山区管道应用阴极保护技术常见问题及解决措施

冉箭声，宁海春，鲁胜伟，田烨瑞，黄明奎

(中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川宣汉 636156)

山区管道应用阴极保护技术常见问题及解决措施

冉箭声，宁海春，鲁胜伟，田烨瑞，黄明奎

(中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川宣汉 636156)

文章论述了某气田山区管道应用阴极保护技术过程中所遇见的电位不达标、漏电、长效硫酸铜参比电极损坏、恒电位仪与SCADA系统不匹配、阳极电缆断、阴极保护自动监控不能测试断电电位等问题产生的原因，并针对出现的问题采取了相应措施:①解决了电位不达标;②长效硫酸铜参比电极损坏;③恒电位仪与SCADA系统不匹配;④阳极电缆断;⑤管道穿、跨越桁架漏电;⑥管道外防腐层漏电;⑦阴极保护自动监控不能测试断电电位的问题。同时提出了在山区建设阴极保护工程须要注意的问题，对其它山区管道应用阴极保护技术杜绝发生类似问题具有借鉴作用。

气管道 阴极保护技术 解决措施

根据《石油天然气管道保护条例》和《含硫天气然管道安全规程》SX6457－2000等标准条例要求，对长输石油、天然气管道外防腐蚀必须采取阴极保护技术。长输管道一般采取的是外加电流阴极保护技术。

某气田管道外防腐蚀设计采取的是3PE防护层加外加电流阴极保护技术。

1 常见问题

某气田管道阴极保护系统设计初衷是考虑管道地处山区，地形复杂，39 km管道又分别处于3座大山上，管理难度大，于是采取了自动监控的现代化管理模式。但气田阴极保护系统工程建成投运后出现了一些问题，主要表现在以下几方面:

1.1 电位不达标

根据设计要求，气田39 km管道设计有30个智能测试桩，要求在阴极保护服务器上通过控制恒电位仪实现在通电12 s和断电3 s的情况下，30个智能测试桩保护电位都应达到－0.85～－1.15 V(相对于饱和硫酸铜参比电极)。但阴极保护系统投运初期，由于部分进出站场的管道安装的绝缘法兰(接头)存在漏电现象，同时进出阀室的管道未严格按《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SY/T0036－2000标准，安装绝缘法兰，也未进行阴极保护电连续性的跨接，因此造成漏电，从而使30个智能测试桩只有仅仅几个在通电12 s和断电3 s的情况下达到了设计要求的标准，这种现象就说明了整个阴极保护系统对管道外壁保护的效果不理想。

1.2 漏电问题

由于在山区施工经验不足，从而造成阴极保护系统投运后出现了诸多漏电部位，如:部分进出站场的管道之间安装的绝缘法兰(接头)漏电;进出阀室的管道未安装绝缘法兰，从而造成阀门直接接地漏电;进出阀室的管道与保护管道的穿墙套管之间绝缘不好，造成管道与套管搭接漏电;管道穿、跨越支架处防腐蚀层破损而又没有垫绝缘胶皮致使漏电;管道外防腐蚀层在施工中破损没有修补就回填造成漏电等等。

1.3 长效硫酸铜参比电极损坏问题

根据设计要求，在30个智能测试桩下面都埋设有1支长效硫酸铜参比电极，其目的就是自动测试管道保护电位最后传入阴极保护服务器进行自动监控管理。但在阴极保护系统投运后的检测过程中发现有近半数在测试桩下埋设的长效硫酸铜参比电极损坏后也埋入了地下，没有起到设计要求的作用。判断测试桩下埋设的长效硫酸铜参比电极是否损坏的方法是通过与便携式硫酸铜参比电极通过测试电位值进行对比判断。若测试桩下埋设的是损坏的长效硫酸铜参比电极，那么人工去测电位时，要么测不出电位值，要么测电位时数值飘浮不稳定或者与便携式参比电极测试数值误差大于100 mV以上。损坏的长效硫酸铜参比电极在人工测电位值出现的这些现象，在挖出埋设的长效硫酸铜参比电极后得到了验证。

1.4 恒电位仪问题

恒电位仪是阴极保护的重要设备。某气田阴极保护系统所使用的是开关型恒电位仪，由于所用恒电位仪与SCADA系统不匹配，恒电位仪只能在SCADA系统A环通信装态下进行通断电电位测试监控，但在SCADA系统B环通信装态下却不能进行断电电位测试监控。同时恒电位仪本身也出现过因仪器内部线路故障在恒电位模式不能正常工作的问题。还有就是因埋设的长效硫酸铜参比电极损坏，造成恒电位仪实际在汇流点测得的给予管道的保护电位值与仪器面板显示的保护电位值不一致的问题。

1.5 阳极电缆断的问题

由于气田地处山区，阳极地床埋设地较难选择。因此，在阴极保护系统投运后，曾在2个阴极保护站发生过因下大雨涨水而冲断阳极电缆的问题。阳极电缆断在恒电位仪上显示的现象就是超额定输出电压，输出电流为零。

1.6 管道穿和跨越桁架漏电问题

气田39 km管道共穿、跨越桁架32处。在阴极保护系统投运后，通过检测发现在穿、跨越桁架管道固定卡与管道之间因绝缘的橡胶板脱落造成多处存在漏电问题。

1.7 管道外防腐蚀层漏电问题

气田阴极保护系统投运后，通过采取PCM检漏仪对管道外防腐蚀层进行检漏证实，管道外防腐蚀层漏电超过10处。

1.8 阴极保护自动监控问题

气田阴极保护系统投运后，按设计要求应达到完全自动监控的目的。但实际情况却出现了智能测试桩测试的电位值不能传入站控室PLC或线路截断阀室RTU的问题;智能测试桩测试的电位值与实际测试的电位应该一致却出现较大误差的问题;部分电位数据不能从SCADA系统传入到阴极保护服务器的问题;因恒电位仪与SCADA系统不匹配，恒电位仪只能在SCADA系统A环通信装态下进行断电电位测试监控，但在SCADA系统B环通信装态下却不能进行断电电位测试监控。

2 存在问题的解决方法与措施

(1)首先对气田整个管道的站场、阀室及穿、跨越桁架等处全面采取了PCM防腐蚀层检漏、绝缘法兰(接头)绝缘性能测试、密间隔电位测量(CIPS)等技术手段进行了管道漏电情况调查，然后对查找出漏点的部位进行了针对性的整改治理。①对绝缘法兰(接头)的漏电问题，采取的方法是重新测试合格的新绝缘法兰(接头)，合格后进行更换处理。或者在漏电的绝缘法兰(接头)部位(被保护管道)边增加1组牺牲阳极来提高电位以弥补漏电损失。②管道阀室阀门漏电采取在阀门直接与地接触处增加绝缘橡胶片。判断管道与穿墙套管是否搭接可通过分别测试其电位的办法进行判别。在管道阴极保护系统运行时，如果测试的管道电位与套管电位接近或一样，则说明它们之间存在搭接，若测试的套管电位与自然电位接近且与管道电位差距较大，则说明它们之间绝缘良好。对管道与穿墙套管搭接的阀室的漏电问题，采取的是开挖后按设计标准重新进行管道与套管之间的绝缘处理来解决管道通过套管的漏电问题。同时还采取了对进出阀室的管道进行阴极保护电连续性的跨接。③对穿、跨越桁架管道固定卡与管道之间因绝缘的橡胶板脱落造成的漏电问题进行了重新添加绝缘橡胶板的办法来解决。④对由PCM检漏发现的外防腐蚀层漏电点，采取开挖后重新按标准修复并检测合格后重新埋设。

通过对管道上存在的漏电问题的处理，使气田设计的30个测试桩保护电位值由投产时几个点达到标准到治理后全部达到标准。

(2)采取人工测试的办法，用便携式硫酸铜参比电极与长效硫酸铜参比电极进行电位测试比较。如果二者之间测试电位值接近，则说明长效硫酸铜参比电极无问题;若二者之间电位值差距大或长效参比电极测不出电位或测试时数据不稳定飘浮，就说明长效参比电极存在问题须开挖更换。

(3)对于上述恒电位仪存在的问题，属于恒电位仪厂家的问题由厂家解决。恒电位仪和SCADA系统不匹配问题，由气田组织设计、恒电位仪厂家等讨论后，最后采取通过RJ45端口接入站场站控室通信以太网而不进入SCADA系统，最后上传至阴极保护智能监测系统进行监控并实现同步通断电位测量。

(4)对因下大雨涨水冲断的两个阴极保护站的阳极电缆，采取了由过去的埋地改为架空的更换处理。

(5)对管道检测发现的穿、跨越桁架管道固定卡与管道之间因绝缘的橡胶板脱落造成的漏电问题进行了重新更换解决。

(6)对管道外防腐蚀层由PCM检漏发现的漏电点进行了开挖验证，并对损坏的防腐蚀层重新修复合格后进行了回填。

(7)由于智能测试桩处于露天环境，而气田所处的山区环境又多雨潮湿，因此测试桩自动监测电位的数据传输电器元件，极大可能受到伤害而影响传输效果。因此，首先就将测试桩自动监测电位的传输系统改入室内，然后将自动监测数据改为通过RJ45端口接入站场站控室通信以太网而不进入SCADA系统，最后再上传至中控室阴极保护智能监测系统进行监控并实现同步通断电位测量。

3 结论

地处山区的管道阴极保护系统工程的建设有别于平原地区，由于山区特殊的地理环境，再加上阴极保护系统工程建设对施工质量的严格要求，因此，山区管道进行阴极保护系统工程建设应注意以下几个方面的问题:

(1)要加强对易出现漏电的绝缘法兰(接头)、管道与穿墙套管、管道与穿越公路、河流的套管之间、管道阀室阀门、穿和跨越桁架管线固定卡与管道之间、管道外防腐蚀层等的施工质量的监管，确保施工质量合格，杜绝漏电问题的存在。

(2)如果采取智能测试桩自动测试管道电位，则在施工中要确保智能测试桩下埋设的长效硫酸铜参比电极不被损坏。

(3)恒电位仪是阴极保护的重要设备，无论管道阴极保护是否采取自动监控，对恒电位仪的产品质量一定要严格把关符合设计要求的标准。

(4)阴极保护工程原理简单，但对施工质量要求高，如:阳极地床点的选择和施工、阴极电缆汇流点的连接施工、绝缘法兰(接头)的安装等，都是阴极保护工程质量要求的重点，须加以特别重视。

(5)对阴极保护站出站管道处应设置1个电位测试桩，这样有利于通过测试电位值很方面的判断阴极保护站内是否存在漏电问题。同时，对穿越公路、河流的管道两边也应各设置1个电位测试桩，这样通过测试两边电位值的变化，会很方面的知道管道穿越公路、河流后是否存在漏电问题。

(6)山区管道阴极保护系统如果采取自动监控管理的办法，就应采取独立信号传输的办法进行，不要与其它系统相关联，否则易导致出现问题后发生扯皮推诿现象。

(7)山区管道阴极保护系统工程的建设，甲方应把其作为一个独立的工程采取全部承包的方式进行，这样甲方既省事也减少了建设阶段和后期服务过程中出现的许多相互之间扯皮现象的发生。

Technical Problems in Cathodic Protection of Mountainous Pipelines and Solutions

Ran Jiansheng，Ning Haichun，Lu Shengwei，Tian Yerui，Huang Mingkui
(SINOPEC PetroChina Henan Oil Field Puguang Company，Xuanhan，Sichuan 636156)

The causes of off－specification of voltage，electric current leakage，damage of long－efficiency copper sulfate reference electrodes，non－matching of constant potentiometer with SCADA system and failure of cathodic protection monitoring system to monitor the voltage at power－on and power－off conditions were studied.The effective measures were adopted and problems were solved such as off－specification of voltage，electric current leakage，damage of long－efficiency copper sulfate reference electrodes，non－matching of constant potentiometer with SCADA system and failure of cathodic protection monitoring system，breaking of anode cables，electric current leakage of pipeline crossing structures，electric current leaking of corrosion protection coating of pipeline and problems in automatic monitoring system of cathodic protection.The precautions in construction of cathodic protection system in mountainous area were presented，which provide a good reference for application of cathodic protection in other mountainous pipelines and for the elimination of the similar problems.

gas pipeline，cathodic protection technology，solution

TE988.2

A

1007－015X(2012)04－0031－03

2012－02－ 23;修改稿收到日期:2012－05－30。

冉箭声，1996年7月毕业于管道职工学院防腐蚀专业，工程师，目前在从事天然气采气技术管理工作。E-mail:luseny73@163.com。

(编辑 寇岱清)