合应用电化学、数值模拟、卫星、电子、计算机等技术，不断提高油气管道阴极保护技术水平，满足技术及管理需求，保障油气管道安全、高效运行。

参考文献：

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