埋地管道阴极保护装置失效原因分析及建议

宋剑华，余 翔

（绍兴市特种设备检测院，浙江绍兴 312071）

0 引言

随着国民经济快速发展，煤改气的推进，我国天然气用量与日俱增，而天然气的输送主要是管道运输，燃气管道的敷设数量和范围都有了较大的增长，其中有很大一部分管道是埋地钢质管道。由于管道长期埋在地下，随着使用时间的增加，在土壤腐蚀、施工等因素影响下，因保护不到位产生腐蚀发生泄漏的可能性增大，如果未能及时发现，会导致天然气泄漏聚集后爆炸，使经济和社会效益遭受巨大损失。为了保护埋地钢质管道，当前普遍采用外防腐层和阴极保护联合保护的方法，作为管道的安全防线，阴极保护显得尤为重要。

1 基本情况概述

某天然气公司的天然气利用工程高压管线项目于2016 年12 月投运，该高压管线在运行检查中发现部分阴极保护装置电位异常现象。管线的基本情况如下：该高压管线总长约6500 m，管道规格为Ф813×14.3 mm，管道材料为L415M，设计压力为4.0 MPa，设计温度为常温，设计介质为天然气，管道敷设方式为埋地，管道防腐层材料为3PE 加强级，管道牺牲阳极系统采用镁合金牺牲阳极。

2 试片法测量电位

管道阴极保护电位有效性的评价，主要由断电电位负于-850 mV 且不负于-1200 mV 判断，因此必须对管道的电位进行正确测量，否则会造成误判。在城镇燃气中，管道走向比较复杂，分支、管道规格较多，不能形成良好的电连续性，所以一般采用牺牲阳极阴极保护方式。测量断电电位时，需要让所有牺牲阳极同步通断，这样才能消除IR 降的影响，但是实际上所有牺牲阳极同步断开后也会由于管道不同位置的极化程度不同，电源中断后管道各部位之间的电流仍无法消除，也会给断电电位测量带来误差。为此，可以在管道上连接试片，用试片来模拟管道上防腐层的破损点，用试片的断电电位代表管道的断电电位[1]。试片法测量消除了杂散电流等各种干扰因素的影响，可得到较为准确的保护电位。

3 影响因素分析

3.1 杂散电流的影响

由于试片法是模拟管道的防腐层破损点，阴极保护电流的增大，会使试片的电位出现明显的负向偏移。在遇到较强的杂散电流后，在断电的瞬间，由于电流的不平衡性电位会出现一个正向的脉冲峰，该值为-600～-100 mV，如果使用该值对管道的阴极保护状况进行判断，明显是错误的[2]。所以对管道的敷设环境进行分析，该管道位置处于较为偏僻的乡村，周围干扰源较少，通过对1 号阴极保护测试桩进行24 h 杂散电流测试（图1、图2），表明杂散电流对于测量的影响较小且平稳[3]。

图1 直流电压24 h 测试

图2 交流电压24 h 测试

3.2 试片的选择

根据试片法的电位测量原理，试片面积根据管道的防腐层类型、管道所处土壤等环境及运行年限确定，试片面积一般为6.5～50 cm2，。如果试片面积太小，与土壤的接触电阻和管道涂层缺陷处与土壤的接触电阻差异过大，腐蚀特性也会不同。根据多年的检测经验，3PE 防腐层的试片面积4.0～6.0 cm2，试片的材料应与被测管道的材料类似[4]。

4 失效原因分析

对该高压管线的全部12 个阴极保护装置进行测量，测量结果见表1。

从表1 可以看出，第5 个和第11 个阴极保护装置虽然管道的通电电位比-850 mV 更负，但断电电位不达标，第10 个阴极保护装置无法得出测量数据，这3 个测点所在的管段处于欠保护的状态，管道面临腐蚀风险。同时对该高压管线用PCM+埋地管道外防腐层状况检测定位仪（GPS 和软件）进行防腐层状况不开挖检测，发现有8 处破损点，具体破损点见表2。

表1 阴保桩电位测量

表2 外防腐层破损点统计

对该管道的8 处破损点都进行了开挖验证并修复，其中3号破损点的开挖状况及修复后情况如图3、图4 所示。

图3 3 号破损点

其中第5 个和第11 个阴极保护装置失效的原因是运行中管道外防腐层产生破损，破损点未得到修复，长期存在导致阴极保护电位不达标，管道处于欠保护的状态；对第10 个阴极保护装置进行开挖验证发现该阴极保护装置与管道的焊接线脱开，失效的主要原因是管线前期建设施工工作不到位。

5 检查与维护建议

5.1 定期检查测试

埋地管道运行的环境较为复杂，为了能及时发现问题，应定期进行阴极保护系统的检查与测试，以确认阴极保护系统是否运行正常。一般来讲，每年应对管道至少进行阳极运行和状态、阳极保护电位、开路电位检测、输出电流等常规检查和测试一次，在此基础上还可以对防腐层破损、阴极保护不充分、SCC、细菌腐蚀、土壤腐蚀性等做专项检查和测试，对检查与测试所得的数据和所发现情况进行分析，进而评价腐蚀管理是否符合实际情况，指出可能存在的异常情况以及对异常情况的改进方案和措施。

5.2 运行维护管理

埋地管道运行时应对阴极保护系统进行维护，具体包括：①对电源设施或设备进行检查，保证其完好；②对测试及监控装置定期检查维护，保证其完好；③对阳极地床的接地电阻进行定期检测，根据检测结果调整相应电源设备的输出电压，保证保护电流的正常输出；④定期检查和检测地面上安装的绝缘装置，同时做好清扫工作，防止灰尘、水分等异物造成绝缘不良或短路失效等问题；⑤对日常使用的阴极保护检测使用的仪器、仪表等按相关标准要求进行常规校验；⑥在系统维护中当发现管道阴极保护不充分时，应立即展开调查，查明保护失效的原因，采取措施排除故障；⑦对阴极保护系统的维护检查与测试活动的结果都应有记录、有评价，作为将来验证阴极保护系统有效性的基础。