阴极保护

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油气管道阴极保护常见问题分析

 

1 管/地电位测量中IR降的消除

  管/地电位测量是管道日常管理中的一项重要工作,是衡量和判断土壤腐蚀性、程度及干扰程度的重要指标和依据,因此要求测量结果尽量准确。但在当前管道行业普遍使用的地表参比法测量过程中,IR降成了影响测量结果的一个主要因素,会造成在原以为阴极保护状况良好的管线上欠保护情况的发生,引起严重的外腐蚀,甚至穿孔事故。

  所谓IR降是指电流在介质中流动所形成的电阻压降,其由参数I和R共同作用,通常多在几十毫伏到几百毫伏之间,当杂散电流干扰严重或环境土壤电阻率高时,几千毫伏有时也会出现。现介绍另外一种消除IR降的方法,即极化探头法。该方法中极化探头由内置、极化测试试片、自然腐蚀测试试片以及测试电缆等组成。样片均采用与管道本体相同材料制成,并具有适当的裸露面积,在探头内部参比电极与试片距离尽可能接近,使R基本为零;极化测试试片通过电缆与管道相连,将探头置于与管道相同的环境中,与管道中心线的距离为0。1m~0。5m,与断电测量技术结合,可以有效消除IR降成分;并利用自然腐蚀测试试片可实现自然腐蚀电位测量。极化探头法最适用于杂散电流区域的电位测量。

  2 公路、铁路穿越套管内部钢质管道的阴极保护

  在公路、铁路发生交叉时,传统的做法是利用钢制套管进行承载保护,套管外壁进行与输送管道同等级别的防腐;在输送管道与套管之间安装绝缘支撑;采用锌带或镁带作为牺牲阳极缠绕在管壁上,保证与套管内壁的绝缘,并对套管两端进行密封处理。但由于套管外有防腐层,会严重影响阴极保护电流的流动,即使在有渗水的情况下,输送管道也得不到有效的阴极保护,即出现了电流屏蔽;受地层沉降因素的影响,套管和保护管之间经常会发生接触并损伤防腐层。由于套管内壁是裸管,会造成电接触及大量电荷的泄露;而且牺牲阳极的寿命较短,对于套管内锌带或镁带的更新或维护仍是个比较棘手的问题。因此,建议采取如下措施:

  (1)尽量避免采用钢制套管,可以通过提高输送管道的壁厚等级来达到强度要求,并提高穿越管段的防腐级别;

  (2)可以考虑用钢筋混凝土管涵或混凝土套管;

  (3)如果必须采用钢制套管,则采用裸钢套管,可以导通阴极保护电流流到输送管道上;

  (4)取消套管两端的密封头,允许地下水、土壤进入套管,使阴极保护充分发挥作用;

(5)加密绝缘块的设置,保证足够的强度和机械稳定性,确保套管与被保护管的绝缘。

  3 钢筋混凝土固定墩的绝缘防护

  当固定墩内的钢筋与输送管发生意外电接触时,由于整个固定墩钢筋骨架是个网状结构,就会形成一个巨大的漏点。阴极保护电流通过钢筋网,并通过接触点返回管道,如果发生在阳极床附近,将会造成大部分电流在此处流回管道,其余管段存在达不到保护电位的情况。

  4 阳极地床的选址

  阳极地床的埋设位置非常关键,因为阳极地床电阻占整个回路电阻60%~80%,对于浅埋阳极应选择潮湿、土壤电阻率低的区域,以降低维护和管理成本;而对于深井阳极,安装前应该进行地勘,以掌握地层结构。阳极应安装在含有水的地层中,不能安装在岩石结构的地层中;否则,会因为电阻过大,造成输出电流过小,达不到保护作用。

  由于自然环境的改变,如地下水位下降,降雨减少,附近河流的改道等,造成浅埋阳极环境发生变化,接地电阻上升。短期内可以考虑对浅埋阳极埋设区域定期浇注清水,或改变埋设方式,将水平安装改为立式安装,并加大埋设深度,以降低接地电阻;长期应考虑阳极床的迁址工作。如果管道附近有其他埋地金属结构,比如其他并行的管道,一部分阴极保护电流会沿该结构流动,并在靠近被保护管道的地段流出,进入被保护管道。该金属结构防腐层越差,流入的电流越多。由于金属结构的屏蔽作用,可能会导致部分管段电位达不到保护要求。对此,辅助阳极应考虑安装在被保护管道的同侧土壤环境中,或将浅埋阳极改为,以减少屏蔽的影响。

  5 防腐层剥离后的屏蔽

  随着管道运行时间的增加,以及建设期间施工质量达不到要求,防腐层会出现老化、龟裂,黏接力下降,局部出现起皱、大面积剥离的现象,特别是在环形焊缝补口处附近,容易出现空鼓,水份会沿破损点流入,靠近管体,发生腐蚀。而阴极保护电流无法到达腐蚀处,对腐蚀没有抑制作用,此现象通过正常的电位测试也难以发现。因此,应定期进行内外检测工作,以掌握管道防腐层和金属损失的准确情况,为防腐层大修提供科学依据。在施工工程中,应当选用技术成熟的补口产品,并加强关键环节施工质量的监管。

  6 电位的测试

  牺牲阳极保护的管段应设有汇流点、中间点测试桩等。中间点位于两组阳极之间,获得保护电流小,保护电位最正,如果该处电位达到保护要求,那么才能得到管线全部受到保护的结论;汇流点电位最负,如仅凭此处数据就以为管线已经全部极化而得到了保护的结论是不准确的。但现场未按要求设置中间点测试桩的情况非常普遍,为了准确掌握管道极化状态,应增设中间点测试桩进行测试。在未进行中间点测试桩安装前,可以采用以下方式推断:①任意选取相邻三处汇流测试点,将中间处汇流点测试线与牺牲阳极断开,并测取此处的管地电位,如果此处电位达到保护要求,可以推断这三处汇流测试点之间其余位置也能够达到保护值;②采取地表参比法中的长距离闭路测量方法。

  7 由接地极引发的电偶腐蚀

  出于安全考虑或者为了消除感应电压的影响,安装在受保护管道上的装置或管道需要电接地,但在接地材料的选择上,如选择不当,会发生腐蚀泄漏事故。华中某输气公司输气站场投产不久后就发生埋地管线局部腐蚀穿孔的情况,经过现场深入调查,发现涂层失去对介质的隔离作用,地下水和氧经涂层渗透至管体表面,形成腐蚀环境;站场接地极为铜绞线,使管/地电位整体产生正向偏移,管体成为电偶腐蚀的阳极。与连接及相邻的埋地管线防腐层有泄漏点,会发生大阴极小阳极现象,腐蚀速度加快,造成严重的局部腐蚀。因此在电气安全接地时,应在接地电路中安装适宜规格或额定值的极化电池或二极管电路使之与阴极保护系统相容;也可以安装分开的接地锌电极或镀锌钢电极,将它们埋在低电阻率的回填料里,并且不与其他接地系统直接电连通。

 

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