用试片法测量管道的极化电位

马彦昌,李国兴,杨会香,冯红臣

(1.河北石油职业技术学院,065000；2.管道局第四工程分公司,221008；3.黄骅市瑞晨防腐材料有限公司,061100)

0 引言

随着人们对阴极保护理论认识的提高，现在，从业者大多都知道，判断管道阴极保护是否充分或是否有过保护，依据的是管道的极化电位，即断电电位。然而，在某些情况下，作用在管道上的所有电流源是没有办法同步中断的，如牺牲阳极保护管道。即便是阴极保护系统可以同步中断，如GPS同步的外加电流电源的同步中断，但由于管道不同位置的极化程度不同，所以，电源中断后，管道各部位之间的长线电流也无法消除，这也会给断电电位测量带来误差，研究发现，该误差在10-30mV之间。用地的紧缺造成多条管道、高压输电线路、电力机车系统经常公用一个走廊，各种电气化设施以及各条管道的阴极保护系统电源都会成为干扰源，而同步中断这些干扰源更是不可能的。这就给管道极化电位的测量带来了困难。为克服这些环境因素带来的困难，古老的试片法又重新得到人们的关注，而用试片法进行管道断电电位的测量也得到了进一步的研究。

1 测量原理

众所周知，管道的腐蚀会发生在防腐层缺陷点处，如果防腐层是完整的，管道不会腐蚀。我们真正关注的是管道防腐层缺陷点处的保护水平。为了测量到防腐层缺陷点处的保护电位，我们用试片来模拟管道防腐层缺陷点。该试片平时通过测试桩与管道连接，得到同样的阴极保护。测量时，瞬时从管道上断开，这样，就可以测量到试片的断电电位而不需要对管道上的所有电源进行中断。试片的电位就是同一位置，同样大小的管道防腐层缺陷点处的保护电位。该方法同时消除了杂散电流、长线电流等各种干扰因素的影响，可也得到较为准确的保护电位。

2 测量方法

2.1 试片法断电电位测量有两种形式，一种是将参比电极与试片组装在一起，称为极化探头；另一种是将试片固定在参比管上，利用便携式参比电极进行测量，称为参比管试片法。当使用试片时，参比电极中的电解液会逐渐渗漏直至参比电极失效，同时，渗漏出来的电解液会改变试片所处环境，当硫酸铜电解液与试片接触时，会发生置换反应，试片表面被铜覆盖，改变了其极化特性，参比电极电位漂移时也不易察觉。采用参比管，由于参比管的屏蔽作用，利用便携式参比电极在地表就可以进行测量，避免漏液带来的问题。

2.2 试片面积的选择，试片的面积根据防腐层类型、施工质量、管道所处环境及建设年限确定，试片的面积一般在6.5～50cm2之间。如果试片面积太小，它与土壤的接触电阻和管道涂层缺陷处差异过大，腐蚀特性也会不同。如果试片电位测量说明该点保护满足规范要求，只代表管道上涂层缺陷点面积小于试片面积的漏点满足保护要求，不说明涂层缺陷点面积大于试片面积的涂层缺陷点保护是否充分。

2.3试片的埋深及回填状态与管道相同。在测量之前，应确认阴极保护运行正常，试片与管道已连通，管道和试片充分极化。测量中，将直流数字电压表的正极接试片，负极接硫酸铜参比电极。测量并记录试片的通电电位。

2.4 将试片与管道断开，立即测量并记录试片的断电电位。所测得的断电电位，代表埋设点附近与试片同等面积防腐层缺陷点处的极化电位。所测量的试片断电电位和把参比电极放置到管道正上方测量到的断电电位会有所不同，因为当参比电极位于管道正上方时，所测量到的断电电位是附近所有防腐层缺陷点断电电位的综合值，而试片断电电位代表的是某一位置，同样大小的一个防腐层缺陷点的电位。

2.5 试片的通电电位与参比电极位于防腐层漏点正上方时测得的通电电位类似。由于试片与管道在电位读数中所占的比例难以分析，因此，该值不宜作为评判管地电位的依据。

2.6 试片要选用与管道类似的钢材，钢材的含碳量或强度对其腐蚀特性影响不大。因此，试片材质不必和管材完全一样。

参比管断电电位测量

参比管断电电位曲线

3 如何确定自然电位

3.1 如果试片的断电电位满足保护指标，说明管道保护充分，如果试片断电电位比-0.85V正，要判断管道是不是满足100mV阴极极化。此时，可以用试片的断电电位减去管道的自然电位。如果不知道管道的自然电位，可以利用试片的自然电位，试片的自然电位受试片表面光亮程度影响，应将其埋设并自然锈蚀一段时间（1到12个月）后，再测量其自然电位。

3.2 如果管道的阴极保护为欠保护，管道仍处于腐蚀状态，金属离子浓度增大，其自然电位只会比施加阴极保护时更正，而不会更负，如果管道阴极保护良好，管道的自然电位也会因为环境的PH值增大而正向变化。一般来讲，管道保护充分时，自然电位不会有太大变化（自然电位变负是因为管道没有完全去极化或受杂散电流干扰），所以，可以采用管道施加阴极保护时的自然电位（除非土壤特性发生巨大变化，如，土壤受到污染）。

3.3 通电试片的去极化电位和自腐蚀试片的自然电位会有差别，可能会正于自腐蚀试片的自然电位，因为阴极保护改变了通电试片的环境。对于同样的试片，在腐蚀性强的环境中电位较负（可以达到-0.80V CSE），在土壤腐蚀性弱的环境中，试片的自然电位较正（干沙中可以达到-0.30V CSE）。可以以此来判断土壤的腐蚀性。

3.4 某燃气公司对输气管道进行了阴极保护有效性检测，该管道是1997年建设的，在2006年追加了阴极保护，当时测量到的管道自然电位是-0.55V CSE。2011年进行外检测。由于牺牲阳极直接与管道相连，所以，无法获知管道目前的自然电位。管道的通电电位为-0.91V CSE。通过埋设试片，测量到试片的自然电位为-0.69V CSE，试片极化电位为-0.72V CSE，由于试片的断电电位没有达到-0.85V CSE，所以，决定用100mV指标来判断管道的保护状况。如果用试片的断电电位减去其自身的自然电位，其值为30mV，显然，不满足100mV指标。如果减去管道追加阴极保护时的自然电位，则极化值为170mV，满足100mV阴极极化要求。实际开挖发现，管道涂层缺陷点处并无腐蚀。因此认为，可以用试片的断电电位减去管道追加阴极保护时的自然电位进行阴极保护有效性判断。

4 测量中注意的问题

4.1 如果试片很光亮，其自然电位会很低，甚至低于-0.80V CSE。如果管道的自然电位比较正，比如-0.50V CSE，由于探头的断电电位不可能正于-0.80V CSE，以此判断，其结果是管道的阴极极化一定满足100mV指标，这个结论是错的，因为管道的断电电位可能比-0.80V CSE更正而试片断电后，电位不会正于自然电位。所以，在利用试片测量断电电位时，其断电电位值一定比其自然电位值更负才有效。如果管道为欠保护，其通电电位比试片的自然电位还正，此时，试片和管道连通后，将成为阳极而发生腐蚀。只有将试片自然锈蚀一段时间后，才可以实施测量。管道的断电电位主要取决于管道所处环境和施加的电流密度，与自然电位关系不大，所以，试片的断电电位可以代表该位置管道涂层缺陷点的断电电位。

4.2 当需要测量两个测试桩之间的管道极化电位时，需要将试片移到两测试桩中间位置，受导线电阻影响，进入试片的电流密度会降低，试片的极化电位也会减小。同时，如果万用表的内阻不足够大，通电电位读数也减小。所以，尽量避免将试片移开测试桩位置。当管道有开挖补漏时，可以直接在涂层漏点处做连接。

4.3 一般情况下，可以用测试桩之间某点的通电电位减去测试桩位置的通、断电电位之差（IR降），来计算该点的管道极化电位。

4.4 采用参比管进行测量时，参比管内要填充密实的电解质（土壤），将参比电极位于参比管上部，并与参比管内的土壤紧密接触，读取试片的通、断电电位。如果数值相差不大，说明参比电极与试片之间IR降不大，如果数值相差较大，应取试片断电电位作为管道的保护电位。在存在动态杂散电流干扰的管道附近，如果试片的自然电位是稳定的，说明杂散电流不会形成电位梯度，对试片的断电电位测量没有影响。受动态杂散电流的影响，试片的通电电位有时会比断电电位更正。

4.5 国内多数试片制造商并不了解试片测量原理，试片距离参比电极有一定的间距。用这种探头测量时，必须读取断电电位，有杂散电流干扰时，由于参比电极和试片之间的土壤电位梯度，即便断电也不能全部消除其干扰。因此，最好采用环形试片，参比电极位于其中心位置。

4.6 试片的断电电位满足要求时，不代表剥离的防腐层下面的管道得到充分保护，因为阴极屏蔽会阻碍阴极保护电流流向管道。