趙永麗

山東運維中心濟寧作業區

摘要：西氣東輸二線平泰管道山東段地理環境和干燥氣候條件下恒電位儀運行異常。分析了土壤電阻率變化對電流分布的影響，以及影響陰極保護系統正常運行的干擾因素，提出了處置措施，使陰極保護系統發揮有效作用，為管道陰極保護系統運行提供參考。

關鍵詞：天然氣管道；平泰管道；恒電位儀；運行分析

西氣東輸二線平泰管道起自河南省平頂山市魯山壓氣站終至山東省泰安市泰安壓氣站，采用強制電流陰極保護防腐。其中山東段沿線地貌以平原為主，氣候干燥，土壤中沙性比例大，造成土壤電阻率和自然電位較高，個別地段的自然電位甚至接近于保護電位。沿線各陰保站恒電位儀自投產以來經常出現輸出電流過小或輸出為零現象，導致恒電位儀報警或恒位轉恒流，影響了陰極保護系統的正常運行。

1  陰極保護系統現狀

1.1  恒電位儀運行情況

平泰管道投產初期將恒電位儀通電電位設定為﹣1.2 V，實際運行中發現土壤電阻率和自然電位較高，個別地段的自然電位甚至接近于保護電位，后期各站場根據實際情況將通電電位調高至﹣1.3 V，恒電位儀運行正常。上述情況說明在不同地理環境下，可以根據恒電位儀的實際運行情況，在允許范圍內適當調整通電電位以改善其運行狀況。

1.2  IR降對測量數據的影響

陰極保護系統開始工作時會有電流進入土壤并在其中流動，這種陰極保護電流的移動而引起土壤的電壓降稱之為IR降。由于在陰保站和沿線測得的電位都是通電電位，還需要考慮IR降對測量數據的影響。IR降為通電電位減去瞬時斷電電位，或瞬時通電電位減去結構自然電位。實際工作中我們常使用瞬間斷電法和試片斷電法對IR降進行消除，消除IR降后的斷電電位保持在準則規定的﹣0.85 V～﹣1.2 V（CSE）之間。

1.3  土壤電阻率變化對陰保電流分布的影響

當土壤電阻率均勻，管道電阻忽略不計時，與輔助陽極距離最近點電流密度最大，距陽極越遠，電流密度越小。山東段沿線土壤電阻率變化較大，對管道電流分布產生較大影響。土壤電阻率較大時，導致管道電流密度較小，管道電位變正；土壤電阻率較小時，導致管道電流密度較大，管道電位變負。例如穿越河流的管段，由于河水的電阻率遠遠小于周圍土壤電阻率，導致臨近河床的管道電流密度增大，電位變負。

1.4  影響恒電位儀正常運行的干擾因素

（1）管道沿線地區夏季干旱少雨，日照蒸發強烈，導致土壤長期處于干燥狀態，容易造成現場參比電極流空。現場參比開路時恒電位儀顯示為無輸出電壓、電流，顯示“保護電位”高于“控制電位”。日常應做好現場參比電極檢查，桶內細沙保持濕潤，夏季加密注水周期。

（2）沿線電氣化鐵路是對管道影響最為嚴重的雜散電流源之一，與已建10 kV及以上高壓交/直流輸電線路并行或交叉，也對管道安全運行形成嚴重干擾。管道與高壓交/直流輸電線路或通訊鐵塔等設施靠近時，在雷擊或輸電線路發生工頻故障時，接地系統會在地下形成脈沖電弧，擊傷附近管道，為此應做好強電沖擊與交/直流干擾防護安全設計。

2  處置措施

2.1  土壤電阻率變化對電流分布影響的處置措施

正確布置輔助陽極是改善電流均勻分布的有效措施。平泰管道采用高硅鑄鐵輔助陽極。安裝輔助陽極時應避免與堅硬材料相碰，按設計要求和埋設深度水平或垂直埋設，周圍放置一定數量填料。將輔助陽極電纜引入陰極保護設備間，用細土回填陽極地床。

2.2  交流干擾因素處置措施

（1）與交流電氣化鐵路并行管段，如果二者間距在400 m范圍內，應從并行段的起點開始，每2000 m設置一處排流防護點；在與直供式電氣化鐵路交叉地段，應至少在交叉段的其中一側設置一處排流防護點。平泰管道與山西中南部鐵路交叉，交叉點采用箱涵穿越方式。為確保管道陰極保護效果，箱涵穿越段管道在施加強制電流陰極保護情況下，又增加了犧牲陽極保護（同時兼做排流防護）。犧牲陽極采用鎂陽極，其測試電位為﹣1.595 V（CSE），表明運行正常未完全消耗。管道與鎂陽極連接同時施加強制電流陰極保護情況下，測試的管道通電電位為﹣1.332 V（CSE），在斷開犧牲陽極時管道通電電位為﹣1.210 V（CSE）。經測算，此處土壤電阻率為25.12 Ω·m，管道交流干擾電壓為2.265 V（CSE），計算得出交流電流密度為20.36 A/m2，交流干擾程度弱，可不采取交流干擾防護措施。但隨著電氣化鐵路車流量增多，雜散電流會逐漸增加，存在發生點蝕穿孔或誘發應力腐蝕開裂風險，需對管道穿越段進行專項交流干擾評價，根據評價結果采取有效的排流防護措施。

（2）管道與輸電線路鐵塔、高壓線或通訊鐵塔以及鐵塔的接地系統之間的距離小于10 m，可沿管道平行敷設一根或多根淺埋接地線（如鋅帶等）作屏蔽體，屏蔽線宜通過固態去耦合器與受影響的管道連接且連接點不少于兩處，減輕在電力故障或雷電情況下，強電沖擊對管道防腐層或金屬本體的影響。

與高壓交流輸電線路并行敷設的管道，與110 kV及以上輸電線最外側邊導線間距小于300 m且累計長度超過2 km的管段，應進行交流感應電壓排流防護。平泰管道與220 kV上都高壓輸電線路并行且交叉，與最外側邊導線間距小于300 m范圍內管道長度約2.3 km，故共設置3處排流點，排流防護采用固態去耦合器和裸銅線，裸銅線沿管道兩側敷設。排流防護結果如表 1所示。

表 1 平泰管道與220 kV高壓輸電線路并行交叉段排流防護結果

從表 1看出，采取交流干擾防護措施后，3處排流點交流電流密度均小于30 A/m2，交流干擾程度為弱，說明固態去耦合器發揮了有效排流作用。

2.3  區域陰保和線路陰保相互干擾處置措施

平泰管道站場區域陰保系統采用4路恒電位儀3用1備。正常情況下與站外線路陰保系統之間通過絕緣接頭隔離，各自獨立。如果絕緣接頭失效會造成兩個陰保系統相互干擾，通常會將線路陰保的部分電流引入站內造成線路陰保的削弱，另外在開展站外管道檢測時也帶來更多的操作困難。因此，要定期測試絕緣接頭保證其絕緣性能良好，同時定期檢測絕緣接頭處的避雷裝置以有效發揮保護作用。此外，站場1101#閥門與線路陰保系統相連，要定期檢查1101#閥門執行機構與電纜鋼套管之間絕緣墊片的絕緣性能，確保線路陰保系統不發生漏電。

2.4  拆除建設期預留犧牲陽極

平泰管道在建設期采用裸鋅帶犧牲陽極作為臨時陰極保護，犧牲陽極通過測試樁與管道相連。管道全線投產采用強制電流陰極保護后，需逐個排查測試樁，徹底拆除犧牲陽極與管道的連接，以免影響線路陰保系統檢測準確性，杜絕不必要的陰保電流流失。

3  結束語

管道外防腐層與陰極保護聯合使用是最經濟、最合理的防腐措施。影響管道陰極保護系統的原因較多，管道企業應從實際出發做好陰保系統相關數據的采集，分析各影響因素干擾情況，綜合評判陰保系統失效風險，采取針對性治理措施。如何讓管道陰極保護系統發揮更有效的作用，還有待今后在實踐中進一步探討。 

作者簡介：趙永麗，1983年生，本科，工程師，主要從事輸氣站場的運行維護工作。聯系方式：13791768237，zhaoyongli200620@163.com。