交流干扰对埋地管道阴极保护电位的影响分析

关键词：埋地管道;交流干扰;阴极保护电位

1 阴极保护方法的分类

1.1 牺牲阳极法阴极保护

牺牲阳极保护的方式简单说就是对腐蚀物进行替换，将具有较强还原性能的金属材料与管道进行连接，使之形成回路，并用来替代金属管路被腐蚀。采取此种方式会使被腐蚀的程度被降低，对管路进行保护，以提高其使用寿命，延长使用的时间。这种材料分为阳极材料与辅助阳极材料两种，随着技术水平的不断提升，材料也在不断地更新中。材料不同功能也是存在差异的，比如合金当中镁的密度是很低的，电位也很低，极化的效率较低，是十分适合应用在土壤中的。锌合金的阳极腐蚀程度相比较弱，极化的效率更高，使用时间更长，所以更适合应用在酸性或者碱性的土壤中。铝电位是处在锌与镁之间的，所以表面很容易出现钝化的现象，会对阳极材料形式合起来发生反应。阳极材料是不断地发生变化的，但是从整体形式上来，阳极材料中还有一些没有解决完的问题，比如，自身缺乏良好的调节与控制能力、在特殊的环境下容易出现极性逆转，辅助的阳极气阻值较高，屏蔽时容易影响到阴极保护等。

1.2 阴极保护系统有效性的检测方法

密间隔电位（CIPS）测试法是用于评价阴极保护系统的有效性重要方法。本方法可用于衡量管道各点的阴极保护状况，决定是否采取进一步措施，给运行管理方提供全面、合理的监测及维修方案的测量。CIPS的含义是近间距管对地电位测量。测量时，在阴极保护电源输出线上串接断流器，断流器以一定的周期断开或接通阴极保护电流。例如在一个周期中4s接通，1s断开。测量从一个阴极保护测试桩开始，将尾线接在桩上，与管道连通，操作员手持探杖，沿管顶每间隔一定距离测量一个点，记录下每个点的ON/OFF电位。这样就可以得到沿管道的管对地电位的两条曲线，OFF电位值是代表实际对金属表面施加的真实保护电位，看它相对-850mV的变化，可知某处阴极保护的实际效果。

2 管线阴极保护影响

2.1 不同地形产生的电阻率不同

长距离输油管道测试点比较稳定，但是在其他点位测试，则会出现问题，起不到阴极保护的目的，管道及牺牲阳极埋设深度2m到3m，而实际油田长距离输油管道都高出50km，这种长距离传输过程中，往往会出现电阻率不同，不同的地理性质会产生不同的现象，导致了管道两头落差大，形地貌环境的不同，直接反映的就是地下地层结构变化，管道经过的区域会出现土壤、砂岩、泥岩、第四系马兰黄土、离石黄土等，区域不同，则电阻就会不同。

2.2 现场实测自然电位与设计电位不符

在实际应用过程中，往往会出现各种因素，导致整体效果不良好，现场实测自然电位往往会受温度、湿度、导电率的影响，那么，测试时，就需要根据现场情况灵活调整，以实测数据为准，设计电位主要是实验室产物，不能代替实际情况，如果解决不好实则自然电位和设计电位的关系问题，那么，就无法起到保护作用。当前的仪器没有温度、湿度调整功能，进入现场后，需要进行科学的调整，保证数据精准。

3 交流干扰对埋地管道阴极保护对策

3.1 阴极保护断开保护

①在0～300s范围内，X80钢试片自腐蚀电位基本稳定在-0.72V（SCE）;②當对其施加阴极保护后，试片电位迅速负移至-0.85V（SCE）并在300～600s范围内保持稳定;③在600s时，启动交流干扰源施加4个不同数值的交流电流密度对试片进行干扰，可以看出，试片电位与预想结果不一致：均发生正向偏移或负向偏移;从初始时刻（660s）来看，当IAC=10A/m2和30A/m2时，试片电位正向偏移;而当IAC=50A/m2和100A/m2时，试片电位负向偏移。当IAC=10、30和100A/m2时，在第3阶段（600～900s）范围内，试片电位基本保持稳定，而当IAC=50A/m2时，随着时间的推移，试片电位逐渐正向偏移，最终略正于第2阶段试片的阴极保护电位;④当到达第4阶段时只存在交流干扰，此时试片电位均出现大幅度正向偏移，并且在整个阶段范围内基本保持稳定;同时与第3阶段初始时刻的电位相比，第4阶段初始时刻的电位正向偏移程度随着交流电流密度的增大而减小;⑤当进入第5阶段（1200～1500s），交流干扰和阴极保护均断开后，从理论上来说，试片电位应正常回归到第1阶段的自腐蚀电位数值上在不同的交流电流密度条件下，此时试片的自腐蚀电位均发生了不同程度的偏移，当IAC=10A/m2时，试片电位保持稳定但略小于第1阶段试片的自腐蚀电位;当IAC=30A/m2时，试片电位保持稳定并且与第1阶段试片的自腐蚀电位相等;当IAC=50A/m2和100A/m2时，在初始时刻试片电位迅速增大，并且远远大于第1阶段试片的自腐蚀电位，随着时间推移，其试片电位逐渐降低，推测当达到一定时间后，其试片电位应与第1阶段试片的自腐蚀电位相等。

3.2 埋地管道主要保护方式--防腐层

现阶段，国际上在设备上所使用的涂层材料也是多种多样的，不同的涂层所具有的防腐性也有着很大的差异性。比如醇酸树脂类涂层，其优点主要有材料易获得、种类多样、性能优越等，然而其耐腐蚀性能差;而以往所常用的环氧树脂防腐材料中有着高含量的有机化合物，易产生严重的环境污染，所以被逐渐放弃，而水溶性环氧树脂材料，逐渐变成了发展的重点目标;环氧亚铁材料大部分情况下是作为中间涂层使用的，在研究中测试其耐盐的电化学参数，结果表明其具有较高的耐蚀性和防腐性。然而从实际的防腐层检测分析可知，因为在具体的施工工作中由于机械冲撞、加工等操作会导致金属表面出现破损以及其他方面的问题，主要是因为腐蚀性介质会从这些金属表面的破损处逐渐扩散到管道--涂层的金属表面，从而对涂层与金属界面间所形成的作用力产生破坏，从而导致防腐层的分离;此外，在涂层与金属之间所形成缝隙当中，会形成缺氧的密闭环境从而得到氧分子浓度差的化学电池体系，管道金属为阳极从而导致水解反应的发生，此电化学体系会造成界面处出现腐蚀物质累积，从而出现了局部的腐蚀应力，二者共同造成了防腐层的脱落。

3.3 强制电流的方法

此种方面利用的是恒电位仪的方式，采取的是让电流一次性通过阳极的方式，带入到管道当中并能够迅速地离开土壤，所产生的电流自动地进入到金属管道之内，而连接到管道的阴极电路会形成强大的电流，推动到恒电位仪处，这样数值就会发生一定的变化，电位稳定并被控制在一定的范围之内，以此来确定通电点电位的稳定，实现对阴极电位的保护，发挥阴极保护的功能。强制电流法采取的是外加电流的方式，改变金属的极化曲线，在进行系统分析之后，对电化学产生的腐蚀程度进行影响，这种方法是很复杂的，并且操作起来较为困难，与阳极材料保护方式相比，需要对其效果进行严格地控制。如果想要实现完全的阴极保护，需要注意以下几个问题：要对电压做好界定，要选择好参比的电极、要对辅助阳极的材料、距离等做好控制。但是强制电流法还是有很大的优势，可以在任何情况下应用，对电压的变化进行调节，土壤的电阻率是不容易对其产生较大影响的，测试位置不需要过多，测试仪器安装起来也比较方便。

研究表明：当阴极保护电位较小时，较大的交流干扰可能引起试片电位的持续负向偏移，当阴极保护电位较大时，交流干扰却会引起试片电位的正向偏移;在无阴极保护条件下，交流干扰会引起试片自腐蚀电位的负向偏移;但是当断开交流干扰后，试片电位迅速增大，甚至正于原来的自然腐蚀电位，然后逐渐恢复到原有水平。上述实验现象可通过交流干扰和阴极保护过程中的电子供应和消耗的平衡关系来解释。

参考文献：

[1]金光彬.相邻管线阴极保护系统之间的干扰规律[J].腐蚀与防护，2017（4）.

[2]杜艳霞，张国忠，李健.阴极保护电位分布的数值计算[J].中国腐蚀与防护学报，2018（1）.

作者简介：

谢遂京（1988- ），男，汉族，江西吉安人，本科，助理工程师，研究方向：天然气管道巡护管理。