相邻长输管道阴极保护系统干扰及处理对策

2022-11-10麦健

低碳世界 2022年7期

麦健

（茂名石化公司港口分部，广东茂名 525000）

0 引言

阴极保护是长输管道的常用保护手段，能避免管道受到腐蚀，确保管道稳定运行，延长管道的运行寿命。但是在实际使用中，由于环境、管道自身等因素的影响，导致阴极保护系统难以发挥作用甚至运行失效，因此需要制定有针对性的解决方案，避免阴极保护系统失效，保证长输管道的安全。

1 阴极保护原理

每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。金属腐蚀电位的高低可表示该金属失去电子的难易程度，腐蚀电位越低越容易失去电子。通常称失去电子的部位为阳极区，而得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（例如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）容易受到腐蚀而阴极区得到电子不易被腐蚀。

阴极保护的原理是给金属补充大量电子，使被保护的金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而不会变成离子溶入溶液。有两种办法可以达到这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护[1]。

（1）牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。

（2）外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如长输埋地管道。

2 阴极保护系统受干扰因素分析

长输管道一般都距离比较长，所以管道途经的环境也会比较复杂，对阴极保护系统造成严重的影响。如果在长输管道周边出现电气化铁路或高压电力线路，也会对管道的阴极保护产生巨大的影响。电气化铁路建设过程中会同步架设牵引供电网，牵引供电网中包括铁路的铁轨、接触网等设备，同时，由于大地并非绝缘体，带电铁路钢轨和大地之间会有大量电流泄漏进入大地，导致途经电气化铁路的长输管道周围形成大量杂散电流。在电流进入长输管道的阴极保护系统之后，会干扰正常的阴极保护系统工作，如果干扰过强超出阴极保护系统的保护范围，就会导致阴极保护系统失效。如果有电流流入长输管道带有负电的位置，就会形成阴极区，阴极区对管道有比较好的保护作用，但是如果管道表面的电子过多，就会导致析氢现象出现，改变管道周围的酸碱度，并且造成管道的防腐层脱落。如果杂乱电流干扰在阳极位置出现，就会使管道诱发电化学反应，而且反应比较强烈，导致管道出现极为严重的电化学腐蚀现象[2]。

而高压电力线路与电气化铁路干扰原理和产生的后果相同，必须引起高度重视并加以解决。

3 相邻长输管道阴极保护系统干扰实例

3.1 管道干扰概况

茂名石化湛茂输油管道在廉江站进站与出站处均安装有绝缘法兰，并在廉江站设置一套强制电流阴极保护系统对站外MS21#～MS57#管段进行保护。该阴极保护系统设置两处阳极地床，一处为浅埋阳极地床，位于廉江站西北侧，另一处为次深井阳极地床组，由15口阳极井组成，位于廉江站东南侧，阳极井最深为17 m，湛北输油管道离西北侧浅埋阳极地床最近距离为157 m。湛北输油管道在廉江站进站与出站处均安装有绝缘接头，在廉江站内设置一套强制电流阴极保护系统对站外管线进行保护，该阴极保护系统在站内设置一口深井阳极地床（深30 m），茂名石化湛茂输油管道离该深井阳极地床最近距离为43 m。华南成品油管道湛茂段从廉江站东侧绕过，在茂名石化湛茂输油管道东南侧阳极地床附近穿过，最近距离为106 m，并与茂名石化湛茂输油管道阴保系统阳极电缆交叉。廉江站附近3条管道分布如图1所示。

图1 廉江站附近3条管道分布

3.2 各相邻管道阴极保护电位情况

从茂名石化湛茂输油管道（简称1#管道）2014年的阴极保护电位数据可知，在MS1#、MS41#、MS75#、MS109#测试桩设置了阴极保护站，由于管线投用年限较长，防腐层老化，所需阴极保护电流密度较大，仍存在MS53#～MS63#管段管地电位正于-0.850 V（CSE）的情况。

从华南成品油管道湛茂段管道（简称2#管道）2014年的阴极保护电位数据可知，ZM34#测试桩处受到杂散电流干扰，电位最负约-3.600V（CSE），ZM28#测试桩处也受到杂散电流的干扰的影响，电位最正为-0.760 V。

从湛北输油管道（简称3#管道）2015年第一季度的管道电位数据可知，靠近1#管道廉江站西北侧浅埋阳极地床的BH43#、BH44#测试桩处管地电位偏负，最负接近-1.800 V。同时3#管道廉江站内阴极保护系统通电点受到干扰，通电点处参比电位（管道电位）较预置电位偏负[预置电位为-1.100 V，参比电位为-1.200 V（波动）]，在恒电位模式下，3#管道廉江站恒电位仪无输出电流[3]。

3.3 排查检测方案

对廉江站相邻3条管道杂散电流的干扰情况进行分析，并制定以下检测方案对3条管道产生杂散电流的干扰原因、干扰程度、干扰范围等做进一步论证，为处理管道杂散电流干扰问题提供对策。具体方案如下。

（1）关闭3#管道廉江站阴极保护系统，通断1#管道廉江站恒电位仪（通断周期为12 s通、3 s断，以下同），利用数据记录仪检测2#、3#管道电位的波动情况。

（2）关闭1#管道廉江站阴极保护系统，通断3#管道廉江站恒电位仪，利用数据记录仪检测2#、3#管道电位波动情况。

（3）断开3#管道廉江站的深井阳极地床，采用1#管道廉江站西北侧浅埋阳极地床作为3#管道的阳极地床，关闭1#管道廉江站阴极保护系统，通断3#管道廉江站恒电位仪，利用数据记录仪检测1#、2#管道电位的波动情况。

3.4 排查检测结果

3.4.1 茂名石化廉江站阳极地床的影响

关闭3#管道廉江站恒电位仪，通断1#管道廉江站恒电位仪，测试显示：①恒电位仪通电时，2#管道ZM34#测试桩处管道电位最负为-2.180 V，断电时则为-1.250 V；通电时，ZM28#测试桩处管道电位最正为-0.836 V，断电时则为-0.869 V，说明1#管道阳极地床是造成ZM34#测试桩电位偏负和ZM28#测试桩电位偏正的主要原因之一，而ZM31#测试桩以南和ZM38#测试桩以北位置的管道正向偏移量不大。②恒电位仪通电时，3#管道廉江站进站绝缘接头处电位为-1.220 V，断电时电位为-1.070 V，通电时的电位较断电时存在150 MV的负向偏移，验证了1#管道阳极地床对3#管道廉江站阴保系统通电点存在干扰。另外，在通电时，BH43#和BH44#测试桩的最大负向偏移量为400 MV，BH39#测试桩以南和BH55#测试桩以北管道电位在恒电位仪通断时变化不明显[4]。

3.4.2 3#管道廉江站阳极地床的影响

先关闭1#管道恒电位仪，后将3#管道恒电位预置电位（控制电位）设置在-1.200 V，输出电流为0.600 A。测试显示，1#管道MS38#～MS43#管段的最大负向偏移位置为MS41#，负向偏移量为300 MV。MS38#测试桩以南和MS43#测试桩以北管道电位在恒电位仪通断时变化不明显。2#管道ZM29#～ZM44#管段的电位最大负向偏移位置为ZM34#，负向偏移量为300 MV。ZM29#测试桩以南和ZM44#测试桩以北管道电位在恒电位仪通断时变化不明显。