油气管道阴极保护技术现状

安龙生，王正伟，周家尧，杨福，李博涵

(国家管网集团西南管道有限责任公司兰成渝输油分公司，四川 绵阳 621700)

0 引言

现阶段，我国的经济与科技得到了双重发展，在社会竞争力不断加大的社会背景下，对于油气管道的质量和效率也有了更高层次的要求和标准，由此可见，油气管道领域正面临着严峻的机遇与挑战。与此同时，阴极保护技术作为油气管道保护的强有力支撑，是油气管道顺利运行的关键所在。为了进一步保障油气管道的顺利运行，就必须从加强应急保护技术的角度出发，去分析问题和解决问题，迫切需要将阴极保护技术进行进一步的加强与完善，在发展过程中不断积累经验和总结经验，从而更好地顺应时代发展的潮流，紧跟时代发展的步伐，使得阴极保护技术能够切实满足油气管道的相关需要，提高阴极保护技术的实际成效，从而为油气管道领域的发展提供更大的经济效益和社会效益。

1 油气管道阴极保护技术的概念分析及管道防腐的重要性

1.1 油气管道阴极保护技术的概念

所谓阴极保护技术，实质上是一种电化学保护技术，其核心在于电解质的环境，在整个电解质环境中将金属的电位向负向移动，以免达到蚀电位。该技术的作用主要是保护金属不被氧化，在油气管道中的应用范围十分的广泛，有着不可或缺的作用。与此同时，从阴极保护技术的分类上来看，主要分为牺牲阳极和外加电流两大类，其研究热点主要分为以下三方面：分别是交流杂散电流技术、在线监测技术和钢筋混凝土保护技术[1]。

特别是针对油气管道领域来说，阴极保护技术的应用十分广泛。管道在应用阴极保护技术的过程中，阴极保护公式的计算以及相关数据的分析是基本的前提和条件，所计算的内容主要就是管道中的电位和电流的分布比，从而以分布比作为依据，更好地提高油气管道的抗腐蚀性能。

1.2 管道防腐的重要性

众所周知，油气管道工程是我国重点发展的项目之一，且在现代化经济与科技迅速发展的社会背景下，人们对油气资源的需求量正呈现不断上升的趋势。在这样的大环境下，也极大推动了我国油气领域的相关发展，此领域面临的既是机遇也是挑战。但是，在实际的发展过程中，由于油气管道本身就具有一定的安全隐患，很多油气存在易燃、易爆、有毒、腐蚀等特性，特别是在长时间的运作下，导致在实际的运输过程中经常会发生一些安全事故。而通过阴极保护技术，可以在很大程度上加强对管道的保护作用，更好地保障油气运输的安全性。

与此同时，油气管道通常铺设在地下，由于管道建设本身就具有一定的系统性，其涉及领域十分的广泛，因此，在地下管道铺设的过程中，具有一定的复杂性和难度性。与此同时，管道受客观因素的影响较大，一方面表现在受地下环境的影响较大，首先地下资源丰富，也存在分布不均匀的问题，因此造成了很大的差异性；其次能量石油和天然气管道周围的环境相对复杂，气候条件、土壤都是腐蚀管道的重要原因。

另一方面表现在受运输物质的影响较大，极其容易引发管道腐蚀等问题，加剧了运输过程中的安全隐患，导致安全事故问题屡见不鲜。除此之外，管道部流动加速了远距离输油管道的腐蚀速度，且在长时期不间断的工作过程中，导致输油管道出现了一定的磨损，大大降低了其使用寿命，影响了其性能的正常发挥，不仅大大增加了成本，而且会对自身及他人的生命安全造成严重的威胁。因此，管道防腐是当前油气领域发展过程中的重点问题和难点问题，相关领域必须予以充分的重视，切实加强管道防腐的实际成效，加强管道保护，提高耐腐蚀性，更好地保障油气领域的高质量发展。

2 油气管道阴极保护影响因素

2.1 管道保护性套管会影响管道阴极保护效果

针对油气管道的阴极保护，主要是通过让阴极保护电流贯穿整个金属表面，在管道金属表面各个点就处在了同一点位，从而实现一定的保护的目的和作用。

但是，套钢管套保护措施作为油气管道阴极保护的一个重要环节，是必不可少的，而管套的主要作用就是为了进一步加强油气管道的保护。在具体实施应急保护系统的过程中，管套会对金属管道形成一个屏蔽状态，在这一过程中就使得大量的电子停留在管套内，从而造成了应急保护失效的状态。换一种角度来说，通过套管措施会在很大程度上导致阴极保护电流没有办法达到金属表面，从而极大地影响了阴极保护的实际效果，导致管道表面无法保证电流的全面性。除此之外，在套钢保护措施实施的过程中，受金属管道与钢套管接触的影响，时常会导致短路故障的发生，导致阴极保护电流出现大量的流失，极大地影响了阴极保护系统的高效性、科学性和有效性[2]。

2.2 管道周围的电气化铁路对阴极保护系统的影响

油气管道是一项系统性的工程，且运输的距离相对较长，管道四通八达，且受地下途径环境的影响相对较大，油气管道上方部分带电设备对地下管道造成的负面影响相对较大，特别是在管线途经电气化铁路系统的过程中，对阴极保护的影响最大，对此必须予以充分的重视。

这主要是因为电气化铁路的运营涉及到网络和牵引供电网络等领域，且由于大地不是绝缘体，带电的铁路钢轨在与大地的接触过程中，大量的电路线路到铁路沿线的大地中，是不可避免的一个问题，从而使得管线的周围形成一个散乱的高电位电流。而这部分电流一旦进入管道的阴极保护系统后，就会对阴极保护系统中的电位产生一定的干扰。

通常情况下，在电流流入时，如果管道带有负电就会形成一个阴极区，而这一阴极区对管道的阴极保护会产生其相应的影响，但是对阴极保护的区域有特定的标准，一旦管道金属表面的电位负值超过了相应的标准，就极其容易导致析氢现象或者防腐层脱落的现象。在此基础上，如若电流流入管道的阳极位置，势必会引发电化学反应，从而对油气管道造成极为不利的负面影响，例如电化学腐蚀等[3]。

2.3 其他可能影响阴极保护系统的因素

其他因素对阴极保护系统的影响也是不容小觑的，由于地下网管错综复杂，且数量相对较多，一个管道出现问题就会对其他的管道造成不同程度的影响，且均会对管道的阴极保护效果造成极为不利的影响。

3 阴极保护技术的现状

3.1 整体现状

现阶段，随着社会的发展，科学技术的进步，油气管道阴极保护技术受到了社会各界的广泛关注与支持，也在不断应用和发展的过程中不断完善，应用效果显著。特别是在油气管道领域的应用范围不断扩大，通过科学合理地借助互联网技术和信息化技术手段，进一步加强了应急保护计算，电脑模拟技术等环节的应用效果，使得模拟测量的数据更加具备精确性和完善性。但是，从目前的发展现状来看，油气管道的防腐控制系统主要有防腐层和应急保护两部分组成，且在此过程中受到的局限性较大，过程相对繁琐，因此在实际的操作过程中极其容易引发工作失误和安全隐患问题，例如一些机械碰撞、操作失误、材料问题等。

其中，需要特别注意的是在阴极保护技术方面，具有很大的发展空间和提升空间，因此，必须从整体的角度出发去分析问题和解决问题，一方面要将整个系统进行全面的优化，加强防腐管道的科学控制，进一步加强防腐涂层的分析，加强应急保护，提高电流密度的科学评估，切实保障应急的安全性；另一方面必须进一步提高设备的先进性和可靠性，加大数字化应急保护系统的研发力度，全方位多层次，多角度地提高阴极保护技术，优化和提高管理水平[4]。

3.2 阴极保护技术现状

阴极保护准则是阴极保护的核心指标，通过核心指标能够进一步提高判断标准的准确性和科学性，对于进一步加强应急保护的设计，切实提高和保障应急保护技术的正常运行有着积极的作用。而从国家制定的相关规定来看，电位值管、地界面极化电位是当前评判阴极保护准则的指标。管道阴极保护电位应该负于-850 mV，正于-1 200 mV。与此同时，阴极保护准则在温度上也作出了明确的规定，当管道大于40 ℃时，管道的充分保护效能会大大降低，且温度越高，阴极保护的实际效果越差。从当前油气管道的实际现状来看，我国大部分的油气管道受到动态直流干扰，特别是在近些年来，随着经济的不断发展，油气管道所面临的干扰也越来越多，导致油气管道的电位，极其不稳定。在此基础上，管道电位也与阴极保护技术的实际效果直接挂钩。据可靠资料表示，一旦管道电位发生偏离现象，且偏离的时间越长，阴极保护的实际效果越差，从而导致阴极保护系统造成极大的干扰，导致其无法正常运行，严重的情况下会引发相应的安全隐患问题。除此之外，阴极保护系统本身也存在一定的交流干扰，一旦处理不当，便会加速管道的腐蚀，主要表现在自然腐蚀，阻碍腐蚀两方面[5]。

3.3 管道管理现状

从当前油气管道阴极保护系统管道管理现状来分析，不同的油气管道类型要有不同的管道管理方式，且不同的管理方式要根据具体情况具体分析，确定科学合理的阴极保护系统目标。目前，油气管道阴极保护系统的目标可以分为线路阴极保护系统和站场区域阴极保护系统两大类，且随着现代化社会的不断发展，所有的线路管道均安装有阴极保护系统，以便于更好地了解和反映，引起保护系统的运行状况，对其进行直观、清晰、科学、全面的了解。

为此，对逾 6 000 km油气管道线路阴极保护系统及7座站场区域阴极保护系统进行了调查(如表1所示，其中P为管道断电电位)。

表1 油气管道阴极保护系统断电电位统计表

结果显示：在调查范围内，各系统在阴极保护断电电位的操作过程中，都没有严格遵守应急保护的相关准则和标准，从而导致系统缺乏全面的管理和保护，仍然有大部分的管道处于欠保护或过保护的状态。与此同时，对于石油沥青及煤焦油瓷漆防腐层管道，主要风险是欠保护；对于3LPE和FBE防腐层管道，主要风险是过保护；对于区域阴极保护，主要风险是欠保护。在实际的测试过程中，大多数过保护是由直流干扰引起的。而引发上述情况的原因主要分为以下几方面。

首先，阴极保护装备，作为阴极保护技术实施的重要组成部分，是至关重要的，但是，我国很大一部分的油气管道领域都没有对通电电位予以充分的重视，甚至有一些管道公司对于通电电位的测量以及管道外检测以年的单位计算，机器容易引发安全事故，且存在的误差相对较大；其次，从管理的层面来看，人工测量电位的方式会浪费大量的人力、物力和财力，且人工测量的过程中，及其容易导致误差的发生，导致测量结果不够准确影响实际的判断，工作效率和工作质量都难以得到切实的保障，无法切实获得阴极保护系统的实际运行状况[6]。

3.4 阴极保护装备

阴极保护系统是由保护装备构成的，主要包括阴极保护电源系统和测量系统，前者由电源和阳极地床组成，其中电源是核心装备；后者由沿线测试桩、测量仪表及参比电极组成。与此同时，管道断电电位作为阴极保护技术中的重中之重，是阴极保护准则中的一项重要判断指标。从油气管道阴极保护技术的现状来看，当前的应急保护装备能切实满足自身发展的需要和社会发展的实际需求，虽然当前的阴极保护参数较之前的阴极保护有了质的飞跃，一方面，能够有效降低人为劳动的劳动量，提高工作质量和效率，加强电位数据的可靠性和准确性，同时对数据量也有了更大的兼容性能；另一方面，在测量和记录管道沿线电位的过程中，实现了对管道胶质瘤干扰的检测，便于进一步发现问题、分析问题和解决问题，特别是针对沿线干扰源分布方面，以及管道防腐层状况的探究有着积极的意义和深远的影响。科研人员仍然需要进一步加大研究力度，积极学习新思想、新技术、新理念，进一步提高电位测量功能的应急保护装备是当前的重中之重，也是油气管道领域阴极保护技术进一步发展的重要保障和重要发展方向[7]。

3.5 阴极保护与防腐层兼容性评价技术

防腐层与阴极保护系统息息相关，二者紧密联系，相辅相成。因此，进一步提高二者之间的协同性和兼容性是当前油气管道阴极保护技术提高的关键所在，相关领域必须予以充分的重视。与此同时，为了进一步提高应急保护与防腐层兼容性评价技术，必须进一步落实应急保护系统的实际成效，特别是针对防腐层的漏电问题，进行有针对性的分析和解决。基于此，可以从防腐层电阻率以及阴极保护电流密度两方面着手进行，一方面表现在防腐层的电阻率会对阴极保护的电流密度造成极大的干扰；另一方面阴极保护的密度也在很大程度上与应急保护系统的保护能力直接挂钩。简而言之，防腐层的电阻率与阴极保护的电流密度有着密切的联系，二者都会对整体的阴极保护技术造成直接性的影响。与此同时，针对防腐层的漏点，必须充分结合管道施工及运行的具体情况进行深度分析，进一步加强管道施工及运行过程中的监督和管理力度，切实提高整个流程的规范性，最大化地保证防腐层的每一个漏点都能够得到有效的保护。除此之外，进一步加强和分析防腐层的物理性能，也是进一步提高阴极保护技术优良性的重要途径，通过这样的方式可以进一步加强阴极电流保护的密度，实时了解应急保护系统输出的电流状况[8]。

4 结语

综上所述，阴极保护技术是当前社会发展过程中的一个热点话题，受到社会各界的广泛关注与支持，与油气管道息息相关，有着不可或缺的作用，同时也是进一步保证油气管道运输的一项关键性技术，对油气领域的发展有着重要的意义，是现代化社会发展背景下的必然趋势和必然结果。但是，由于油气管道具有一定的特殊性，因此，在实际建设过程中具有一定的复杂性和难度性。与此同时，从当前阴极保护技术的发展现状来看，仍然存在诸多的技术问题，尚未得到科学、有效的解决。基于此，相关领域必须予以充分的重视，全方位、多层次、多角度的优化和改善阴极保护技术，旨在进一步发现问题、分析问题和解决问题，从而更好地加强油气管道的保护作用，提高油气管道运行的安全性和高效性，促进油气管道的顺利运行，为油气领域的高质量发展提供强有力的基础保障。