油气长输管道阴极保护有效性影响因素

邱鑫

【摘 要】近年来，伴随着我国能源行业的快速发展，其带动了能源运输行业的发展，特别是在石油、天然气的管道运输方面发展迅速。目前，管道运输是我国石油、天然气运输的主要方式，由于油气长输管道常年埋藏在地下，在运输的过程中存在着诸多的安全问题，其中管道腐化问题最为明显，而阴极保护能有效地防止管道腐化的问题，增强长输管道的寿命。本文针对油气长输管道阴极保护有效性影响因素进行探究。

【关键词】油气长输管道；阴极保护；影响因素

引言

油气长输管线的稳定、安全运行对国家的战略能源安全有着非常重要的作用。而油气长输管道在日常的运行过程中受到种种因素的影响，经常会出现腐蚀的情况，导致管道安全运行受到威胁。阴极保护是油气长输管道常用的一种防腐技术。阴极保护的基本原理如下：在电化学腐蚀过程中，如果阳极首先发生腐蚀那么阴极金属就不会发生腐蚀。利用这一基本原理，在管道防腐过程中为管道金属补充足够的电子，这样被保护的金属表面就会充满过剩的电子，而且都处在同一负电位，这样被保护的金属原子就不会被轻易离子化。

1管道腐蚀现状及原理分析

目前，我国大多数管道都采有涂层防腐的方式降低管道腐蚀速率，所采用的涂层技术有环氧煤沥青防腐层、3PE防腐层等，尽管这些涂层技术使得管道腐蚀速率大大降低，但是不管涂层的质量如何，涂层上都会存在一定的缺陷，例如针孔等，这些缺陷主要是在材料加工及运输的过程中产生的。当涂层及管道埋设于地下以后，受到土壤及地层活动的影响，会使得涂层缺陷扩大化，进而管道无法被有效保护，使得管道腐蚀速率增加，这种严重的管道腐蚀问题将严重威胁油气管道的安全，因此，必须进一步采取措施降低管道腐蚀速率。

2影响管道阴极保护系统的主要因素

2.1管道保护性套管会影响管道阴极保护效果

油气长输管道的阴极保护就是要让阴极保护的电流充满管道的金属表面，在管道金属表面各个点就处在了同一点位，而且电子也处在过剩的状态下，这就对管道形成了很好的保护作用。但是当管道在穿越的时候会采取钢套管保护措施，从而导致阴极保护电流没有达到管道金属表面，而是直接聚集在了钢套管表面，从而导致管道的阴极保护失效。此外，如果管道采取了钢套管保护措施，经常会出现金属管道与钢套管接触后发生短路的现象，这种现象对管道的阴极保护系统也有较大的影响。因此，管道金属表面与钢套管接触出现短路后，阴极保护电流就会出现大量流失的现象，阴极保护就会出现失效现象。

2.2管道周围的电气化铁路对阴极保护系统的影响

油气长输管道由于距离较长，因此途径的环境也非常复杂，环境的影响也会对阴极保护系统造成严重的影响，而在管线途径电气化铁路系统的时候对管道的阴极保护的影响是最大的。电气化的铁路系统中通常都会存在接触系统以及牵引供电网，牵引供电网是由铁路的铁轨、地面、接触网等功能共同组成的，因为大地不是绝缘体，因此，带电的铁路钢轨在与大地的接触过程中会有大量的电流泄漏到铁路沿线的大地中，这样途径电气化铁路的长输管线周围就会形成散乱的高电位电流，这部分电流进入长输管道的阴极保护系统后，就会对阴极保护系统中的电位产生一定的干扰。当干扰超出了阴极保护系统的范围时就会导致阴极保护失效。通常情况下，长输管道带有负电的位置如果有电流流入的情况下，就会形成一个阴极区，该阴极区对管道有阴极保护的作用，但是管道的金属表面电位负值过大的时候就会出现析氢的现象，导致长输管道表面出现防腐层脱落的现象，而杂乱电流流入到管道的阳极位置时，不仅会诱发电化学反应，而且反应的程度比较强烈，从而引起了油气长输管道的电化学腐蚀。

2.3其他可能影响阴极保护系统的因素

除上述情况外，地下管网交叉铺设，彼此之间的阴保系统互相影响，地上电力设备等产生的杂散电流等因素，均会对长输管道阴极保护效果产生影响。

3管道阴极保护系统保护措施

3.1阴极保护方案选择

目前，常见的管道阴极保护方法主要有两种，分别是牺牲阳极的保护法及外加电流的保护法，这两种方法存在原理上的区别，但是都可以对管道起到有效的保护，对于油气长输管道而言，一般都采用外加电流的保护法，这主要是因长输管道的距离相对较长，且受到外界杂散电流的干扰相对较小。此外，对于新建设管道及已建管道部分地段（如穿江、河等地段）会同时采用牺牲阳极法和外加电流法对管道进行保护，起到相辅相成的作用。

3.2采取接地排流的方式确保阴极保护系统正常

如果管道在途径电气化铁路系统的时候不能完全将两者进行安全的隔离，那么可以采取接地排流的方式来进行保护，但是，接地排流的实施同时也要保证管道阴极保护系统的有效运行，避免出现接地排流与管道阴极保护出现冲突的现象，从而对管道的阴极保护效果造成影响。极性排流：该排流方式充分利用了散乱的电流对管道形成极好的保护作用，在实际的应用中不仅操作简单，而且经济性也较好，但是采取极性排流后会对其周边的构筑物造成一定的干扰作用，容易导致构筑物出现电位过负的现象，在交流干扰区域内该方法的实用性较差。油气长输管道在选择排流方式来去除分散电流的过程中，要充分的结合长输管道出现分散电流现场的实际情况来合理的选择排流方式，排流装置完成安装后要及时的开展监测并将设备调试到最佳状态，这样才能确保管道的阴极能够时刻处在合理的范围内，充分发挥出阴极保护系统的保护作用，避免油气长输管道在运行过程中出现腐蚀的情况。

3.3失阳极造阴极的保护措施

此保护措施的实施原理较为简易。主要在管道的外壁附着一层比管道金属因子更为活跃的金属材料，促使管道金属、所附着金属材料、水蒸气扥电解质共同融合成原性电池，其中阳极是尤其活跃的金属、阴极则是管道，两者共同暴露在腐蚀物质面前，而阳极活跃金属被持续性腐蚀，管道相對则被保护起来。在进行此项防腐措施过程中，首先根据运输管道的所处地理环境、管道长度、管壁厚度进行分析，确保活跃金属材料的放置位置、用量能够最大范围是发挥其效用。

3.4外加电源的阴极保护措施

该防护措施在管道防腐蚀方面的应用情况较少，特殊环境情况下除外。从理论参考角度来说能起到一定成效，其使用方式"简单粗暴"，通过对金属管道外壁增加电源，以起到保护管道外壁的作用。使用较少主要因为管道输送介质本身即是易燃易爆物品，如果电流的设置无法确保其百分百安全、有效或发生意外时难以控制，即很大程度上出现爆炸的风险。同时外加电源的阴极保护措施的具体实施过程中，也需要按照管道所处环境的不同、管壁厚度等等因素确定具体设置的电流量与电压数。相对来说，成效与综合成本的比例略低于牺牲阳极造就阴极的防护措施。

结语

总而言之，在油气长输管道的运行过程中阴极保护系统是一种非常有效的防腐蚀途径，而在长输管道穿越时采取的钢套管保护以及电气化铁路在大地中形成的杂散电流对长输管道的阴极保护系统有非常大的影响，经常会导致管道阴极保护的失效，使得长输管道出现腐蚀情况，影响了常熟管道的正常运行。而通过研究提出了提升管道自身性能以及采取接地排流等方式能够很好的解决阴极保护失效的问题。充分保证了长输管道的安全运行。

参考文献：

[1]袁晔.关于油气长输管道阴极保护系统维护及提升的探讨[J].中国新技术新产品，2016，（17）：46-47.

[2]高洁玉，孟波，王民.长输管道阴极保护系统现状评价及对策研究[J].化工管理，2015（24）：125.

（作者单位：中石油山东输油有限公司）