长输石油管道阴极保护技术分析

李世超

（中国石油工程建设有限公司北京设计分公司，北京 100000）

1 阴极保护技术的分类与应用原理

1.1 技术分类

阴极保护技术在正式使用时可分成强制电流法与牺牲阳极法。将电源系统负极与保护性目标金属相连接，电源可对目标金属增加一定量的阴极保护电流，使金属表面电位出现负向偏移现象，对金属进行规范性保护，该类保护性原理为强制电流法。在使用强制电流法时可连续调整输出电压，降低外界环境的影响，增强保护方式的可靠性[1]。对于牺牲阳极法来说，将自腐蚀电位比中的被保护构筑物阳极金属连接到被保护结构上时，可采取牺牲阳极法，将被保护构筑物连接到阴极系统中，对目标金属腐蚀现象进行针对性控制，扩展阴极保护技术的应用范围。

1.2 应用原理

石油输送管道在正式运行时，运行状态会受到多重要素影响，管道会产生不同程度的腐蚀问题，而该类腐蚀现象的出现原因为金属与外界形成一定的电化学反应。系统内部要存有阴阳极，阴极多为获取电子后还原的一侧；阳极为失去电子氧化的一侧。阴阳极在正式出现后，将出现数值相偏离的电位差，产生电位差后，可快速促成电化学反应。阴阳极若处在连通以后的电解液内，而电解液内部可存在自由移动性较强的活化离子，加速阴阳极中的电化学反应。在控制电子与离子的流通时，要观察电化学反应的流通状态，确保其始终处在流通形式中。出现上述状态后，石油管道内部的金属将产生腐蚀现象，金属表面电位与金属自腐蚀电位值相符，加快腐蚀速度。若能科学使用阴极保护技术，则表面电位会与原有的平衡性电位相偏离，终止金属腐蚀进度。

2 阴极保护装置产生的故障危害与形成故障的原因2.1 故障危害

石油长输管道在正式运行时，要合理保护管道，而该类管道建设使用中又存在漏电、绝缘不良的故障。使用阴极保护装置时，可发现该类设备在运行期间常产生管道保护距离缩减、输出电流增大的问题。在牺牲阳极系统内，牺牲阳极组会快速增加输出电流，且该电流超出电流保护标准。引发阴极保护装置问题的主要原因为未被保护的构筑物与已被保护的金属管道形成“短路”，也被称为“接地故障”。若想判断强制电流阴极保护系统阳极地床与电缆器的连接状态，可使用输出电流检测法，率先开启恒电位仪，再在恒电位仪内部的阳极输出侧连接电流表，若该类电流值为0，可说明该区域存在断路问题。在出现断路现象后，阴极保护系统难以正常工作，石油长输管道的运行状态也会产生较大问题，严重缩减阴极保护技术的使用状态。

2.2 故障形成原因

引发阴极保护装置出现质量问题的主要原因为绝缘法兰漏电与施工规范程度不佳。绝缘法兰产生漏电或失效现象后，石油管道的阴极保护装置会产生较大故障。当绝缘法兰的质量不佳时，运用一段时间后，其内部的绝缘零部件将产生变质或受损，降低法兰器件的绝缘性。漏电位置多发生在非保护管道与保护管道的交叉处，绝缘法兰位置也较易产生漏电问题[2]。由于地下管网的复杂程度较高，多条线路会与被保护管道形成交叉状态，要依照石油长输管道的实际建设情况，多方位检查与反复测量，精准确认漏电故障位置。施工规范程度不佳也会引起管道故障。比如，在两条管道中，若一条为未保护管道，另一条为阴极保护管道，进行两条管道的交叉施工时，两条管道之间的净垂直距离要保持在0.3 m 左右，并在交叉点附近安置合适的绝缘装置。相关人员未依照上述标准开展施工操作时，相应管道在完成埋设后，受土壤应力影响，内部管道将会相互搭接，使绝缘层产生破损现象，即各金属间紧密相连，生成漏电点，增加石油管道应用的危险性。在明确长输石油管道的运行过程后，为增强管道运行安全，在管道系统中采用阴极保护技术，安置保护性装置，强化石油管道运输的整体安全。

3 阴极保护技术在长输石油管道中的实践运用

3.1 安装恒电位仪

完成了阴极保护技术的准备性工作后，要率先安装恒电位仪。为加强对长输石油管道的保护性，要根据该类管道系统的实际情况开展恒电位仪安装工作。相关人员须科学观察石油管道的运输位置，明确该运输位置周围的具体情况，及时提取天气、温度、湿度等外部环境指标，在各项数值的规范下，适时确认石油管道的位置设计效果。若想提升石油管道运输的安全性，安装恒电位仪时需合理设置装置的安装使用数量，利用对使用过程与运用数量的规划，全面增强石油管道运输的安全性。完成石油管道恒电位仪的安装后，要及时检测该类设备的内部数据参数，利用对该项数值的合理规划，提升设备仪器的使用安全，确保石油管道的整体运输质量。使用恒电位仪前，要对该类装置开展试运行工作，适时提取装置内部的各项参数，对各项参数的变化过程进行合理规划，增强长输管道的整体运行质量。

3.2 设计参比电极

进行恒电位仪设计的过程中，要进行参比电极与汇流点的设计。设置参比电极与汇流点时，要将汇流点安装在管线出站的位置，汇流点设置在绝缘接头的外侧，借助对绝缘接头的科学性使用，有效增强汇流点设计使用的安全性。进行汇流点设计过程中，要在该位置适当增设参比电极与防爆炸接线箱，利用对该类装置的持续性使用，有效延长该类装置的使用时间，确保装置运用的安全性。一般来讲，参比电极带有极强的长效机制。安装防爆炸接线箱时，要适时检测已完成安装的阴极保护系统，对阴极保护系统的装置位置进行合理规划，并将处在汇流点附近的参比导线连接到对应的设备中。完成防爆炸接线箱的安装后，要及时检测该装置附近的电缆安装情况，确保零位接阴电缆与阴极电缆全都处在防爆炸接线箱中，提升该项装置使用的科学性、安全性。为加强不同汇流点的应用安全，在完成参比电极与汇流点的整体安装设计后，还要在汇流点处适当修补绝缘材料，完善整个阴极保护系统。

3.3 设置阳极地床

阳极地床分为深井阳极和浅埋阳极。辅助阳极地床为电流阴极报站中的重要构成，要利用阴极保护设备将被保护管道内的阴极极化流输送到土壤中，受到土壤内部导电离子与水分的传输后可将其传导至管道表面，使阴极保护导电回路变得更为完整。当前阳极地床共存在深井阳极地床与浅埋阳极地床两种形式，前者埋深多在15 m 以下，后者埋设在冰土层深度下。深井阳极地床多运用在地表土壤高电阻率与存在金属构筑物的附近，可利用对电流分布的持续性控制，最大化缩减电压梯度变化。设置浅埋阳极地床前，要明确该项装置的内部构成，即包括存在对应长度电缆的硅铸铁阳极或者混合金属氧化物阳极，该类材料的数量由阴极保护电流计算，完成材料的准备后，要将材料埋藏在地床中，该地床与管线的距离在200 m 以上，且呈现垂直状态。浅埋阳极在进行填埋过程中，要对深度提出较高要求，即阳极顶部和地面的距离要远离2.5 m 左右，各阳极间的距离也要保持在5 m 左右[4]。完成辅助阳极的填埋工作后，要利用填包料完成包裹工作，填包料内部多带有直径在15 mm 左右的焦炭粉，其包裹厚度要保持在100 mm 上下。埋设阳极地床期间，要科学挑选埋设位置，对该项位置进行合理规划，不可选择存有构筑物的区域，无论地上还是地下，要尽量挑选在潮湿且地势较洼的区域，实际施工时还要依照实际情况进行针对性调整。日常运用阳极地床期间，还要对该类装置开展定期维护和检查工作，专业人员可对操作期间的电阻变化进行针对性改进，在发现数值变化幅度较大的区域后，要及时分析引发数值变大的原因，并对相关设备进行切实完善，使设备内部电压始终处在稳定的运行状态。日常应用阳极地床装置时，要对该类设备进行合理检测，使装置内部的各项系数处在标准范围内，全面增强设备使用效果。

3.4 控制锌接地电池

完成阳极地床装置的安装工作后，要根据阳极保护技术操作原理，适当控制锌接地电池，使该类电池的安装使用处在标准范围内。比如，在当前的阴极保护手段中，要明确设置锌接地电池的主要目的，利用该项装置来加强电绝缘接头使用的科学性。电绝缘接头在使用过程中，受多重要素影响，极易出现更大风险，严重威胁该类接头使用的安全性，而在安装了锌接地电池后，电绝缘接头的安全性得到了保证，无论在使用中还是使用后，都增强了该类接头的安全性、稳定性。在完成锌接地电池的设置后，还要将该类装置放置在管线与电池内部电缆的连接处，并借助防爆接线箱来增强该项装置使用的科学性。日常操作时，合理确认锌接地电池的用途与使用方法，将该类电池的内在隐患控制在一定的场地范围内，提升电池使用的科学性，并对各绝缘位置进行针对性控制，增强阴极保护技术的应用安全。

3.5 安置测试箱

测试箱的安装是阴极保护技术运用的重点内容。进行石油管道传输建设期间，应适时确认石油管道的建设位置、传输状态，科学控制管道系统的各项装置设施，根据当前项目的施工顺序，在完成了新接地电池的安装后，要进行防爆接线箱与测试箱的安装工作[5]。进行各项装置的安装与埋设时，合理确认防爆接线箱与测试箱的安设位置，尽量将其安置在绝缘位置附近，增强该类设备的使用频率与运用效果。要将防爆接线箱与测试箱安置在石油管道的左侧，尽量与管道边缘保持恰当距离，间隔长度多维持在1 km 左右。还要在石油管道长输管处安置电位测试桩，该项装置也需沿管道间距维持在1 km 的距离，并在没间距5 km 处安置测试电流的测试桩。正式安装使用防爆炸接线箱时，要科学规划该类装置的流经范围，即该装置须处在绝缘接头、汇流点附近。埋设防爆炸接线箱前，合理设置该项装置的内部参数，将各项参数适当把控在标准范围内，全面增强设备埋设质量，增强防爆炸接线箱与测试桩的应用安全，高效扩展该类装置的应用范围。完成阴极保护技术的设备安装后，还要在多个管线破损处进行适当的防腐处理，即修补使用不同类型的补伤防腐材料，全面增强设备装置的安装使用质量，保障长输石油管道的运行安全。

完成测试箱的安装以后，若想增强阴极保护技术的运用效果，还要合理规范阴极保护测量技术，将标准电阻法与双电流表法运用到测量工作中。应用标准电阻法时，测试导线的长度要在1 m 以内，且截面积不低于4 mm2，在该类数值的保证下，缩减导线内阻中形成的测量误差。实际操作中要将电阻串联至阴极保护的回路内，并借助电压表来测试电阻两侧电压。而对于双电流表法而言，要在正式使用该方式前选择型号相同的2个数字万用表，保证其在相同量程中的内阻值相同。首先，将电流表串联到测量回路中，获取电流值。其次，要将另一个电流表串联到此前电流表所在的测量回路中，该阶段两个电流表的电流与电流量程相同。最后，要合理记录两个电流表中电流数据的运行变化，将平均值当成阴极保护电流的标准值。

4 阴极保护技术在长输石油管道建设中的维护管理措施

4.1 科学维护阴极保护设施

日常工作中，要定期开展阴极保护设施的维护检查工作。①精准检测阴极保护恒电位仪的避雷器，判断其是否处在接地状态中，恒电位仪接地电阻要始终保持在10 Ω 左右。②根据阴极保护设施的运行情况，适当判断电气仪表的应用状态，科学检测仪表内部的通电点电位数、电流与电压值的变化，若存有变化，在完成位置记录后，要及时查明原因并加以解决。③检测配电盘中熔断器保险丝的连接情况，科学判断各项元件的使用情况，若某元件在运用时存有机械障碍，则要立即更换该类元件。④适时观察电气设备内部电路安装与接触的牢固性，明确阴极保护技术下各通电点、阳极地床与电源导线的接头牢固程度，提升阴极保护技术的安装应用效果。

4.2 合理检修阴极保护管道

针对阴极保护管道的应用状态，要对阴极保护管道的运用标准与使用范围进行合理探究，并在日常工作中科学检修各项设备装置。①定期检查通电点电位，填写运行日志，明确各项装置的实际运行情况。②不可随时更换电气设备的内部接线，若该接线在质量检测中出现问题，才能及时更换设备接线，确保设备运行状态。③开展阴极保护管道的设备维修时，要及时检查管道周围的建设环境，找出设备内部带有的安全隐患，再借助管道应用标准来开展相应的设备维修工作。④在日常检查中适当控制设备接地状态，避免出现管道接地故障，使整条线路都能获得阴极保护。

4.3 维护绝缘法兰与测试桩

在维护绝缘法兰的过程中，要对绝缘法兰管地电位进行定期测试，若该项数值与原有数值存在差异，要合理分辨性能的优劣性，并增加对漏电情况的精准控制。在完成绝缘情况的检测后，若该数值超出区域电阻标准，则要进行恰当维修；低于该标准则说明存在接地情况。在维护测试桩期间，要及时检查管线与接线柱的连接情况，科学检测测试桩的电位值和电流值。还要对测试桩的编号进行合理设计，科学记录测试桩中的各项数据变化。

5 结束语

长输油气管道的铺设带有极强的复杂性，管道外部的环境较为复杂，无论是管道防腐还是管道铺设，都存在较高要求。使用阴极保护技术后，可对管道的腐蚀现象进行合理控制，既能缩减管道运营成本，还能增强管道资源运用效率，使阴极保护手段的使用范围变得更为广泛。