区域阴极保护系统失效原因分析及解决办法

闫宇陶

（中国石油天然气管道工程有限公司新疆设计分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

区域阴极保护是将指定区域范围内所有需要保护的埋地金属结构作为一个整体，通过辅助阳极的合理布局、将阴保电流传输到被保护对象处，使其阴极保护电位满足GB/T 21448-2017埋地钢质管道阴极保护技术规范的要求[1]。国内外工程实践证明，使用区域阴极保护和防腐涂层技术共同保护，能有效减缓腐蚀速率，降低由腐蚀造成的危险事故[2]。目前区域阴极保护技术已广泛应用于长输管道油气输送站场的防护[1-3]。

强制电流阴极保护系统主要由极化电源（恒电位仪）、辅助阳极和被保护金属构筑物（阴极）组成[4]。区域阴极保护系统运行过程中可能会发生恒电位仪失效、辅助阳极失效、参比电极失效、阳极电缆断开、绝缘接头失效等问题，任何一个问题的出现都将影响区域阴保系统的正常运行，本文重点针对阳极电缆断开的问题进行分析并提出解决方法，对其它失效原因也进行了分析介绍，以期使区域阴极保护系统更好的运行。

1 阳极电缆断开

阳极电缆是阴极保护系统连接电缆的重要组成部分，是恒电位仪将阴保电流传输给各个阳极的路径，然而阳极电缆断开的情况却时有发生，尤其在站场升级改造或站内定期开挖检修维护时，阳极汇流电缆及分支阳极电缆被挖断的现象更为突出，这对阴极保护系统的运行十分不利，本文提出一种新型阳极连接方法来解决该问题。

以浅埋硅铁阳极为例，常规的做法是自恒电位仪引出阳极汇流电缆、再通过阳极分线箱引出几根分支阳极电缆，每根分支阳极电缆上并联数个阳极，合理的布置在管道旁，以实现对管道的阴极保护，示意图如图1所示。但是，这种常规的阳极连接方法的问题是，当电缆在某点断开后，后面的阳极将全部失效，且想要排查出哪根电缆或哪个阳极出现故障进而开展维修十分困难，从而导致局部管道阴保电流不足、阴极保护电位不达标，管道面临腐蚀的风险，对于管道的运维不利。

图1 常规阳极连接方法示意图

为了解决电缆和阳极损坏不易查找的问题，提出一种新型的阳极连接思路。新型的阳极连接方法如图2所示。即阳极汇流电缆从恒电位仪引出至阳极分线箱（一级分线箱），然后从一级分线箱引出几根分支阳极汇流电缆，分别进入下一个阳极分线箱（二级分线箱），二级分线箱引出的分支阳极电缆分别直接引到阳极上，即每个阳极都有单独的接线柱相连，运用这种阳极连接方法可以使用万用表测出每个阳极点的电位，如果发现电位异常，则可更换电缆或阳极，且即使没有及时查找及更换阳极或电缆，也可以避免常规做法中一段阳极电缆损坏引起一整串阳极失效的问题，对于管道的运维管理十分有利。

图2 新型阳极连接方法示意图

2 恒电位仪失效

恒电位仪是强制电流阴极保护系统的心脏，它是不断向管道提供阴极保护电流的源头。但是恒电位仪的运行会受到降雨季节等因素的影响，因为土壤含水量会直接影响阴极保护系统回路的电阻，回路电阻的变化会引起恒电位仪参数的波动，从而导致恒电位仪发生故障[5]。因此在日常管理过程中应加强对阴极保护管理人员的培训，使其熟练掌握恒电位仪的操作和基本维护维修，定期对恒电位仪进行维护保养并做好记录；同时应预备好恒电位仪的相关备件，发生故障后及时通知维修部门或联系生产厂家进行维修，并定期淘汰失效的恒电位仪[6]。

3 辅助阳极失效

辅助阳极地床是强制电流阴极保护系统的重要组成部分之一，其作用是将保护电流经土壤传递到被保护的金属构筑物表面[7]。然而，辅助阳极选型错误、安装方式问题、埋设阳极地区土壤电阻率较高、阳极填料性能下降、阳极地床发生气阻现象[2]等众多因素都会影响阳极的效果，导致阴极保护系统失效。

所以在设计阶段应结合阳极敷设地的地形地貌、土壤电阻率、气候条件、站场内管道的整体布置等因素综合考虑，对阳极的类型进行合理的选择。除了对阳极正确选型外，对于土壤干燥、土壤电阻率较高的地区应采用非预包装阳极，加入降阻剂或定期浇水保湿的方式降低阳极地床的接地电阻，并定期进行阳极地床接地电阻的测算，及时发现问题并解决问题，以实现阴极保护系统电流的 流通[2]。

4 参比电极失效

目前主要采用的参比电极为硫酸铜参比电极，参比电极主要用作恒电位仪的基准信号源、电位测试的基准信号等。硫酸铜溶液的饱和程度、氯离子污染硫酸铜溶液、参比电极受阳光直射、环境温度低于25℃[8]、土壤干燥[9]等因素都会影响参比电极的精度。所以在阴极保护系统施工过程中，应在参比电极上方安装PVC管，为日后注水、参比电极校对提供方便，并能起到标识作用[8]，同时，施工时应注意将参比电极埋设在冻土层以下；在阴极保护系统运行过程中要定期对参比进行校准，保证参比电极的测量精度；定期给参比电极浇水，使参比电极附近土壤湿润，延长参比电极的使用寿命、提高参比电极的测量精度[5]；同时，由于长效参比电极一般使用寿命为5～10年，小于管道的寿命周期，应定期对参比电极进行更换[6]。

5 绝缘接头失效

由于站场内存在大量的设备、仪表接地，所以站内的阴保电流往往比线路管道需要的阴保电流多，通常采用绝缘接头将站内管道和线路管道的阴极保护系统隔开，使线路和站场的管道都能实现有效保护[10]。然而，当绝缘接头出现故障，无法起到绝缘效果时，线路和站场的阴极保护系统相互连通，导致阴极保护系统失效。对此，应在绝缘接头处设置绝缘接头保护器，可采用电火花间隙或氧化锌避雷器，以防止绝缘接头遭到强电冲击而破坏，同时在绝缘接头处设置测试桩，定期检测绝缘接头两侧的电位，以保证绝缘接头的有效性。

6 结语

本文对引起区域阴极保护系统失效的恒电位仪失效、辅助阳极失效、参比电极失效、阳极电缆断开、绝缘接头失效等因素进行了分析，针对各失效原因提出了解决办法，并针对阳极电缆断开的问题提出了一种新型的阳极连接方法以解决该问题，以期为区域阴极保护系统的设计和改造提供借鉴。