馈电测试法在中俄原油管道黑龙江穿越工程中的应用

窦宏强，李 军，陈 吉吉，郭娟丽，谢风春，林 军，陈献杰

（1.中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊 065000；2.中国石油天然气管道局国际事业部，河北廊坊 065000；3.中油管道物资装备总公司，河北廊坊 065000）

馈电测试法在中俄原油管道黑龙江穿越工程中的应用

窦宏强1，李 军2，陈 吉吉3，郭娟丽1，谢风春2，林 军2，陈献杰2

（1.中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊 065000；2.中国石油天然气管道局国际事业部，河北廊坊 065000；3.中油管道物资装备总公司，河北廊坊 065000）

中俄原油管道黑龙江穿越工程中，采用俄方规范ГОСТ 51164-1998《干线管道防腐要求》中所列的馈电测试方法，对水平定向钻穿越后管道外防腐层的优劣进行定量评价。结果表明，外防腐层的电阻率、阴极极化电流、管/地电位偏移等都符合要求。

长输管道；水平定向钻；馈电测试；防腐层

0 引言

中俄原油管道黑龙江穿越工程位于中俄两国边境，是俄罗斯斯科沃罗季诺泵站到中国漠河泵站石油管道系统的组成部分。管道设计压力为6.4 MPa，管径820 mm，壁厚15.9 mm，采用K56级直缝埋弧焊钢管。穿越段管道的水平长度约为1 110 m。

黑龙江穿越段管道采用工厂预制的三层聚乙烯（3LPE）结构加强级外防腐层，防腐层厚度≥3 mm；补口采用CANSUA的定向钻穿越专用补口带。同时为保护穿越过程中管道外防腐层完好，防腐层外又包裹了一层可光固化的改性环氧玻璃钢防护层。

1 馈电测试及评价参数

通过向管道施加交、直电流或信号对管道外防腐层或阴极保护性能进行评价的方法称之为馈电测试方法，主要用于评价埋地管道外防腐层缺陷的大小和数量，参数单位为Ω·m2。对于馈电测试方法所用参数的名称，国内外不统一，例如 “防腐层面积电阻”、“防腐层电阻率”、“防腐层电阻”、“防腐层绝缘特性参数”，标准NACE TM 0102“Measurement of Protective Coating Electrical Conductance on Underground Pipeline”中，将之称为 “防腐层电导率 （coating conductance）”。本文认为此参数称为 “防腐层绝缘电阻率”更为合适。

根据国内外相关文献和规范，馈电测试方法主要分为：电流—电位法、电位梯度法、电流密度法、皮尔逊法、电流衰减法 （PCM法）和波形分析法。对于定向钻穿越后的管道，中俄原油管道黑龙江穿越工程要求采用俄方规范 ГОСТ 51164-1998《干线管道防腐要求》中的馈电测试方法对管道的外防腐层进行评价。根据此规范对于外防腐层绝缘电阻率测试方法的描述，其所用的馈电测试法可归类为电流—电位法。

2 测试方法

按照规范ГОСТ 51164-1998的描述，其馈电测试的基本做法是向被测的一段管道施加有阴极保护效用的极化电流，使被测管道的电位偏移达到规定数值，然后按照电位衰减公式计算被测管道的防腐层绝缘电阻率。此测试方法的要点在于：被测管段应与其他金属体完全电绝缘，被测管道应已完全回填，保证所需的极化前后管/地电位差的偏移量和极化电流。测试接线如图1所示。

2.1 测试步骤

（1）切断被测试管道的所有电连接，测量被测管道两端的管/地自然电位并记录，测量管道两端的土壤电阻率并记录。如果此段管道存在临时阴极保护，则需要在测量管/地自然电位前至少3 d切断该电流。

（2）按照图1所示方式连接测试仪器和仪表。保证临时阳极地床与被测管道的距离≥100 m。开启电源，调节可调电阻的数值，使电流表显示的输入管道极化电流值为0.006 605 A。在整个测试期间，利用可调电阻器，或者通过增加/减少临时接地体的数量，或者通过改变电源电压的方式，或者综合采用上述方式使输入的极化电流保持稳定。

（3）保证未施加阴极保护电流端管道的电位偏移量≥0.7 V。如果规定的极化电流值不足以使电位偏移量达到要求，则应增大极化电流的输出值，直至满足要求。

（4）保持被测量段管道的极化时间不少于3 h，再次测量被测管道两端的管/地保护电位，并记录。

（5）计算并填写管道防腐状况评估报告。

2.2 计算公式

（1）阳极地床的分流电阻率RP：

（2）管道外防腐层的绝缘电阻率RT：

式中RP——阳极地床的分流电阻率/Ω·m2；

RT——管道外防腐层的绝缘电阻率/Ω·m2；

ρ——土壤电阻率/Ω·m；

D——钢管直径/m；

H——管道埋深/m；

R——钢管纵向电阻率/（Ω/m）；

L——被测段管道的实际长度/m；

ΔU——远端管道的电位差偏移量/V；

I——被测段管道的极化电流/A。

2.3 测试数据记录

馈电测试数据见表1。

2.4 计算结果

测试时，阴极保护电流的馈入点位于中国境内，管道极化后保护电位的测试点位于俄方境内。采用12 V的直流电源，数字式伏特表的输入电阻≥10 MΩ，安培表的精度≥1.0级。临时阳极地床采用6根长为1.5 m、直径为15 mm的钢钎。为减少阳极地床对管道测试的干扰，临时阳极地床设置在距离管道100 m外小树林中低洼的位置。参比电极安装于管道上方，距离管道中心线的偏差不超过0.2 m。 相关的计算参数如表2所示，计算中所需测量数据及计算结果如表3所示。

表1 馈电测试数据

表2 测量数值

表3 测量数据以及计算结果

3 数据分析

3.1 极化电流和极化电位的影响

从上述的测试结果来看，馈电测试的极化电流I和管道的极化电位U极化对防腐层绝缘电阻率的影响最大。馈入管道的极化电流值越大，管道的极化电位也随之增大，但极化电位增加的比率远远小于馈入的阴极保护电流增加的比率。这就导致对于相同的一条测试管道，随着馈入的阴极保护电流大小不同，而得到不同的防腐层绝缘电阻率值，且馈入的电流越大，防腐层绝缘电阻率数值越小。从测试数据可以看出，极化电流从0.006 6 A增加到了0.066 A，为原来的10倍；而管道的极化电位仅从0.8 V增加到了2.147 V，约为原来的3倍。因此，馈电测试时，极化电流的大小应慎重确定。

3.2 管/地电位偏移量的影响

测试数据中管道阴极极化前后的管/地电位偏移量ΔU的要求值对防腐层绝缘电阻率的影响也比较大，按照规范ГОСТ 51164-1998的要求，中俄管道黑龙江穿越段管道的管/地电位偏移量达到≥0.7 V即可，但俄方却提出了更为苛刻的管/地电位偏移量 （≥1.0 V）的要求。表3中的数据显示，如果按照偏移量达到≥1.0 V的要求，此段管道的外防腐层绝缘电阻率的值仅为191 135 Ω·m2，远远小于规范ГОСТ 51164-1998中要求的 3.0×105Ω·m2，从而导致管道外防腐层检测结果不合格。因此，馈电测试中管/地电位的偏移量数值也应当慎重确定。

3.3 防腐层缺陷的影响

规范ГОСТ 51164-1998给出实验室中要求的3LPE防腐层的绝缘电阻率数值应为109～1010Ω·m2；且根据其附录中的实验方法，对于3LPE防腐层，在盐水中浸泡100 d后 （室温下），实验室检测到的防腐层绝缘电阻率也应≥108Ω·m2，此值远远大于管道埋地后要求的管道外防腐层电阻率≥3.0×105Ω·m2规定。这就更进一步表明了最终影响埋地管道外防腐层质量优劣的主要因素是管道防腐层上缺陷的大小和数量，而不是防腐层本身。防腐层的缺陷越大，防腐层绝缘电阻率值越小；单位面积内缺陷数量越多，防腐层绝缘电阻率值也越小。因此，对于防腐层的选择，不能仅考虑防腐层本身，还应考虑管道外防腐层施工时的适应性，应以能最大限度地满足现场施工为首要考虑要素。特别对于水平定向钻穿越段管道，应更多地考虑其穿越过程中管道的特殊要求，其外防腐层的选择不仅局限于3LPE防腐层、双层FBE防腐层、环氧玻璃钢防腐层，甚至改性环氧防腐层也可以考虑。

4 结束语

（1）按照规范ГОСТ 51164-1998的要求，管道外防腐层的绝缘电阻率应≥3.0×105Ω·m2，而中俄黑龙江穿越段管道的外防腐层绝缘电阻率为340 124 Ω·m2， 满足要求。

（2）按照规范ГОСТ 51164-1998的要求，对于中俄黑龙江穿越段管道，阴极极化电流应为0.006 605 A，管/地电位偏移的差值应≥0.7 V。

（3）按照规范ГОСТ 51164-1998的要求，若3LPE管道的外防腐层绝缘电阻率≥3.0×105Ω·m2，则反推得到阴极保护所需的理论电流密度为1μA/m2，而此要求远远高于目前国内阴极保护设计所采用的3~5 μA/m2的电流密度取值，也远远高于国际上通行的大多数阴极保护标准的要求。

（4）对于采用水平定向钻穿越的中俄原油管道黑龙江穿越段管道，管道防腐层外包裹的一层可光固化的环氧玻璃钢防护层起到了保护作用。

[1]ГОСТ 51164-1998，干线管道防腐要求[S].

Feed-current Test Method Used in Heilongjiang HDD Crossing Project of Russia-China Crude Oil Pipeline

DOU Hong-qiang（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Langfang 065000,China）,LI Jun,CHEN Zhe,et al.

Feed-current test method introduced in ГОСТ 51164-98 “Anticorrosion Requirements for Trunk Pipeline”had been used in the crossing project of Russia-China Crude Oil Pipeline for assessing the pipeline external anticorrosion coating quality after HDD crossing operation.The results showed that the electric resistivity of external coating,cathode intensified current and pipe/ground potential shift met the requirements.

long-distance pipeline;horizontal directional drilling （HDD）;feed-current test;anticorrosion coating

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.020

窦宏强 （1976-），男，河北廊坊人，工程师，2000年毕业于青岛化工学院高分子材料与科学学院，从事管道防腐设计工作。

2011-10-17