鄒德龍 黃金釗

上海道盾科技股份有限公司

 

摘 要：陰極保護系統(tǒng)在管道的腐蝕與防護中起到了關(guān)鍵作用，需要定期對整個系統(tǒng)進行測試與評價，及時發(fā)現(xiàn)問題并加以調(diào)整或維修。詳細介紹了陰保系統(tǒng)恒電位儀、絕緣、斷電電位、土壤腐蝕性等關(guān)鍵因素和在特殊地段的測試，提出了注意事項和運行維護建議。

關(guān)鍵詞：陰保系統(tǒng)；斷電電位；絕緣；恒電位儀

 

 

陰極保護是控制埋地管道腐蝕的主要措施，陰極保護的維護和管理也是管道完整性管理的重要方面。近年來管道受雜散電流干擾越來越多，管理技術(shù)越來越復(fù)雜，陰極保護系統(tǒng)運行維護的專業(yè)化需求也越來越高。另一方面，隨著管道長度不斷延伸，管理難度也日益加大，陰極保護管理專業(yè)人員數(shù)量不足，且沒有其他有效的檢測或監(jiān)測方式判斷整個陰保系統(tǒng)運行狀態(tài)，導(dǎo)致很多管道陰保系統(tǒng) “帶病”運行。

目前絕大部分長輸管道采用強制電流陰保方式，系統(tǒng)主要包括恒電位儀、輔助陽極地床、絕緣系統(tǒng)、排流及防雷系統(tǒng)、陰極保護測試樁等。目前測試陰保系統(tǒng)有效性的普遍做法是沿線定期測試管道直流通電電位和交流電壓，恒電位儀每日查看輸出情況，絕緣性能測試還停留在保護端和非保端的電位測試評價，排流器和防雷系統(tǒng)更是少有人關(guān)注并加以測試。這對陰保系統(tǒng)的有效運行難以提供支持，為此，筆者提出詳細的陰保系統(tǒng)測試內(nèi)容及注意事項。

1 陰保系統(tǒng)測試

1.1 恒電位儀測試

恒電位儀檢查項目主要包括外觀、陰極接線、陽極接線、參比接線、零位接陰接線及防雷接地接線。主要測試項目包括通電點保護電位（通斷電位）、輸出電壓、輸出電流、輔助陽極接地電阻、回路電阻和長效參比校驗等。需要注意以下七點。

（1）確保恒電位儀各接線正確連接且無斷線情況。

（2）測試通電點保護電位時萬用表負極接長效參比電極、正極接零位接陰端子，測得數(shù)值與給定電位相比較應(yīng)近似相等。

（3）測試輸出電流時應(yīng)首先明確串聯(lián)分流器規(guī)格型號，通過萬用表直流“mV”檔測試分流器分壓計算輸出電流。

（4）當(dāng)通電點處存在雜散電流干擾時，應(yīng)進行恒電位儀輸出電壓、輸出電流長時間監(jiān)測，并在通電點處采用試片斷電法測試斷電電位。

（5）長效參比校驗時應(yīng)確保經(jīng)校準后便攜式參比電極與長效參比電極處于最近距離位置（若有參比管，可置于參比管中），分別用長效參比和便攜參比測試斷電電位（放置參比位置周圍不應(yīng)存在地電位梯度），通過比較斷電電位來評價準確性。

（6）測試輔助陽極接地電阻時應(yīng)首先確定輔助陽極埋設(shè)類型、位置、長度、走向、埋深等信息，據(jù) 此確定三級法測試中電流極和電位極所處位置。

（7）定期測試各單只陽極地床輸出電流大小，調(diào)節(jié)每支電流輸出，使各組陽極地床輸出相對平衡。

1.2 絕緣有效性測試

國外文獻指出“沒有絕緣就沒有陰保”，可見絕緣在陰保系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。在役絕緣接頭（法蘭）及組件最常用的測試方法有：電位法、 PCM漏電法、絕緣接頭測試儀法和通斷電位法。絕緣有效性測試應(yīng)注意以下七點。

（1）查看管道工藝及走向，明確已設(shè)置絕緣位置和應(yīng)設(shè)置絕緣位置，包括進出站絕緣接頭（法蘭）處、站內(nèi)管道去下游用戶管道處、去放空區(qū)管道處、過站（或閥室）各類閥組儀表接地與干線管道之間。

（2）明確每處絕緣接頭（法蘭）或組件兩端陰極保護設(shè)置情況（有無設(shè)置陰保或陰保所處區(qū)間位置）。

（3）地上型絕緣接頭及組件采用RF-IT絕緣接頭測試儀進行測試，輔以電位法和通斷電位法進行共同驗證。

（4）通斷電位法應(yīng)通斷輸出電流較大、通斷較為明顯的一側(cè)，同時觀察另一側(cè)電位變化情況。

（5）通斷測試時應(yīng)避免地電場變化對測試產(chǎn)生的干擾。

（6）在外側(cè)通斷電位差值大于100 mV時，說明該絕緣位置有漏電現(xiàn)象，應(yīng)及時分析并排查故障原因。

（7）地上型絕緣接頭（法蘭）相較于地下型更能準確判斷絕緣性能并方便維護。

1.3 管道斷電電位測試

獲取管道斷電電位常見的方法有同步通斷恒電位儀和試片法兩種。同步通斷法要求同步通斷施加在管道上所有陰保電源且管道上無雜散電流干擾，需要多臺衛(wèi)星中斷器同步進行；并且恒電位儀固有的電路阻抗可能會響應(yīng)較慢，數(shù)據(jù)采集需要響應(yīng)較快的數(shù)據(jù)記錄儀。試片斷電法則應(yīng)用條件更寬松，且優(yōu)點較多，但需要注意以下五點。

（1）針對所維護管道防腐層狀況，選擇合適的試片裸露面積。

（2）試片埋設(shè)所處環(huán)境與管道處盡量一致，且土壤沉降完全。

（3）試片安放位置靠近管道中心線偏下，試片裸露點背對管道本體。

（4）在埋設(shè)試片位置埋設(shè)PVC參比管，且與試片裸露處有相同的幾何中心，并且土壤管中放入可以與參比電極接觸良好的土壤。

（5）選擇合適的通斷周期，至少60次/秒采樣頻率，并確保正確的測試連線。

1.4 土壤腐蝕性測試

管道沿線土壤電阻率是陰極保護系統(tǒng)重要參數(shù)之一，用以評價土壤腐蝕性強弱，此外還有腐蝕速率、pH值、氧化還原電位、各種腐蝕性離子種類及濃度等參數(shù)。

南方地區(qū)土壤電阻率會隨著干濕季節(jié)的交替隨之變化，北方地區(qū)冬季凍土也會影響土壤電阻率的變化，經(jīng)實測冬季凍土環(huán)境的土壤電阻率跟夏季相比有很大的差異，如圖 1所示。

 

土壤電阻率的變化不僅可以改變陰極保護電流分布，同時對陰極保護評級準則也有影響（ISO、 GB/T 21447―2008和GB/T 21448―2008有相應(yīng)說明）。因此要根據(jù)其變化來調(diào)整陰保站的輸出，根據(jù)評級準則進行陰極保護評價與管理。

1.5 特殊管段測試

（1）穿跨越管段

首先了解穿跨越管段信息，如穿越方式、是否有 套管（套管材質(zhì)）、陰極保護狀況、是否有加強陰保等。測試內(nèi)容包括：①檢查管道本體與套管的絕緣狀況，測試套管內(nèi)犧牲陽極的現(xiàn)役狀態(tài)。②采用試片法測試與評價管涵內(nèi)管道陰極保護有效性。③大型穿越的管道防腐層電導(dǎo)率以及起止點陰極保護有效性。

（2）交叉平行管段

了解第三方管道基本信息，明確兩條管道相互位置關(guān)系，檢查是否有屏蔽或相互干擾。并行管道間距應(yīng)至少大于1.5倍管徑，以免陰極保護屏蔽影響；交叉管道如果有跨接測試樁，則應(yīng)定期調(diào)試跨接電阻，平衡兩條管道電流分布。

（3）受污染土壤或含微生物管段

如存在硫酸鹽還原菌的土壤應(yīng)按照斷電電位﹣0.95 Vcse的準則要求測試評價。疑似受污染及含微生物土壤進行實驗室化驗。

（4）固定墩位置

檢查固定墩內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是否與管道本體有搭接或者屏蔽，測試方法同套管與管道絕緣測試。

（5）受雜散電流干擾管段

雜散電流干擾識別防護包括干擾識別、干擾評價、干擾防護、防護效果評價幾個環(huán)節(jié)，干擾識別和評價可以同步完成，以地鐵雜散電流干擾為例，典型的地鐵雜散電流干擾管道電位變化如圖 2所示。

              

試片法測試斷電電位評價干擾狀態(tài)下陰極保護有效性如圖 3所示。

可以看出，即使管道通電電位有正向和負向波動，但斷電電位一直保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，滿足陰極保護有效性要求。

1.6 排流設(shè)施測試

以直流排流器為例，需要檢測的內(nèi)容有管道直流電位、排流電流、交流電壓、排流地床接地電阻等。測試接線如圖 4所示。

2 陰保系統(tǒng)運行維護建議

（1）建立良好的陰極保護絕緣系統(tǒng)是有效運行的關(guān)鍵。絕緣位置包含但不限于進出站場、閥室、氣液聯(lián)動閥、溫控儀表、手動閥門、鋼質(zhì)套管、固定墩及管道支架吊環(huán)等。

（2）在陰保站地床位置及長效參比設(shè)置合理的情況下，根據(jù)不同季節(jié)土壤電阻率變化導(dǎo)致管道沿線IR降的變化，調(diào)整適宜的恒電位儀輸出。

（3）密切關(guān)注第三方管道、電氣化鐵路以及高壓輸電設(shè)施對管道可能產(chǎn)生的雜散電流干擾，必要時開展專項測試評估、實時監(jiān)測并制定適宜的防護措施。

（4）對特殊管段可能產(chǎn)生的屏蔽、干擾應(yīng)加強關(guān)注和增加檢測頻次。

（5）定期開展腐蝕速率檢測與評價工作，特別是特殊管段位置。

3 結(jié)束語

良好的陰極保護系統(tǒng)可以極大地減少腐蝕風(fēng)險，延長管道使用壽命，增強管道安全。管道陰保系統(tǒng)的專業(yè)化管理要從陰保附屬設(shè)施的完整性、陰極保護有效性、沿線土壤腐蝕性、雜散電流干擾等方面，對管道的陰極保護系統(tǒng)進行定期檢測與評價，制定經(jīng)濟科學(xué)的防護措施。循環(huán)開展檢測工作和調(diào)試維修工作，實現(xiàn)陰極保護閉環(huán)管理，以期最終形成一套穩(wěn)定可靠、運行良好的陰極保護系統(tǒng)。

 

作者：鄒德龍，上海道盾科技股份有限公司壓力管道檢驗員。

2019年第4期（總第47期）