乍得原油管道阴极保护系统异常原因分析及解决方法

那 娜,郄振雷,郑安升,刘 佳,廖煜炤

(1. 中国石油天然气管道局第一工程分公司，廊坊 065000； 2. 中油管道物资装备总公司，廊坊 065000；3. 中国石油天然气管道工程有限公司，廊坊 065000)

乍得原油管道阴极保护系统异常原因分析及解决方法

那 娜1,郄振雷2,郑安升3,刘 佳3,廖煜炤3

(1. 中国石油天然气管道局第一工程分公司，廊坊 065000； 2. 中油管道物资装备总公司，廊坊 065000；3. 中国石油天然气管道工程有限公司，廊坊 065000)

介绍了乍得原油管道工程阴极保护系统的设计、调试与试运，分析了阴极保护系统调试中遇到的自腐蚀电位异常以及阀室阴极保护电流泄漏问题。通过完全摘除临时阴极保护所用牺牲阳极以及在恒电位仪输出和输出端增加绝缘解决了上述问题。

调试与试运；阴极保护；阀室电流泄漏

乍得原油输送管道线路全长约311 km，设油田H区块首站和恩贾梅纳末站2个站场。全线设置8座阀室，其中有3座远程控制终端(RTU)阀室，5座普通阀室；4座阴极保护站，分别与首站、4号普通阀室、7号普通阀室和末站合建。首站出站后和末站进站前各设置一个绝缘接头，将线路管道与站场内管道实现绝缘。站内管道多为架空敷设，未施加阴极保护。

本管道设计输量为100×104t/a，设计压力为10 MPa，管径为φ406.4 mm，管材采用API 5L X60 HFW管。原油在上游CPF加热，首站加降凝剂综合处理后，进行密闭输送。首站最高出站温度80 ℃，从首站至2号阀室(里程33.8 km)的管道外防腐蚀采用3LPP(3层聚丙烯)防护层，其余管道外防腐蚀采用3LPE(3层聚乙烯)防护层。

本工程于2009年11月开工建设，2011年6月投产。

1 设计方案

本工程共设置4座阴保站，保护线路管道，分别与首站、4号阀室、7号阀室和末站合建，阴极保护站的分布见表1和图1。

表1 阴极保护站分布

首末站阴极保护设备选用交流供电恒电位仪，额定功率为50 V/15 A；4号和7号阀室阴极保护设备选用直流供电恒电位仪，额定功率为36 V/10 A。

图1 管道全线阴极保护示意图Fig. 1 Cathodic protection schematic diagram for the pipeline

每座阴保站均建一口60 m的深井阳极地床，每口深井阳极内含7支预包装阳极组，每组阳极组由φ273 mm×6 000 mm钢管、3支φ50 mm×1 500 mm硅铁阳极、焦炭排气管、电缆导管以及电缆等材料组成。

2 调试与试运

2.1 第一次试运

2011年5月上旬至中旬，施工人员对管道全线进行自腐蚀电位测量，之后开启恒电位仪，对管道全线阴极保护系统进行投运，并对管道全线进行通电电位测试，见图2。但测量结果表明，全线有70%的自腐蚀电位负于-0.85 V(相对于Cu/CuSO4参比电极，下同)，只有4号、7号阀室的恒电位仪在运行(恒电位仪手动控制恒流输出，输出电流均为0.5 A左右)，首末站的保护电位为-1.3～-1.9 V，致使首末站的恒电位仪无法投运。

图2 第一次试运后管道沿线电位Fig. 2 Pipeline potential curve after 1st commissioning

2.2 第二次试运

由于第一次测得的自腐蚀电位不正常以及第一次试运失败，设计人员到现场亲自参与测试、试运工作。2011年6月中旬至下旬，再次对管道全线进行自腐蚀电位测量，此次测量结果基本正常。只开启4号阀室恒电位仪分段进行试运，给定电位为-1.2 V，极化48 h后，输出电流为5.1 A，测得4号阀室下游116号测试桩保护电位为-5.2 V、首站附近保护电位为-4.4 V,此现象极不正常。关闭4号阀室恒电位仪，去极化48 h后，对7号阀室恒电位仪进行通电投运，恒电位仪按照恒电流模式自动输出，瞬间输出电流达到8.0 A，恒电位仪显示保护电位为-1.4 V，当时测得7号阀室上游237号测试桩保护电位为-9.0 V，273号测试桩保护电位为-6.8 V，末站附近保护电位在-5.7 V。为此，设计人员关闭所有恒电位仪，去极化48 h后，开启4号阀室恒电位仪，立即转到手动恒流输出模式，从0.1 A逐步增大输出，同时测量116号测试桩电位使其稳定在-1.2 V，此时恒电位仪输出电流为0.6 A，保护电位为-0.68 V。同样，7号阀室情况亦是如此。

3 原因分析

3.1 第一次试运

第一次测量时,全线约有70%的自腐蚀电位负于-0.85 V，这显然是不正常的，其原因是临时作为阴极保护的牺牲阳极没有完全摘除。由于首站附近42～96号测试桩以及末站附近206～264号测试桩连接的镁带阳极有近80%未断开，管道受到保护致使电位偏负，导致首末站恒电位仪无法启动。摘除所有的牺牲阳极并完成管道去极化后,第二次测量数据正常，恒电位仪也可正常启动。

3.2 第二次试运

恒电位仪是一种伺服系统[1]，在恒电位输出模式，仪器不断采集管道电位(相对与参比电极)，然后与设定电位进行比较[2]，如果负(正)于设定电位，自动降低(升高)输出电流，使管道电位与设定电位一致。

第二次试运时，7号阀室恒电位仪电流输出突然增大，原因是之前恒电位仪经过多次开启和关闭，经过与厂家工程师沟通，该设备会自动选择上一次的运行模式继续运行，厂家人员先前选择恒流输出，但是输出电流大小手动控制了。后续开启和关闭期间，只是简单的通电，恒电位仪自动选择恒流输出，但输出电流没有手动控制，设备根据负载大小自动输出，致使输出电流过大，4号阀室的恒电位和恒电流输出模式亦说明了该问题。其原因是阀室内管线存在大的泄漏点，这是由大面积裸露金属所致。现场测得管道和接地网电位一致，并测得管道与接地网电气连通，判断是阀室内接地网与管道意外连接所致。经过排查检测，发现恒电位仪设备本身存在问题。

由图3可以看出，太阳能控制器输出端负极需要接地，也就是恒电位仪输入端负极接地。由于该恒电位仪采用24 V直流输入，经斩波升压、滤波后直流输出，最大输出为36 V。由图3还可见，恒电位仪输入负极端接地，且与输出阴极端直接连通，导致管道直接接地。

4 整改及效果评价

图3 恒电位仪电气连接示意图Fig. 3 Electrical connection schematic diagram for potentiostat

经过与供货商沟通，根据现场情况，更改恒电位仪内部电路结构，通过逆变器、高频变压器等元件来实现输出和输出端电气隔离,见图4。

2011年7月下旬，恒电位仪经过整改后，又对其进行投运调试，4号和7号阀室周边以及管道全线测试数据见表2和图5。

图4 整改后恒电位仪电气原理简单示意图Fig. 4 Electrical schematic diagram for potentiostat after rectification

表2 整改调试前后4号和7号阀室周边测试数据

从表2和图5可以看出，恒电位仪整改后，4号和7号阀室泄漏阴极保护电流问题得以解决，管道沿线阴极保护电位恢复到正常水平。

5 总结与建议

(1) 针对第一次自然电位不正常以及第一次试运首末站恒电位仪无法投运的状况，进行了分析,为第二次试运奠定基础。

图5 整改调试后管道沿线电位曲线Fig. 5 Pipeline potential curves after rectification

(2) 针对第二次试运工程中遇到的问题进行了分析，采取必要的解决措施，使得全线阴极保护系统得以正常投运。

(3) 调试与试运过程中应详细了解现场情况，尤其是导致阴极保护电流泄漏的设施，如站场和阀室的接地系统，阀门的基础，临时设施等等。

(4) 恒电位仪厂商生产制造过程中应保证直流恒电位仪输入输出端严格绝缘，避免类似问题再次发生。

(5) 建议调试运行由专业人员参与，避免出现全线自腐蚀电位不正常还盲目试运的情况。

[1] 李佳青，杨永志，安卓亮，等. 加盐保湿降低阳极地床接地电阻解决恒电位仪超槽压告警[J]. 腐蚀与防护，2013,34(5)：440-441.

[2] 黄进明，单剑，陈健. 某轮外加电流阴极保护系统工作异常的原因[J]. 腐蚀与防护，2013,34(3)：265-268.

Cause Analysis and Solution of Abnormal Behavior of Cathodic Protection for Chad Crude Pipeline

NA Na1, QIE Zhenlei2, ZHENG Ansheng3, LIU Jia3, LIAO Yuzhao3

(1. China Petroleum Pipeline Bureau First Engineering Branch, Langfang 065000, China; 2. China Petroleum Pipeline Material & Equipment Corporation, Langfang 065000, China; 3. China Petroleum Pipeline Engineering Corporation, Langfang 065000, China)

The cathodic protection system design, construction and commissioning for Chad crude pipeline were introduced. Abnormal corrosion potential and current leakage in valve station were analyzed in the cathodic protection system commissioning, and above problems were solved by completely disconnecting the temporary sacrificial anodes and increasing an insulation between iutput and output ends of potentiostat.

commissioning and operation; cathodic protection; current leakage in valve

10.11973/fsyfh-201705007

2015-06-19

郑安升(1980-)，工程师，硕士，从事管道防腐及阴极保护研究，0316-2074963，zhengansheng@cppe.com.cn

TG174

B

1005-748X(2017)05-0353-03