浅谈埋地输油管道的阴极保护措施

惠程昱 白珏

(1.西安石油大学,陕西 西安 710065；2.陕西延长石油（集团）管道运输公司,陕西 西安 710000)

1 阴极保护的概念

石油是现当今人类社会发展的主要动力源泉，也是人类社会进步的支柱。油田工业主要有勘探、开发、钻井、运输和销售。在运输和销售的中主要使用钢质管道和储存罐。罐和管道的使用寿命知己关系到了油田工业是否可以正常的发展，同时也关系到整个油田的经济效益。而管道的使用年限主要受到各种电化学的影响，尤其在强腐蚀区域，目前解决这种强腐蚀区域电化学腐蚀的主要方法是对管道采取阴极保护措施。

我国的埋地石油管线的阴极保护始于1958年，但当时仅限于小规模的实验，1965年大庆油田有了牺牲阳极法管道阴极保护的现场实验。1970年开始，对长输管道开始了阴极保护技术的广泛引用。

2 阴极保护方法的分类

对于输油管道而言降低腐蚀电位可以达到保护管道被腐蚀的效果，这同样也是阴极保护的定义。（那么管道腐蚀阴极保护的实质是什么呢？就是给金属管道补充大量的电子使得金属管道表面长时间处在电子过剩的状态之中，即金属管道表面各点都低于负电位，这样做就可以使得金属管道中的电子不流失而融入到溶液中，那很明显既然金属管道中的电子没有流失，金属管道肯定就受到了保护，金属管道自然就没有被腐蚀，这就是管道阴极保护的实质所在）。一般情况下有两种办法可以达到保护管道即强制电流方法和牺牲阴极保护的方法。

2.1 牺牲阳极法阴极保护

牺牲阳极保护就是在同一种电解质溶液中放置两种不同的金属，这两种金属的金属性不同，即失去电子的能力不同，我们要保护的是金属性比较强的，所以在放置的时候就应该放置一种比我们要保护的金属金属性强的金属，从而让这种金属失去电子被腐蚀已达到保护管道的作用。其主要具有使用的范围比较广，油气集输是中短距离比较复杂的管网系统；阳极输出的电流小的话阴极发生剥离的可能性就小；阴极保护要是在铺设管线的时候一起进行阴极保护施工措施，工程量相对是很小的；运行的时候后期的维护相对很简单；但是也有一定的缺点比如阳极输出的电流不能很好的控制即可控性较小。可主要应用于长输管道的保护（图一）。

图一 牺牲阳极法阴极保护示意图

图二 外加电流阴极保护示意图

2.2 外加电流法阴极保护原理

外加电流法阴极保护顾名思义就是对我们要保护的管线进行外部强制电流的摄入，因为我们不想让阴极收到腐蚀，阴极腐蚀就会有电子的损失，那么我们的目的就是来补偿损失的这部分电子，将电流通过阳极输入土壤中，并且通过汇流点返回到电源设备，这样就可以来补偿阴极损失的电子了。其特点是在操作的时候电流很大，实现远程自动化比较容易，因为安装的工程量相对较少，而且运行期间需要专业的人员进行维护和保养；可用于长输管线和区域性管网的保护。有带状牺牲阳极、镁合金牺牲阳极等，其中带状牺牲阳极适合高电阻率土壤中的大型设备（图二）。

3 长输管道阴极保护施工技术

3.1 阴极保护施工的前提条件

埋地管道的腐蚀是时时会有发生。管道纵向连续导电，具有足够电阻的管道覆盖层，管道与其他低电阻接地装置的电绝缘。阴极保护电源必须具备相应的合格证明文件。阴极保护电源设备安装条件。电源电压与设备额定电压值相符，根据接线图核对交直流电压的关系。可控硅恒电位仪安装。按出厂标准对交流输入特性，漂移特性，负载特性，防干扰能力，流经参比电极的电流等座检验。汇流点及辅助阳极安装。测试桩的安装。管道局部防腐层清除，焊接腐蚀控制或测试的引线，焊后进行防腐处理，回填时防止碰断等。

3.2 阴极保护参数的测试

要判定管道是否得到了保护，必须通过测得管道所在处的管地电位来判定。为了方便，同时也有着多年的实践经验，得出通过以下几个判断结构是否得到充分保护得到判断准则。主要有管地电位法、地表参比法、近参比法、远参比法，辅助电极法。不同测试的使用范围不同。

下面用管地电位测试来说明这几种方法。地表参比法，用于管道自然电位、牺牲阳极开路电位，管道保护电位的参数测试，参比电极放在管道顶部上方一米范围的地表潮湿土壤上，保证参比电极及土壤点接触良好。近参比法，用于防腐层质量差的管道保护电位和牺牲阳极闭路电位的测试，在管道上方，据测试点一米左右挖一个放参比电极的深坑，将参比电极置于距管道壁2.5米的土壤上。远比参法，用于强制电流阴极保护受辅助阳极电场影响的管道和牺牲阳极埋设点附近的管段，测量管道对远方大地的电位，用于计算该点负偏移电位。

4 长距离输油管线阴极保护中出现的问题及相应的解决办法

4.1 现场实测自然电位与设计电位不符

现场实测自然电位就在相应的实际条件下，比如温度、湿度、导电率等相关系数都是根据现场情况进行实测的，而设计电位则是我们在实验室进行试验的基础之上人为进行规定的，现场实则自然电位和设计电位不符的问题要是不能很好的解决，将对阴极保护有很大的阻碍作用。

因为我们现在所用的仪器大多数都没有温度、湿度等的校正功能，所以我们在对现场进行测定的时候需要对所测处进行温度、湿度的校正。

4.2 当电力系统有较大负荷起停时，部分本来正常的阴极保护电位跳变为不正常

电力系统对于阴极保护而言，电力系统属于高电压且大电流的交流系统，而阴极保护系统则是低电压且小电流的直流电系统；从施工的角度来看，电力系统属于埋地铺设的，而阴极保护则是牺牲阴极保护阳极的保护方法，而输油管道和腐蚀信号检测探头也属埋地式的安装。要是电力系统中有比较大的负荷的启停时，必将出现电流的不平衡，并且通过接地系统会将电流排入大地中，以半球状形式散流，且其散流半径达15米-20米。

4.3 长距离输油管道在测试点进行测试的时候是没有问题的，但是部分测试点的保护电位总是达不到设计的要求

由于长距离输油管道在采用阴极保护的时候，管道及牺牲阳极的埋设深度一般在2米到3米之间，但是各个油田的长距离输油管道一般都在50公里以上，这样就会出现一种问题，一种由于电阻率不同而导致的问题。是因为管道两头的落差很大，一般在几十米或者几百米不等，这种落差直接导致管道在埋设过程中所处的地形地貌环境发生很大的变化，这种变化会导致地层结构发生变化，比如刚开始埋设的时候可能是砂岩，慢慢就会变成砂质泥岩，在逐渐的就变味泥岩，到最后直接变成了第四系马兰黄土或者离石黄土。

5 结语

在现实的操作中，管道的阴极保护有牺牲阳极法，强制电流法或两种方法的结合，设计的时候应该以工程规模、土壤的环境、管道防腐层质量等因素进行合理的选用。根据以上的描述，我们在长输管道的设计中多使用牺牲阳极的阴极保护法。并针对常出现的问题给予了梳理和解答。

[1]孙勇.埋地金属管道的腐蚀与防护[J].化工装备技术，2005，26(3)：73.

[2]祝馨.长输管道的腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护，2006,23(1)：51-53.