油气长输管道阴极保护系统的影响因素与措施研究

2021-02-24

全面腐蚀控制 2021年1期

（大庆油田工程建设有限公司化建公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

随着国家的发展，我国油气长输管道的使用率和建设都达到了前所未有的高度。近年来，管道事故频发，究其原因，管道腐蚀是造成事故的主要原因之一（其他原因包括外部影响、材料缺陷等）。很多管道安全事故的抢修进程相对困难，甚至可能引起火灾、爆炸和污染等。所以，进行管道防腐蚀工作非常重要。阴极保护系统可以有效的防止管道腐蚀，大大提高了管道的使用期限和安全性。经实验表明，没有阴极保护的油汽长输管道腐蚀率比使用阴极保护系统管道的腐蚀率快20倍之多。因此，确保管道阴极保护系统对于管道安全运行有十分重要的意义。

1 阴极保护系统的原理

目前我国管道及因保护系统采用强制电流以牺牲阳极为辅助的阴极保护法。阴极保护的原理是从电化学原理演变而来。例如，电池阳极易发生腐蚀，而阴极不容易发生腐蚀。所以，如果将金属变成阴极，就可以有效地防止金属腐蚀。阴极保护系统的原理是给金属输送大量的电子，使金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各个点达到同样的负电位，所以金属原子不容易失去电子[1]。（如图1所示）。

图1 管道强制电流阴极保护

从图1的阴极保护原理可知，如果使管道阴极保护系统发挥作用，就必须让电流达到管道的表面，这样才能保证管道不受到腐蚀。

2 阴极保护失效分析

由上述阴极保护原理我们可知，阴极保护电流必须要到达管道表面，使管道处于电子过剩的状态，从而保护管道、防止腐蚀。如果管道穿越时，运用钢套管保护，所输送的电流将直接达到钢套管，减少油气长输管道本体所接收的电流，可能会带来隐患。

上世纪我国长输管道跨越河流时，主要采用钢套管进行保护。但是，随着时间的推移，很多钢套管在多处段位发生腐蚀窗口、油品泄漏等事故。所以及阴极保护电流可能会被钢套管屏蔽，使内部管道造成腐蚀。

另外，电气化铁路对油气长输管道阴极保护系统也具有一定影响。电气化铁路一般是采用带回流线的直接供电方式，这种供电方式的接触网由承力索、接触导线组成，牵引网由接触网钢轨、大地、回流线组成，牵引回流由钢轨、大地、回流线、返回牵引变电所[2]。（如图2所示）。

图2 带回流线的直接供电方式示意图

如图2所示，牵引供电系统由接触网、钢轨及回流线构成一个完整的回路。利用接触网与回流线之间的相互作用，使钢轨中的电流回流，尽可能游回流线回到变电所。减少经钢轨泄漏到大气中的电流。交流电气化铁道是以大地作为第二根导线来传送电流的，由于轨道和地面之间并不是完全绝缘，所以会有部分的电流泄漏到大地中，这样就有可能会对附近的油气管道及油库产生安全隐患。

3 油气长输管道阴极保护系统的措施研究

3.1 电绝缘装置的安装

长输管道电绝缘装置有绝缘法兰、绝缘接头、绝缘固定支墩、绝缘衬垫和绝缘支撑块等[3]。要采用性能达标的绝缘装置，使保护距离增加。如果绝缘装置失效，则会使油气长输管道的两端形成电流，继而造成腐蚀现象。所以，要尽量避免绝缘电流的失效。绝缘电流失效原因包括缺乏外部包裹、缝隙间存在杂质而形成短路、绝缘接头脱落、绝缘接头被雷电击穿等。为了使绝缘装置的性能达到最大，可以对绝缘装置的两端加强测量和监督。若出现问题，要及时采取相应措施，这样可以保证阴极保护系统长时间稳定有效。

3.2 防止外部杂散电流的干扰

通常情况，油气长输管道线路较长，可能会与某些物体产生杂散电流，致使阴极保护系统失效。在受到杂散电流干扰的区域，尽量避免油气长输管道受到干扰，避开干扰源。将阴极保护系统进行调整，以达到缓解干扰的目的。

3.3 避免埋地管道与其他金属相互干扰

在电流阴极保护系统中，若有油气长输管道埋入地下，应与其他金属避开。若出现搭接的情况，即使电源设备正常运行，但是为了保持恒定的输出电位，电源设备会增大电流，也会出现保护距离缩短或者中断等现象，这样就不能达到保护油气长输管道的目的。这种故障的出现概率偏低，但是查找这类故障的作业十分困难，需要管道保护工人和相关技术人员的全力配合。利用多种方法找到干扰点后，在进行有效措施的施行，恢复阴极保护系统的效果。

4 管道外层防腐措施

有很多油气长输管道由于埋入地底的时间过久而出现老化、变脆、外层脱离和剥落等现象，进而造成管道的腐蚀、穿孔，引起泄露事件。防腐层影响阴极保护系统的原因有几个方面：首先，是选择防腐层材料不适合管道。例如，芦苇地带不应使用沥青、石油等容易被植物根茎穿透的材料作为管道防腐层；其次，防腐材料不合乎标准。通常要求埋入地下管道的防腐层应该有更好的防水性、防潮性、具有良好的抗阴极剥离性和较强的机械强度，对绝缘等方面的要求也较高。由于很多因素导致防腐层性能不达标，引发管道泄露事件；另外，在施工和运输过程中，可能会出现防腐层被损坏现象，致使防腐层漏电点的数量增加，降低了油气管道防腐层的使用效率。所以，在进行管道防腐层的选择时要尤其注意。在施工和验收阶段都要严格的按照标准进行实施，加强防腐层的修护，从而保证阴极保护系统的正常运行。