某油库管道外加电流阴极保护系统故障分析

张 波，邓永生

(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，山东青岛 266001)

某油库管道外加电流阴极保护系统故障分析

张 波，邓永生

(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，山东青岛 266001)

管道采用外加电流阴极保护，具有可靠性高、寿命长、输出电压电流可调及维护保养简便等特点，南方某省扩建的新成品油库与已有的老成品油库之间相连的进出油管道采用外加电流阴极保护系统，针对该油库新建管道外加电流阴极保护系统调试期间出现的恒电位仪输出异常的情况，分别从阴极保护系统本身包括恒电位仪、阳极地床、通电点、参比电极，以及管道和油库情况进行分析排查，最终发现问题并采取相应措施，使阴极保护系统能够正常运行。并以此为例，简述管道外加电流阴极保护系统常出现的故障及排除措施。

管道 阴极保护 故障分析 排除措施

管道采用外加电流阴极保护，具有可靠性高、寿命长、输出电压电流可调及维护保养简便等特点［1］。南方某省扩建的新成品油库与已有的老成品油库之间相连的进出油管道采用外加电流阴极保护系统，新油库每个储罐罐底板外壁均采用了外加电流阴极保护系统，且新老油库站内的管道也做了牺牲阳极保护。在恒电位仪调试期间，每台储罐的恒电位仪均能正常运行，而管道的恒电位仪输出异常，在恒电位的状态下，恒电位仪满负荷(恒电位仪额定输出30 V/20 A)运行，直到故障报警，测量电位也只能到－0.92 V，虽然达到了－0.85 V(相对于Cu/CuSO4参比电极)的保护电位［2］，但给以后的系统运行带来了隐患。

1 问题分析

分别从阴极保护系统本身包括恒电位仪、阳极地床、通电点、参比电极以及管道和油库情况进行分析排查，以确定故障原因［3］。

1.1 阴极保护系统

该管道恒电位仪为一用一备，两台均出现同一种输出异常情况，说明恒电位仪没有问题。该管道直径为273 mm，长度1.5 km，两条并行，经计算恒电位功率足以满足管道所需的保护电流，设计也没有问题。

在阴极保护间测量了阳极地床的接地电阻，为1.2 Ω，恒电位仪开机运行，电压、电流均能稳步上升，通电点附近管道的地电位也随之增大，采用便携式Cu/CuSO4参比电极对埋地长效参比电极进行了校准，埋地长效参比电极工作正常，说明阳极地床、通电点和参比电极都没有问题。

1.2 管道故障

两库区及连接管道示意见图1(实际为进出两条管道，由于采取的是电连接，示意图中视为一条)。

一般来说，管道可能发生以下两种情况会造成测量电位上不去、输出电流很大的现象:①线路管道与其他埋地金属构筑物发生搭接;②线路管道防腐层老化严重或出现大的破损。

由于是新建管道，所以没有考虑管道防腐层老化、破损的因素。经管道施工方现场确认，这段连接两库区的管道也没有与其他埋地金属物搭接。

1.3 库区内故障

排除以上因素，首先应对绝缘接头进行故障排除。对保护绝缘接头的避雷器首先进行了测试，没有发现其导通，避雷器完好。在阴极保护系统没有运行的情况下，对新老库区的绝缘接头两端又进行了电位测量，电位相对于Cu/CuSO4参比电极结果见表1。

表1 绝缘接头两端电位Table 1 The potential at each end of the insulating joint V

对于老库，由于库区内的非保护端管道采用了牺牲阳极，其电位达到了保护电位，而库区外的保护端阴极保护系统没有运行，电位为自然电位，说明老库内的绝缘接头完好。对于新库，不管是库区内的非保护端还是库区外的保护端其电位值一样，电位都达到了保护电位，首先说明该绝缘接头异常。

为了进一步验证该绝缘接头的好坏，现场采用了PCM漏电率测量法判断绝缘接头的绝缘性能。断开阴极保护电源，由PCM发射机向被测管道保护端接近绝缘接头处提供4Hz测绘电流，用接收机在地面接收测绘电流产生的交变磁场转换成各点的4 Hz测绘电流。在非保护端用PCM接收机测量该侧管道电流I2，在保护端电流输入点外侧，用PCM接收机测量该侧管道电流I1。如果绝缘接头绝缘电阻很高，此测绘电流基本上流不过绝缘接头，I2几乎为零，如果绝缘接头存在漏电，则I2＞0。

通过测量，PCM接收机在非保护端能够接收到较大电流，说明该绝缘接头存在问题。

由于是新建库区，管道已经吹扫、打压完成，整个工程正处于待交工阶段，盲目开挖更换绝缘接头势必会影响交工日期。分析整个管道走向(见图2)，在管道出地面距离泵棚处有一法兰，将法兰断开，该法兰距绝缘接头大约100 m，这样就相当于管道外加电流阴极保护系统多保护约100 m的管道，按照恒电位仪的输出功率，应该完全能够多保护这一段管道。

阴极保护系统开机运行后，故障依旧，当输出电流达到最大额定电流时，测量电位只能到-0.92 V，说明绝缘接头并不是系统故障的根本所在。

在阴极保护系统没有运行的情况下，对整条管道不同点的电位进行了测量(见图3)。

从管道不同点的电位可以看出，新库泵棚前的法兰前后，电位有明显区别，这属于正常现象，但管道阴极保护系统没有启动，整条管道基本上就已经处于保护状态，这个现象比较异常。又对整条管道进行了排查，首先还是怀疑管道与库区内接地网有搭接的情况。又采用了PCM进行检测，如果管道与接地网有搭接，即为一个漏点。将PCM发射机向新库绝缘接头非保护端提供测绘电流，用接收机在保护端至库区围墙内(库区以外不可能有接地装置)管道上接收电流，在这一段没有接收到任何电流，说明管道确实没有搭接之处。排除搭接，最后将故障原因锁定在管道防腐层的问题上。首先用PCM对整条管道进行了漏点检测，发现整条管道有大量漏点。又对地质情况进行了考察，此处原为鱼塘，回填后进行铺设管道和建库作业，土壤电阻率仅为几十Ω·m。由于铺设管道的防腐层为环氧煤沥青，加上吊装、回填时对管道防腐层的破坏，使得管道的接地电阻很小。又用接地电阻测试仪测量了管道的接地电阻，为1.14 Ω，同时对旁边路灯接地扁钢的接地电阻进行了测量，同样为1.14 Ω。说明整条管道就如同一根裸管一样埋设在地下，库内库外管道电连接，绝缘接头已经不起作用，这也就解释了为什么外加电流阴极保护系统不工作时整条管道基本上就已经达到了保护电位，也就是因为管道漏点太多，接地电阻很小，使得加在管道上的阴极保护电流大部分流失，测量电位上不去。

2 结论

由于管道的防腐层差，漏点多，造成外加电流阴极保护系统的测量电位上不去，但整条管道在库区内牺牲阳极的作用下，基本上已经达到了保护电位，将恒电位仪的给定电位定在－0.90 V，在牺牲阳极和外加电流的双重作用下，整条管道都达到了保护电位，电位相对于Cu/CuSO4参比电极结果见表2。

表2 绝缘接头两端及测试桩电位Table 2 The potential at each end of the insulating joint and test

［1］胡士信.阴极保护工程手册［M］.北京:化学工业出版社.1999:175-189.

［2］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会.GB/T 21448－2008，埋地钢质管道阴极保护技术规范［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［3］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会.GB/T 21246－2007，埋地钢质道阴极保护参数测量方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

Trouble Analysis of Applied Current Cathodic Protection System of Oil Terminal Pipelines

Zhang Bo，Deng Yongsheng
(CISRI Qingdao Marine Corrosion Research Institute，Qingdao，Shandong 266001)

The applied current cathodic protection，which is high in reliability，long in service life，adjustable in output current and easy in maintenance，etc，is usually applied to protect the pipelines.In the interconnecting pipelines between the new oil terminal and existing oil terminal in a province of South China，the applied current cathodic protection system was applied.Based upon abnormal output of constant potentiometer in the test run of the applied current cathodic protection system for the new pipelines，the cathodic protection system including constant potentiometer，anode bed，electric power connection，reference electrode，pipeline and terminal were analyzed and causes were found out.Corrective measures were taken and the normal reliable operation of cathodic protection system was maintained.. The common troubles in applied current cathodic protection system and associated countermeasures are described.

pipeline，cathodic protection，trouble analysis，corrective measures

TG174.41

B

1007－015X(2011)05－0039－03

2011－05－ 23;修改稿收到日期:2011－07－08。

张波，工程师，2008年7月青岛科技大学物理化学硕士毕业。E-mail:zb8211@163.com。

(编辑 陈凤娥)