长输管道阴极保护技术与故障解决措施

杨 志

（大庆油田工程建设有限公司，黑龙江 大庆 163000）

1 阴极保护的原理

阴极保护技术是目前我国应用较为广泛的金属管线防腐技术，通过在管道上安装电位负值更高的金属或合成材料，让其成为管线的阳极，让管道出现阴极极化的现象，从而极大减轻了管道的腐蚀速速率[1]。

1.1 牺牲阳极法阴极保护技术

管线长期处于土壤电解质环境中，容易受到电腐蚀的作用，牺牲阳极的方法可以让受保护的管线电极电位高于牺牲阳极，当牺牲阳极技术成功连接以后，会优先将腐蚀溶解，释放出的电子会在被保护管线的表面逐步发生阴极还原反应，极大的减缓了阳极溶解的速度，从而达到减缓管线腐蚀速度的重要作用。

1.2 外加电流法阴极保护技术

外加电流阴极保护需要外设电源，并依托外置电源向被保护的管线施加阴极的电流，增加表面上还原反应所需的电子含量，达成抑制管线腐蚀的过程。

2 阴极保护技术故障分析

2.1 恒电位仪的故障

恒电位仪故障是阴极保护最为常见的故障之一，根据故障发生位置大体可以分为恒电位仪内部故障以及恒电位仪外部故障两类。多数的恒电位仪故障在处理相对简单，多数具有一定工作经验的管道保护工可以根据工作经验妥善的处理简单的恒电位仪故障。如果遇到相对复杂的故障是，可以向厂家及上级单位汇报故障原因，由厂家指派工程技术人员协同解决，在发生无法修复的硬件故障时，可以通过更换相应配件的方式解决[2]。

2.2 电缆、参比和阳极的故障

电缆、参比及阳极故障发生概率在总故障比例中也相对较较高，仅仅地域恒电位仪故障。

2.2.1 电缆故障

再常见的外加电流阴极保护系统中共需要安装4根电缆，分别为阳极电缆、阴极电缆、零位接阴电缆、参比电缆四种。四种电缆一旦发生了断裂等故障，均造成恒电位仪设备无法自动运行，阳极电缆和阴极电缆短路会造成恒电位仪无法输出以及电缆错位等严重问题，不仅对管线防腐造成影响，还可能起到加速管线腐蚀的反作用[3]。

2.2.2 参比电极故障

参比电极是恒电位仪器自控系统中重要的基准电极，参比电极在发生故障后，会造成恒电位仪无法正常运行，导致阴极保护防腐措施失效，甚至加速管线腐蚀。造成参比电极故障的主要原因一般为流空、冰冻或接触不良。

2.2.3 阳极故障

在阴极保护装置运行过程中，如果出现无原因的恒电位一输出电压攀升，阳极接地电阻值不断提高的现象，可以认定为阳极故障。其中，造成阳极接地电阻增大的原因主要有如下几种，其一，管线在敷设时，下埋深度较低不能满足阴极保护的敷设深度，在进入冬季后，在冻土的作用下，接地电阻值上升；其二，施工不合理，或施工流程错误，导致气阻现象的加剧也会导致阳极接地电阻增大；其三，阳极表面的腐蚀产物导致电流障碍。对此类故障的判断难度不高，但需要建立周密完善的巡查制度才可以确保故障及时发现，及时处理。

2.3 绝缘法兰故障

绝缘法兰故障发生概率较低，目前可以查询到的绝缘法兰故障案例极少，可以认定绝缘法兰故障时造成阴极保护系统是失效故障中，发生概率最低的。绝缘法兰的故障诊断十分复杂，需要采用排查法对故障现象继续逐一的排查核对，才可以最终确认法兰失效。

2.4 防腐覆盖故障

防腐覆盖层的故障认定一般是通过对两座保护站之间管线覆盖层的电阻值进行测量比较分析得来的，当两座阴极保站之间的管线绝缘层电阻值于覆盖层电阻值之间的差值达到临界值后，两座阴极保护站提供的保护电流均已不能满足最小保护电位的标准，防腐覆盖层的防腐能力会出现失效，可以认定为防腐层故障。

造成防腐覆盖层故障失效的原因较多，但发生概率较高的主要有两种，其一，是防腐覆盖层使用时间较长，已经出现了大面积老化的现象，整体的绝缘电阻率下降；其二，长期忽视对管线防腐覆盖层的巡视管理，不能及时发现和处理具备破算，导致破碎位置积少成多，最终造成防腐失效。

根据防腐覆盖层的故障特点以及发生原因，防腐覆盖层多发生于投产时间较长，或出现明显老化趋势的管线上，对此类故障判断应由工程技术人员或委派专业的测试队伍进行排查检测。

2.5 外交部、直流电干扰

长输管线敷设距离较长，管线布局复杂，存在大量的管线重叠以及交汇点，管线于管线之间存在的交流以及直流干扰源无法准确的核查掌握，导致管线之间存在交流以及直流的相互干扰。管线直接直流干扰较为严重时，会对阴极保护系统功能带来极大干扰与影响。

在受到严重直流杂散干扰的管线区域，阴极保护系统在直流电流的干扰下会逐步丧失防腐的功能，恒电位仪在强直流干扰下几乎无法做到自动运行，需要根据实际的干扰情况，采用相应的排流措施，才可以恢复阴极保护系统的防腐功能。

2.6 埋地管道与其他金属搭接

在阴极保护系统处于正常的运转状态下，如果在管线的电流输入位置的电位下，输出电流增大直至全输出，但保护距离确出现了缩短的现象，此时可以认定为，地下管线防腐外层出现皮损，管线裸漏并于其他管线或金属体发生搭接。

2.7 外部工程引起的故障

外部工程是指阴极保护系统之外的施工、改造工程等,东北管道中绝大部分外部工程引起的故障来自本单位的生产设施技术改造工程。阴极保护虽然在管道企业中发挥着很重要的作用,但只占很小的比例。因此在输油站生产设施技术改造过程中,均以技术改造为重,人为地造成了许多技术改造影响阴极保护系统正常运行的事件。