阴极保护在采输卤管道中的应用及效果

陈绪林 万云飞

（江苏淮盐矿业有限公司，江苏 淮安 223343）

阴极保护在采输卤管道中的应用及效果

陈绪林 万云飞

（江苏淮盐矿业有限公司，江苏 淮安 223343）

本文主要介绍阴极保护的方法、日常维护中的技术要求，测量过程中应该注意的方面，并探讨了阴极保护在长输管道中的重要作用和实际使用效果。

阴极保护 腐蚀 杂散电流

淮盐矿业有限公司是专业开采地下岩盐资源企业，溶解后的岩盐通过187 km的长输管道，呈“Y”型分别向连云港市的灌云县金桥日晒制盐和盐城市响水县瑞泰滩晒集团2大用卤单位输送，管道投资4.8亿元，主线为Ф559 mm螺纹钢管，支线为Ф406 mm螺纹钢管，保护输卤管道对于企业来说显得非常重要，因此，公司专门成立管道巡线站，定期对全线实行监察，并实时对管道的阴极保护装置进行参数测量，以确保大动脉的正常工作，保障下游企业的卤水供应。

淮盐矿业公司的长输管道采用埋地方式铺设，沿线穿越地形、地段较为复杂，土壤性质差异较大,淮安地区土质属于相对干燥的沙质土，2个卤站地处黄海边缘，土质属于潮湿咸粘土，土壤电阻率最低22.8 Ω·m，最高182.8 Ω·m，一般地段在80～120 Ω·m，因此外部因素对管道存在着不同程度的腐蚀。摆在公司技术人员面前的课题是应用现代腐蚀理论和防腐技术，降低管道腐蚀。

管道埋设于地下，长期受到外部土壤和内部介质的强烈腐蚀而经常发生泄漏事故，经常导致管道设备非计划性检修、更换和停产，并造成了一定的环境污染，导致了巨大的直接和间接的经济损失。因此，埋地管道的腐蚀问题与保护越来越引起人们的重视，埋地管道腐蚀通常原因主要有：土壤腐蚀、大气腐蚀和生物腐蚀3种。管道防腐层在生产、运输、施工中无法保证不受损坏，特别是穿越段更是不可避免会产生一些损伤；另外管道与腐蚀环境、介质做不到完全隔离，更何况用于防腐绝缘层的材料都不同程度地具备吸水性和透气性，埋地后在土壤溶液作用下，管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落。因淮盐矿业公司采输卤管道输送的卤水，如发生泄漏将造成环境污染，带来不可估量的损失。因此，单纯地对埋地钢管采用防腐涂层的防护办法不能有效解决埋地管道腐蚀问题。

淮盐矿业公司的长输卤管道，采用内、外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用，穿越段采用牺牲阳极，构成一个完整的阴极保护系统，达到最经济、最合理的防腐蚀效果。通过几年的运行证明，阴极保护系统的保护效果得到充分发挥，管道腐蚀得到有效延缓，从而延长了管道的使用寿命，对节约能源、减少投入、增加效益以及促进输卤管线区域内的盐化工发展均有重要意义。

1 阴极保护的实际效果及运行维护

1.1 实际效果

1.1.1 阴极保护的运行效果

淮盐矿业公司采输卤管道的阴极保护由4个阴保站，淮安赵集首站1个，中间设1站，2个卤站各1个，构成了每个站点的有效保护距离小于40 km的最佳保护范围。4个站场恒电位仪的电位输出是根据环境因素、土壤电阻率要求，设定为-1.2 V。在运行的几年里，数次对赵集首站至灌西卤站和灌东卤站长输管线阴极保护系统中的160个测试桩的管道保护电位进行测量，测量结果为-1.20～-0.98 V（相对硫酸铜参比电极）。由以上数据可知，长输管道对地电位均低于极化电位-0.85 V（相对硫酸铜参比电极），符合设计和规范的要求。在淮盐矿业187 km的地埋输卤管道区域内，实际保护电流的密度及效果每段都有差别，4个阴保站的阴极保护装置投入运行后，每台设备输出总电流达10～15 A。160个测试点的数据都满足保护电位要求，合格率达100%，总的保护效果达到预期目的，能满足实际保护的需要。为了掌握阴极保护的运用效果，公司每隔2～3年还要进行管道全线的防腐检测，腐蚀点检测，以确保输卤管线的安全和使用寿命。主要内容：管道防腐层破损点检测、管道外防腐层绝缘电阻率计算、管体剩余避厚检测、管道非正常搭接监测、管道铺设外部环境监测、管道防腐层等级检测、管道阴极保护系统测试与评价、管道防腐系统综合评价及整改方案编制等。

1.1.2 阴极保护的辅助运行效果

充分了解阴极保护的特点和技术，可以辅助分析管道的绝缘情况。在几年的运行维护中，我们经常会遇到沿线管道由于外单位施工造成的管道外防腐层损坏，这时电位测试桩和恒电位仪的输出由于损坏的程度不同，数值会有一定变化，严重时阴极保护装置将无法正常工作。2013年5月，灌西卤站抄录阴保设备数据时发现阴保设备电流值比以住偏大，一般值为4.0 A，这次达到10.5 A，于是到管线上测量各点的电位。测量中发现，在X9测试桩测得电位为-1.19 V，测量到X12测试桩时，电位上升至-0.76 V，再与原来数据进行对比，不到5 km管线中，电位绝对值下降0.43 V，且低于最小保护电位值，于是要求测试工进一步测量，并核实测量仪器，测量方法，无误后判断该段管道有问题。组织巡线人员对该段管线进行详细探查，结果在一村庄里有建筑房屋施工，经过管道探测仪测定，就在管道旁。后经当地相关部门协调，停止该房屋施工，对房屋桩基进行排查，发现有一根基础桩打在管道边，并造成防腐层严重破损，查明后对其进行防腐层修复，并拆除非法建筑。再次测量X12桩时，电位恢复正常。因此，阴极保护的技术数据是管线维护人员排查故障的依据，可根据各点的电位变化排查出损坏点，这样就可及时地进行防腐修复，有效地预防管道由于防腐层损坏造成的腐蚀现象。

1.2 运行中的管理和维护

1.2.1 阴极保护系统的日常管理

阴极保护系统应有专人管理，并配备专用仪器工具。记录好各项技术参数，定期对设备进行维护、更新。具体要求是：

（1）阴极保护岗位的运行管理人员上岗前应进行岗位技术培训；

（2）阴极保护管理部门应收集、整理、保存竣工资料及运行资料；

（3）施工及维修等方案的制定应有阴极保护方面的工程技术人员参加，对可能影响阴极保护系统进行的工程项目应采取必要的预防措施；

（4）测试用仪表及参比电极应定期进行校验。

1.2.2 日常运行中阴极保护的技术参数要求

（1）阴极保护设备运行率应大于98%。

（2）阴极保护通电电位应控制在-1.30～-0.9 V（相对于Cu/CuSO4参比电极），断电电位应控制在-1.20～-0.85 V（相对于Cu/CuSO4参比电极）。

（3） 测量用便携式Cu/CuSO4参比电极内的CuSO4溶液应处于饱和状态，参比电极底部的渗透膜应渗而不漏。参比电极中的紫铜棒应定期擦洗，露出铜的本色。配制饱和CuSO4溶液应用化学纯的硫酸铜晶体和蒸馏水。

（4） 测试桩应统一编号，每年进行一次检修，应保持标记清楚、完整，并作好记录。

（5） 测量用导线宜用铜芯绝缘软线，当存在干扰时宜选用屏蔽导线，各测量点必须保证接触良好。

1.2.3 电源设备管理

（1） 阴极保护电源设备应做到无灰尘、无缺件、无杂物，技术状态良好。

（2） 电源设备应每月维护保养一次，每季度检查维修一次，保证设备完好。

（3） 定期检查电源设备的避雷设施，雷雨季节增加检查次数，以保证避雷设施安全有效。

（4） 阴极保护间不得与其他用途的房间合用，并应保持清洁卫生，设备工具摆放整齐。

（5） 建立设备管理档案，认真填写运行、维修、故障记录。

1.2.4 阳极地床的运行管理

（1） 阳极地床处的地面标志及接线盒应保持完好。

（2） 阳极接地电阻每年应测量一次，测量时应断电操作。

（3） 在运行过程中，接地电阻影响阴极保护系统的正常运行时，应对阳极地床进行重新埋设或更换处理，并做好详细记录。

1.2.5 强制电流阴极保护的运行管理

（1） 阴极保护系统不得任意中断。

（2） 恒电位仪的输出电位应使各测试点的保护电位达到要求。

（3） 每日检查阴极保护电源一次，并记录给定电位、输出电流、输出电压等参数。

（4） 每月对各测试点进行一次保护电位测量。将保护电位、恒电位仪运行参数等填入统一格式的报表，并报上级管理部门备案。

1.2.6 测量电位时技巧

（1）测量时要带上锉刀一把，将电缆头、测试点上的氧化层锉去，以减小测量误差，最大限度地保证数据的真实性、准确性。

（2）测量时要带上一瓶水，在土壤干燥地方用水淋湿便携式参比电极所放置的位置，以使便携式参比电极下部微孔膜部与大地有良好的接触，减小测量时的IR压降，测量数据相对准确度得到提高。

（3）测量测试桩电位时，应将便携式参比电极尽量靠近管道体旁，减小测量误差。

（4）便携式参比电极里的硫酸铜溶液一定是饱和溶液，用蒸馏水调剂，底部应可见少许没深化的蓝色硫酸铜固体，一年更换溶液一次。

2 其他测量的重要性

阴极保护装置的数据测量，除了以上的设备参数、测试桩电位测量，还有自然电位、杂散电流、瞬时断电电位等数据的测量；这些数据在阴极保护系统中同样有着重要的作用，可更好地分析沿线管道受外部影响的因素，管道防腐情况，便于加以解决，确保保护效果达到最好状态。

2.1 自然电位的测量

自然电位是管道自腐蚀电位，在管道上实施阴极保护后，自然电位作为参照，在此基础上负偏移100 mV或300 mV，称为极化，极化电位达到-0.85 V管道认为得到保护。测量自然电位要将所有阴极保护设备断电24～48 h后进行测量，其时管线中的极化电流已经耗尽，所测电位就是管道本身的自然电位。它与瞬间断电电位（断电后0.2～0.5 s）差值不得小于100 mV。

2.2 杂散电流的测量

杂散电流能使地下管道产生强烈的电化学腐蚀。淮盐矿业公司管线沿线的干扰电流主要来自高压输电线路，当高压线路与管道平行走向时，干扰最强，杂散电流最大。2012年12月公司年度对全线所有测试桩进行测量、维护，测量至灌南县花园村Z89桩时，万用表指针摆到很大，无法测量到数值，然后将万用表打至交流档测量，显示交流电压为30 V。根据以往测量结果，该段没有发现这类现象，对周围环境认真查看后，发现与管线基本平行新上了一条高压输电线路，并且平行走向距离达到1 km多，于是就对该段进行交流排流措施，排流后该处电位基本恢复正常。根据我国的行业标准规定，管道附近土壤中电位梯度大于0.5 mV/m时认为有干扰的可能，当电位梯度大于2.5 mV/m时应考虑采取防护措施。当管道在杂散电流处有1 cm2的防腐层破损，且此处有1 mA的杂散电流流出时，该处的腐蚀速度将达到12 mm/a。在杂散电流干扰严重的地区，可以通过设置排流锌阳极组来减少杂散电流对管道的腐蚀和干扰。

2.3 其他测量

2.3.1 牺牲阴极测量

管道在穿跨越处都要有特殊保护，如公路和铁路穿越工程，由于承重，需要加设保护套管。理想的套管穿越，是主管道和套管之间2端用软性材料密封和中间安装绝缘支架，管道应与套管保持较好的电绝缘。但在实际工程中，很难做到这一点，会出现没有阴极保护的电流穿过套管壁流向套管内主管道表面，使得位于套管内的主管道处于自由腐蚀状态，而套管则得到很好保护。 因此，要在套管内设计安装带状锌阳极保护，或在穿越处埋设牺牲阴极保护。要定期对牺牲阳极进行测试，一般牺牲阳极的使用寿命5年左右，如果测试不达标就考虑更换牺牲阳极。另外，牺牲阳极与连接管道的电缆颜色应与其他电缆颜色区分开，以便辨认检测。阳极的埋设点必须做永久性标志。

2.3.2 阳极地床测试

阳极地床作用是将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上。阳极材料一般采用高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极，在盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用含铬高硅铸铁阳极。它的使用寿命在5～10年，因而必须要每年对阳极地床进行测试，接地电阻不大于1Ω。如果数值偏大，说明阳极地床出现问题，将对整个阴极保护产生不良作用，所以对阳极地床的定期测量也是阴极保护系统中一项不可疏忽的事宜。

2.3.3 设备原件测量

另外对长效参比电极、接地电池、绝缘法兰等的测量也非常重要，这些都是构成整个阴极保护系统不可缺少的设备元件。在正常的运行中，如果这些部件出现问题，阴极保护系统运行将出现不正常现象。因此，管道维护人员必须做好日常的巡查、记录工作，一旦出现异常，即可有对比数据、参考资料，以便最快地找出问题，解决毛病，确保阴极保护的有效运行。

3 技术改进

随着阴极保护系统的不断发展，高新技术不断地涌现，新产品也不断流入市场。淮盐矿业公司紧跟着阴极保护发展步伐，不断吸收新技术，新设备。对恒电位仪，测试桩等相关设备进行相应的更新改进，新的系统增加RTU远传远控功能，实现阴极保护电流通断测试，采用目前国外、国内较先进的技术，实现全线阴极保护站数字化管理。恒电位仪具有断3 S通12 S的断电测试状态功能，同步在0.001 S，可以方便准确地测量到瞬间电位，更好地发挥出阴极保护的功能和作用。新的阴极保护系统还具有数字采集，信息查询，统计分析，远程控制等功能，可以在首站集控室就能掌握沿线管道阴极保护情况，远程操作其他站点的运行参数，实现集中管理，分别负责的模式；系统中的专家判断功能，可以自动地对异常情况进行系统分析，提供故障原因、解决方案等，为维护人员提供快捷、准确、科学的解决方案和预防措施。

仪器设备的更新对保障阴极保护装置可靠运行，预防管道腐蚀确实带来了很多益处，但是提高管道巡查、测试人员的业务素质，更为重要。178 km的长输管道，巡线时能做到哪些地方需要加强监视力度，哪些地方需要频繁观察、测量，测量时怎样减少误差，如何正确使用仪器仪表等等，这些都是对巡线工和测试工的基本要求。淮盐矿业公司采用公司内部专业技术人员定期讲课和定期聘请外部专家指导授课相结合的方法，大大提高了巡检、测试人员的技术素质，在平时的运行维护中也多次发现问题，并较好地解决缺陷。例如2011年10月，灌东卤站巡线人员发现管道附近有施工迹象，立即报告站长，并采取每天监视2次，时刻把握动向。在20日时，施工单位预在管道上向下打桩，巡查人员当场予以制止，后经地方相关部门协调，有效地避免了一起施工损坏管道的行为。拥有一支技术过硬，素质过强的巡查、维护人员，是淮盐矿业公司的“生产大动脉”正常运行的首要条件，他们时刻为淮盐矿业公司的生产输送保驾护航。

4 结束语

本文联系阴极保护系统的理论与实际，通过具体的实例介绍了一种常用的管线阴极保护方法，其中实际应用中杂散电流腐蚀一直是阴极保护技术的一个难点。我们在杂散电流强度超过标准规定的地点都增设排流装置，不仅能排除杂散电流，还可以为管道提供一定的保护电流。实践证明，为了使埋地管道有效地防腐，需要采取外加电流与牺牲阳极联合保护的方法。目前，联合保护已得到了广泛的应用，并取得了很好的效果。总之运行好阴极保护系统对维护好几亿元管道资产有重要的作用、意义。

Application and effect of cathodic protection in halogen pipeline

CHEN Xu-lin WAN Yun-fei
(Jiangsu Huai Salt Mining Co., Ltd., Huaian 223343, China)

The requirement of cathodic protection method, routine maintenance of the technology and attention in the process of measurement were introduced in this paper. The important role of cathodic protection in long distance pipeline and the actual use effect were discussed.

cathodic protection; corrosion; stray current