利用极化探头法消除油气管道阴极保护系统IR降

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【摘要】分析了西北油田分公司油气外输系统阴极保护系统存在IR降的原因，分析了消除IR降方法在本系统的适用性，经综合比较，极化探头法更适用于杂散电流区域的电位测量。本文介绍了具体的施工方法。

【关键词】阴极保护 极化探头 IR降 极化探头法 试片断电法 管道瞬间断电法

西北油田分公司油气外输系统绝大部分管线采用外加电流阴极保护法或外加电流+牺牲阳极对管线进行保护。按保护范围分为：站外油气管线阴极保护、站内管线及储罐阴极保护。

1 阴极保护运行中存在的问题

依据SY/T5919-2009《埋地钢质管道阴极保护技术管理规程》，判断地下管道阴极保护系统是否达到完全保护的准则为：

（1）一般地区为-850mv（CSE，下同）或更负；

（2）保护电位最高不超过-1200mv；（3）特殊情况可采用阴极极化与去极化电位差大于或等于100mv指标

在实际运行中，我们一直采取将阴极保护系统通电电位控制在-0.850～-1.50V的保护范围内运行，由于管地电位含有ir降，所以不能真实反应管道的真正保护电位。

由于管道穿越沙漠、戈壁、河流、农田等区域，土壤电阻率差异大，沿线的IR降变化也较大。根据前期测试数据，管道沿线大部分地区IR降在0.3v～0.5v左右，少数地区IR降为0.2v或0.7v左右。

2 消除IR降的主要方法2.1 近参比法

此方法是在测试桩的管道埋设表面安置参比电极。因参比电极和管道表面之间的土壤距离变小，而使IR降变小。这种方法克服了地表参比点位置差异可能造成的误差，不过对于高电阻、大电流状态下，参比电极位置又没有对准覆盖层缺陷时，IR降所产生的误差仍然存在。这种方法还会破坏管道已经形成的电位场，所以检测完成后必须回填深坑，待下次检测还需要重新开挖，检测工作量大。

2.2 瞬间断电测量法

恒电位仪输出端安装同步断路，使恒电位仪通电12s，断电3s。断电后，管道电位瞬间降落下来，管道外防腐层破损漏铁处与周围电解质（土壤）形成的双电层电位，不会产生去极化。

但这种方法要求同时中断所有提供阴极保护的电连接。我们大部分管线除了采用外加电流的阴极保护外，在保护薄弱区域或保护盲区均采用牺牲阳极进行补充。同时断开几十处电流源，非常麻烦。

2.3 试片断电法

做法是在测试点处埋设一个裸试片，其材质、埋设状态与管道相同，试片和管道通过电缆连接，这就模拟了管道防腐层的缺陷点，由管道提供保护电流进行极化。测量时，只需要断开试片和管道的连接导线，就可以测得试片断电电位，由试片电位代表管道电位，避免了切断管道主保护电流以及其他电连接的麻烦。

当存在杂散电流、二次电流干扰时，用测量数据表示参比电极和试片间电解质（土壤）上产生的IR降，产生的误差将很大。这种由非阴极保护电流造成的欧姆压降，称作非欧姆压降。

2.4 极化探头法

采用极化探头的试片断电法，能有效避免外界电流的流入，消除了非欧姆压降，因此极化探头法的电位误差最小。经综合比较，我们决定采用此方法消除保护电位测量值中的IR降。

3 主要改造内容

根据管线的输送介质、敷设环境的不同，每隔5km在测试桩处安装了极化探头或试片。分别在重油管线、天然气管线和凝析油管线上埋设了123组极化探头和试片。

3.1 试片、极化探头结构

试片是模拟管道防腐层的缺陷点，本次选择了材质为20#钢、直径为5mm的圆形试片。试片通过焊接连接着一根导线，焊接点用环氧树脂密封，通过导线将试片与管道连接。试片的另一面直接与大地接触。

极化探头分为上、下两个腔室，上腔室为参比电极安装室，下腔室安装有极化试片、自腐蚀试片、保湿剂。上腔室与下腔室、下腔室与极化试片通过导电盐桥连接。极化探头有3根导线分别与参比电极、极化试片、自腐蚀试片相连接。极化试片的连接导线既用作试片的极化线又兼作电位的测量线。

极化探头法可以测到最接近真实值的管道阴极保护极化电位，因此更适用于杂散电流区域的电位测量。

3.2 试片、极化探头的安装

（1）探头使用前，先用自来水浸泡底部24小时。

（2）配置填包料，填充料的构成为：石膏粉75%，膨润土20%，无水硫酸纳5%。在混合罐中加入与填包料体积比为1：1的水充分搅拌。

（3）在管道一侧，与管道中心线的水平距离大约为0.1～0.5米的位置处钻孔或开挖探头放置坑，深度等同于管道中心线的深度。将配制好的填包料与探头直接放入钻孔或开挖的土坑中，保证探头周围均匀分布有5～10cm厚的填包料；也可预先将配制好的填包料与探头一并放入渗透性良好的天然纤维织品中，然后整体填装。探头和填包料安装好后，在其周围浇水，保证填包料充分润湿。取出与管道贴近的土壤放置于探头回填料周围，并压实土壤。为避免电流在探头试片上的优先分布，对于阳极和管道临近的情况，探头与管道的放置距离应小于管道和阳极的距离。

（4）放置过程中尽量减少探头连接部的电缆受力，放置平稳后稍微用力按压探头顶部务必使试片和微渗封端与地面充分接触。

（5）在施工回填过程中，应用过筛子的细土回填，避免损伤电缆和探头。探头被回填覆土后，在外面浇适量水，并进行一次检测。如果能够获得稳定读数，说明探头正常，再进行电缆沟的回填。在沙漠等干燥地段，应在附近同时安装一根用于浇水的PVC地漏。

（6）电缆沟回填后，将电缆引入已有的测试桩上，再次进行测试，如果仪表有稳定读数，说明安装成功。

4 实施效果

2011年10月以来，我们对试片/极化探头的管线极化电位进行了测试，并根据测试结果，调整恒电位仪输出模式及输出功率，使管线得到有效保护。

5 结论

（1）在聚氨酯保温管道上采用外加电流阴极保护会产生较大的IR降，对测试结果的影响较大，通常需要恒电位仪的输出功率比其他防护类型的管线大。

（2）在有IR降的情况下，通电电位看似过保护的，实际上可能还没有达到标准。

（3）极化探头法是一种很好的消除管道IR降的电位测试方法，它可以消除其他电连接和杂散电流对测量结果的影响，而且不存在断电后的极化率差异。

参考文献

[1] 胡士信，熊信勇，石薇，等.埋地钢质管道阴极保护真实电位的测量技术[J].腐蚀与防护，2005，26（7）：297-301