输气管道阴极保护措施探析

徐艺峰

摘要：针对输气管道阴极保护管中电流的分布规则，利用数值模拟方式在不同阴极保护站间距下的沥青石油以及3PE的防腐处理下，计算管道的阴极保护数据，按照参数结果探讨了管道沿线区的电流密度值、管中的电流和形成管内阻电压降的关联分布规则，进一步对管道断电电位和IR降研究分析。

关键词：管道;阴极保护;数值模拟

控制输气管道工程腐蚀问题的基本技术手法为阴极保护长效功效以及防腐层完整功效的测试。这中间最核心的是密间隔电位检测技术的应用。这项技术不仅可以应用于断电电位标准评判阴极保护的有效功能性，还可以帮助地表电位梯度检测到防腐层的破损位置。当前根据不同的管道工程检测结果的数据信息表明，3PE防腐层处理后的阴极保护电位曲线与其他方式的防腐层的曲线分布规则有不同。随着阴极保护数值模拟技术的进步和发展，利用其技术对阴极保护电位曲线分布规律的分析和测试，进行了相应尝试，应用阴极保护数值模拟的软件对相关的问题进行了分析研讨和数值模拟计算。

1数值模拟计算方式

1.1确定模拟尺度和计算数据

输气管道多则数千公里，我们先要设定阴极保护数值模拟的最小尺度，起保护作用的恒电位仪在每个站场的沿途设立，首位或末位恒电位仪只对上下位置有保护作用，中间站的对两边及上下都有保护作用，因此，中间站的阴极保护反映规律分析更适合。把2个阴保站缩为最小尺度模型制作。选用一个阴保站和两边半个站间距的管道设计制作最小尺度模型，进行相应的模拟运算。选用一个站间距和两边半个站间距的管道运算，可以展现一个站间距管道设施的电位分布情况。

经过现场试验，选用3PE防腐层以及石油沥青电阻值比较低的防腐层进行对比，两类防腐层的保护电流密度是每平米两微安以及每平米0.2毫安，选用的站间距是100千米和50千米，选用三组电阻率分别为20欧、100欧、1000欧的土壤，进行相应的电位运算，结果发现，20欧和100欧的土壤电阻值情况下的电位运算差异性极小，但是到1000欧电阻值的土壤情况下，管道的沿线区域电位分布变化就有了急剧上升趋势，为减少相关影响因素，选用了100欧的电阻值土壤进行相关运算。

1.2运算结果

按照数据制作模型，获得两类防腐层管道设施的电位分布情况，3PE的管道区域电位降约为50微伏，石油沥青类型的大约是250微伏。管道沿线区域是管道末端位置到接近阴保站阳极的位置，管道末尾是有阴极保护电流通过的位置，管内电流为零。

2对电流密度与管道内阻电压降的研讨

2.1管道沿线区域电流密度的解析

通常认同，埋地管道的阴极保护电流通过远地地表在管道上是均匀分散的，这一结果通过3PE管道阴极保护的计算方法得到了证明。计算结果表明3PE管道沿线区域是因为管内电流引发管道电压降原因导致的电位差异性，管道沿线区域的阴极保护电流密度大致相同。然而，相对电阻值低的石油沥青类防腐层管道设施，它的阴极保护结果却不同于这个分布规律。我们分析这个问题，首先，3PE防腐层的管道阴极保护效果不是在任何情况都是均匀分布的，相等的保护数值情况下，当3PE管道阴极保护的站间距随着增加，它管道尾端位置的电位也随之越正，最终的情况是站间距过于长，管道末端的自然电位就得不到保护举措了。数据模拟运算200千米站间距的3PE防腐层管道的阴极保护测试结果显示，有其他影响数值一定的情况，管道末端的保护和通电点位置的保护电流密度能有两到三倍的差别，这充分说明只能是恰当的阴极保护站间距才会有均匀的电流密度和电位分布规律。

因此，输气管道阴极保护站间距的数值与防腐层绝缘性能数值互相配比时，就会产生管道沿线区域电流密度和电位的均匀分布，其中，防腐层类别影响管道的电位分布曲线，在实际工作中，沿线区域的地床土表电阻值多少以及防腐层不同类型和质量问题都会有变化影响到现场电位分布情况。

2.2管道内阻电压降的简析

管道电势与地电势的差就是管地电位。管道未作业没有阴极保护时，管道电势数值为零，施行保护效果后，末端位置没有保护无电流通过管道电势数值为零，接近通电点位置越近，管内电流越大，从电势数值为零累计的电势降随之增加，管道电势随之越负。测试的管道设施的某个管地电位包括管内的积累电势降，呈现管道电位越负越接近通电点位置的分布变化。

防腐层的电阻值比较高的情况下，电流密度又比较小时，是因为管中电流产生的内阻电压降引发的管道沿线电位差异。防腐层的电阻率比较低，电流密度比较大并站间距比较长的情况下，管道沿线区域的电流密度有比较大的差异，这是因为电流密度差异引发极化差异现象导致管道沿线区域电位分布变化。管道沿线区域电位分布变化的原因还可能是，防腐层管道设施电阻值低的情况，需要较大的保护电流才可以被保护到位，而较大的保护电流会形成管内阻电压降和较大的电流现象。

对于沥青类型的电阻率比较低的防腐层处理测试表明，管道的通断电位中的IR在200到300毫伏之间，IR值大就会接近通电点位置，管内阻电压降也相同，越是接近通电点位置随之增加。

IR降是防腐层电阻和电流密度的乘积，可以对防腐层质量标准有效评断，但具体操作中，要对管道通电点位置远离。

结束语

结果表明，3PE防腐层管道的电位分布曲线变化在100千米的站间距，每平方米两微安电流密度等方面的情况下极小，并沿线区域的电流密度均匀分散，接近相等。管道阴极保护的站间距数值与防腐层绝缘性数值互相配比时，在管道沿线区域分布比较均匀，达到最佳保护目的。石油沥青类的防腐层与3PE防腐层管道相比，因为石油类防腐层的处理沿线区域电位分布曲线呈漏斗状态，3PE防腐层的管道沿线区域分布情况是大致平缓的走向，这些原因导致了石油沥青的防腐层管道设施站间距保护效果比较长，优于3PE防腐层管道设施。当管道获得阴极保护的时候，管道内电流在其中会产生内阻电压将现象，电压降越大，表示与通电点的距离越近，在断电测试时此电压降能否消失还有待进一步证实。

參考文献：

[1]减少钢制弯管防腐层脱落几率[J].杨再忠. 全面腐蚀控制.2016（12）