作者：崔雅光 呂文娜

來(lái)源：《大眾科學(xué)（周刊）》2020年第31期

摘要：當(dāng)前，我國(guó)的油氣輸送主要以管道形式。在長(zhǎng)期使用過程中，管道會(huì)出現(xiàn)腐蝕等問題。通過陰極保護(hù)技術(shù)能夠大大提高管道的使用性能，并保證了管道使用安全。本文將對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：油氣管道;陰極保護(hù);現(xiàn)狀;方法;發(fā)展趨勢(shì) 1.前言

油氣管道的防腐結(jié)構(gòu)通常分為兩層，防腐層和陰極保護(hù)層。大部分的管道是通過防腐層實(shí)現(xiàn)隔絕空氣的作用。在油氣管道日常的使用過程中，不可避免出現(xiàn)碰撞等問題，這就需要陰極保護(hù)層的有效保護(hù)。

2 ;長(zhǎng)輸管道運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析 2.1管道材質(zhì)缺陷風(fēng)險(xiǎn)

天然氣長(zhǎng)輸管道的運(yùn)行最主要就是依靠管道本身，只有管道符合要求且安全可靠，才能保證天然氣長(zhǎng)距離順利輸送，天然氣長(zhǎng)輸管道材質(zhì)若不符合輸送環(huán)境要求，容易造成損壞泄漏風(fēng)險(xiǎn)。管道材質(zhì)缺陷風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在：一是本身使用劣質(zhì)材料，沒有進(jìn)行厚度、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)校核，材料質(zhì)量達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在正常運(yùn)行使用過程中出現(xiàn)破損開裂現(xiàn)象，造成天然氣泄漏 ;二是管道材料不符合當(dāng)?shù)貧夂蛲寥赖韧饨绛h(huán)境的需求，在高負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)故障或損壞 ;三是長(zhǎng)輸管道的內(nèi)襯、防腐涂料、焊接質(zhì)量等不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致管道破壞引起天然氣泄漏。 2.2 ;加工工藝不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)

天然氣長(zhǎng)輸管道加工工藝及施工工作不同對(duì)管道安全性的影響也是不同的，如果管道加工工藝沒有針對(duì)環(huán)境影響因素、地理地貌、管道使用條件等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算設(shè)計(jì)，在運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)安全問題。如施工時(shí)管道下溝作業(yè)碰到較大石塊對(duì)管道保護(hù)層產(chǎn)生破壞進(jìn)而出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。管道加工工藝不同則直接決定了管道的安全可靠性，對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道而言，焊縫的加工對(duì)安全運(yùn)行至關(guān)重要，采用螺紋焊管加工工藝或者直縫焊管加工工藝，直接影響長(zhǎng)輸管道焊縫處的內(nèi)應(yīng)力。若是焊接加工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致天然氣流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的太大內(nèi)應(yīng)力則對(duì)管道存在撐破的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 ;管道腐蝕破壞風(fēng)險(xiǎn)

腐蝕風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該是天然氣長(zhǎng)輸管道安全運(yùn)行最常見、最容易發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，也是對(duì)管道造成破壞的最普遍因素。腐蝕問題的主要原因 ：一是長(zhǎng)輸管道沿線存在的電力線路設(shè)備等產(chǎn)生的電流使管道產(chǎn)生電勢(shì)差，導(dǎo)致腐蝕情況發(fā)生 ;二是外界土壤環(huán)境存在的電解質(zhì)造成管道發(fā)生化學(xué)腐蝕反應(yīng) ;三是長(zhǎng)輸管道輸送的天然氣雜質(zhì)導(dǎo)致管道運(yùn)行時(shí)發(fā)生化學(xué)腐蝕 ;腐蝕現(xiàn)象的存在長(zhǎng)期積累會(huì)造成管道泄漏、穿孔，最終導(dǎo)致污染、中毒、火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。 2.4 ;人員操作失誤風(fēng)險(xiǎn)

天然氣長(zhǎng)輸管道整個(gè)管網(wǎng)運(yùn)行需要大量的人力資源，工作人員在工作時(shí)若出現(xiàn)違章操作、注意力不集中、操作失誤等原因?qū)?huì)給長(zhǎng)輸管道運(yùn)行帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。一是管道運(yùn)行站場(chǎng)人員操作失誤，主要是對(duì)管道檢查不仔細(xì)、對(duì)泄露地方排查不到位、腐蝕破壞處未及時(shí)發(fā)現(xiàn)、壓縮機(jī)定期保養(yǎng)執(zhí)行情況和零件更換維修不認(rèn)真等都會(huì)造成失誤風(fēng)險(xiǎn) ;二是長(zhǎng)輸管道運(yùn)行過程中沿途巡查不認(rèn)真、管道受外界影響存在損壞風(fēng)險(xiǎn)未辨識(shí)出來(lái)、管道出現(xiàn)泄漏未及時(shí)發(fā)現(xiàn)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)出現(xiàn)故障未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理等操作失誤都會(huì)帶來(lái)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。 2.5 ;第三方行為破壞的風(fēng)險(xiǎn)

第三方破壞風(fēng)險(xiǎn)有主動(dòng)、被動(dòng)兩種。第三方破壞主動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)在于不法分子的惡意破壞行為，由于長(zhǎng)輸管道長(zhǎng)度較大，全面監(jiān)控管理難度大，就有不法分子對(duì)管道進(jìn)行切斷盜竊，這種破壞行為導(dǎo)致天然氣泄露風(fēng)險(xiǎn) 。第三方破壞被動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，由于長(zhǎng)輸管道沿線需要經(jīng)過城市、村鎮(zhèn)、郊外等各種環(huán)境區(qū)域，在這些區(qū)域必然出現(xiàn)房屋搭建、橋梁道路修建、生產(chǎn)作業(yè)經(jīng)營(yíng)等施工活動(dòng)，由于缺乏對(duì)長(zhǎng)輸管道的專業(yè)認(rèn)識(shí)和管道布置勘察分析，容易對(duì)長(zhǎng)輸管道造成不必要的破壞，給長(zhǎng)輸管道安全運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。 3.陰極保護(hù)技術(shù)的主要方法 3.1排流保

排水保是陰極保護(hù)技術(shù)的主要方法之一，是一種在存在其他干擾電流時(shí)通過采用去除法來(lái)實(shí)現(xiàn)必要保護(hù)的作用機(jī)理。排流保主要采取三項(xiàng)措施：直接排水，第二極性排放和第三強(qiáng)制排放。首先，直接排水措施需要外部電源，但是當(dāng)電流穩(wěn)定時(shí)，可以消除其他干擾電流以保護(hù)金屬和合金，但是直接排水措施需要謹(jǐn)慎，干擾可能會(huì)增加。第二是防止極性放電的措施。由于二極管的單向特性，只能通過一個(gè)電流，因此，如果存在正負(fù)兩個(gè)干擾電流，則必須插入二極管以確保電流通過。第三，強(qiáng)制排水措施：直接排水，強(qiáng)制排水只能在排水狀態(tài)下保護(hù)被保護(hù)主體，在非排水狀態(tài)下不能再生，因此具有保護(hù)作用需要采取措施防止強(qiáng)行放電。這是一種使用整流器在恒定狀態(tài)下產(chǎn)生的電流來(lái)施加保護(hù)的措施。 3.2強(qiáng)制電流法

與陽(yáng)極保護(hù)相比，強(qiáng)制電流方法是在外部施加電流以使金屬變成陰極并最終對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的方法。如果使用強(qiáng)制電流方法，則必須使用直流電源，輔助陽(yáng)極和電纜的基本組件。最重要的是，輔助陽(yáng)極的作用是向保護(hù)系統(tǒng)發(fā)送外部電流，以使陽(yáng)極保持電解狀態(tài)。 3.3犧牲陽(yáng)極法

犧牲陽(yáng)極法的工作機(jī)理如下：將需要保護(hù)的合金或金屬與低電位合金或金屬置于同一溶液中。由于電位不同，在同一溶液中較低電位的合金或金屬會(huì)更快地溶解，并在溶解過程中釋放出電流。這樣可以保護(hù)需要保護(hù)的合金或金屬并防止腐蝕。 4.陰極保護(hù)技術(shù)展望 4.1陰極保護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)

防腐數(shù)值模擬技術(shù)是防腐理論計(jì)算的發(fā)展方向。一方面，為提高陰極保護(hù)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，對(duì)實(shí)際管道、地面極化曲線測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了研究，建立了不同環(huán)境下實(shí)際管道、地面極化曲線的數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)提高陰極保護(hù)的理論計(jì)算水平。優(yōu)化陰極保護(hù)設(shè)計(jì)和操作，在理論上計(jì)算線路的陰極保護(hù)。傳統(tǒng)的陰極保護(hù)計(jì)算只能計(jì)算沿管道的傳導(dǎo)電勢(shì)和電流分布。另外，使用陰極保護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)，不僅可以計(jì)算沿管道的傳導(dǎo)電勢(shì)和極化電勢(shì)，還可以計(jì)算管道的腐蝕保護(hù)層。分析了管道在區(qū)域泄漏點(diǎn)的陰極保護(hù)作用。

通過這樣的分析，陰極保護(hù)系統(tǒng)可以評(píng)估不同區(qū)域保護(hù)層泄漏點(diǎn)的保護(hù)能力，并進(jìn)一步指導(dǎo)管道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中保護(hù)層損壞的修復(fù)。因此，陰極保護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)不僅可以用于計(jì)算管道的陰極保護(hù)，而且可以用于計(jì)算，分析和優(yōu)化包括保護(hù)層在內(nèi)的整個(gè)管道的腐蝕控制系統(tǒng)。

4.2試片法陰極保護(hù)電位測(cè)量技術(shù)

電流同步截止電位測(cè)量技術(shù)通過同步，周期性地切斷所有陰極保護(hù)電源的輸出電流，實(shí)現(xiàn)了管道陰極保護(hù)電源開/斷的測(cè)量。在存在直流干擾的情況下，CIPS技術(shù)無(wú)法測(cè)量確切的斷電電勢(shì)，因?yàn)樵跍y(cè)量過程中無(wú)法同時(shí)中斷外部干擾電流。此時(shí)，可以使用試片法進(jìn)行電位測(cè)量，但是基本上，試片通過試樁連接到管道，并且在從管道上取下試片時(shí)測(cè)量試片的電位。根據(jù)PRCI的調(diào)查，樣品的陰極保護(hù)行為與管道的陰極保護(hù)行為相同，并且在累積保護(hù)層泄漏點(diǎn)的陰極保護(hù)也相同。也就是說，特定樣本的特定陰極保護(hù)效果等同于管道中泄漏點(diǎn)的陰極保護(hù)。因此，試件法也可用于評(píng)價(jià)管道的陰極保護(hù)效果。

根據(jù)該技術(shù)原理，做出以下假設(shè)：在恒定的管道陰極保護(hù)電流密度的條件下，樣品或管道保護(hù)層的泄漏面積越大，極化程度越低，而且斷電的可能性變得更大。因此，通過測(cè)量管道中某處的一系列區(qū)域中一系列標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條的斷電電位，可以大致估計(jì)出管道陰極保護(hù)的電流密

度?；旧?，該方法可用于評(píng)估陰極保護(hù)系統(tǒng)在不同位置的保護(hù)能力，即可以有效保護(hù)的管道保護(hù)層的泄漏面積。如果無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量管/地電位，則上述方法可能是評(píng)估管道陰極保護(hù)效果的另一種方法。 5.結(jié)束語(yǔ)

總之，管道陰極保護(hù)技術(shù)是油氣管道最為常見的技術(shù)，并取得了很好的效果。在實(shí)際的使用過程中，根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的保護(hù)技術(shù)，提高油氣管道的安全穩(wěn)定性，也促進(jìn)了油氣輸送的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)

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