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埋地钢质管道阴极保护系统检测
2022-06-21 15:50:37 浏览次数：
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作者：张春林
埋地钢质管道阴极保护主要分为二类：强制电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护，个别管道采用强制电流和牺牲阳极交替保护。当阴极保护系统不能给管道提供足够的阴极保护电位时，管道外防腐层缺陷处会发生腐蚀；当阴极保护系统给管道提供的阴极保护电位过负时，管道外防腐层会发生析氢剥离。本文就埋地钢质管道阴极保护系统的检测方法进行初步的探讨。
埋地钢质管道的阴极保护是保障管道使用寿命的关键，当管道由于敷设施工、人为破坏、长期运行时，管道防腐层会发生局部破损和缺陷，当阴极保护系统不能正常工作或达不到要求时，管道就会发生腐蚀。发生腐蚀的管段一般属于局部腐蚀，形成点蚀、坑蚀、小孔腐蚀，向深度发展，管体很快就会泄漏，造成的损失难以估量。特别是输送易燃、易爆、有毒、高温、高压、高粘度的介质的管道，泄漏的危害将会更大。定期对阴极保护系统进行检测、对系统进行整改是防范这类事故的简洁高效的方法。
一、阴极保护系统的构成
1、强制电流阴极保护系统的构成
管道外防腐层、测试桩、恒电位仪二台（一台工作一台备用）、阳极地床（辅助阳极）、长效参比电极、绝缘法兰(接头)等。
2、牺牲阳极阴极保护系统的构成
管道外防腐层、测试桩、牺牲阳极、绝缘法兰(接头)等。
二、阴极保护系统构成要素技术指标
1、管道外防腐层：新敷设的管道绝缘电阻率大于10000欧姆·M2，旧管道绝缘电阻率大于5000欧姆·M2。
2、测试桩：平均每公里不少于一个。
3、恒电位仪：根据设计功率满足要求，均完好。
4、阳极地床：接地电阻、输出电流符合设计要求。
5、长效参比电极：误差±10mv。
6、绝缘法兰（接头）：电位法、漏电百分率满足标准要求。
7、牺牲阳极：开路电位、闭路电流应满足设计要求。
对特殊管道以上要素技术指标参数有所不同，如旧管道的阴极保护系统。
三、阴极保护系统的主要评价指标
1、管地电位：使用标准硫酸铜电极在管道上方或旁边检测（下同），按有关标准，管道任意点的管地电位小于-0.85V，当土壤含有还原菌，SO42-的浓度大于0.5%时，管道任意点的管地电位小于-0.95V；防腐层为石油沥青时，管地电位应大于-1.5V，防腐层为煤焦油瓷漆时，管地电位应大于-3.0V，防腐层为环氧粉末时，管地电位应大于-2.0V。
2、保护电位：除去IR降后的管地电位，管道任意点的保护电位小于等于-0.85V，当土壤含有还原菌，SO42-的浓度大于0.5%时，管道任意点的保护电位小于-0.95V；防腐层为石油沥青时，保护电位应大于-1.5V，防腐层为煤焦油瓷漆时，保护电位应大于-3.0V，防腐层为环氧粉末时，保护电位应大于-2.0V。
满足上述要求的阴极保护系统即视为合格。
四、阴极保护系统不能正常工作的原因与分析
1、管地电位、保护电位不合格
出现这种情况原因比较复杂，阴极保护系统要素出现问题均可能导致保护电位不合格。
2、恒电位仪输出电流过大
可能的原因有：
①管道防腐层整体质量变差，缺陷多，泄漏的阴保电流多；
②管道两端或分支未安装绝缘法兰（接头）；
③绝缘法兰（接头）失效。
3、恒电位仪输出电压过大
可能的原因有：
①长效参比电极失效，导致管道电位与实际相差大，使恒电位仪输出电位高；
②阳极地床接地电阻大；
③接线电阻大。
4、保护距离短
可能的原因有：
①绝缘法兰（接头）失效：
②长效参比电极失效；
③管道防腐层整体质量变差，缺陷多；
④管道分支未安装绝缘法兰（接头）。
以上阴极保护系统不能正常工作的情况之发生可能是一种，也可能是几种情况同时发生，此时原因将更加复杂。当阴极保护系统运行数年或不能正常工作时，需要对阴极保护系统进行系统地检测与评价。
五、阴极保护系统检测评价的方法
1、管地电位的检测
①日常检测
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同。
②全线检测
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同。
2、保护电位的检测
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同。
3、长效参比电极检测
4、绝缘法兰(接头)检测
5、阳极地床接地电阻检测
六、阴极保护系统主要检测方法原理
按照SY/T0023-97阴极保护参数检测标准，绝缘法兰、参比电极、阳极地床、辅助阳极、牺牲阳极等检测实际工作中简单易行，结果准确可靠，而防腐层缺陷、防腐层绝缘电阻率、管地电位、保护电位的检测在实际工作中纷繁而复杂，是阴极保护系统检测的难点。
1、全线管地电位检测（密间隔电位法CIPS测量）
此方法适用于强制电流、牺牲阳极保护系统的管道。由管道出露点或测试桩连接一根铜导线，由匹配器连接到检测主机，铜导线使用漆包线，由匹配器导出，主机具有很高的阻抗（10-100兆Ω），这样由于导线长度增加而使电阻增加的影响可以忽略，导线可延伸2-4公里，检测时，铜导线导出时连接计数器，随主机的行进进行距离的记录，同时主机连接有标准硫酸铜电极棒，插到管道上方的土壤中，每摁键一次主机记录一次管地电位、距离、该点的GPS坐标，如果每1.5米记录一次，主机可以储存100KM的数据。通过传输转换到计算机中，进行数据处理、绘图，得到全线管地电位检测的实测图。
2、全线保护电位检测（密间隔电位法CIPS测量）
普通管地电位的测量方法中含有IR降，实际上管道保护电位是指当电极无限接近管体时的管地电位，一般我们在地表测得的管地电位包含了土壤、防腐层的IR降，管道保护电位小于管地电位，为了检测管道保护电位，我们用CIPS法进行测量时，用中断器将阴极保护电流周期性地中断，中断器与测量主机通过同时接收卫星时钟信号（百万分之一毫秒误差）达到时间同步，中断器连接在阴极保护系统恒电位仪和管道之间，每秒为周期瞬间中断，主机测量瞬间的ON、OFF管地电位，ON电位为管道的管地电位，OFF电位是真正的管道极化电位值。这样强制电流保护系统的全线管地电位、保护电位就能一次检测完成。CIPS法沿管道每间隔1.5至2米左右采集一个数据，绘成的管道的连续电位曲线反映了管道的全线电位保护状况，数据详实准确。
七、适用范围
阴极保护系统检测适用于新建管道的阴极保护系统验收评价、已运行数年的旧管道阴极保护系统评价、阴极保护设计前期管道综合参数收集等。检测管道的阴极保护系统可以使用一种方法，也可以多种方法同时使用，以达到更佳的效果。
总之，定期对埋地钢质管道的阴极保护系统进行检测，可以得到管道阴极保护运行的基本数据，为阴极保护系统异常原因做出判断，提出整改措施与方案，对管道阴极保护系统进行整改和完善，使管道得到更好的保护，提高阴极保护系统和管道的使用寿命，为国家和企业创造财富。
埋地钢质管道的阴极保护是保障管道使用寿命的关键，当管道由于敷设施工、人为破坏、长期运行时，管道防腐层会发生局部破损和缺陷，当阴极保护系统不能正常工作或达不到要求时，管道就会发生腐蚀。发生腐蚀的管段一般属于局部腐蚀，形成点蚀、坑蚀、小孔腐蚀，向深度发展，管体很快就会泄漏，造成的损失难以估量。特别是输送易燃、易爆、有毒、高温、高压、高粘度的介质的管道，泄漏的危害将会更大。定期对阴极保护系统进行检测、对系统进行整改是防范这类事故的简洁高效的方法。
一、阴极保护系统的构成
1、强制电流阴极保护系统的构成
管道外防腐层、测试桩、恒电位仪二台（一台工作一台备用）、阳极地床（辅助阳极）、长效参比电极、绝缘法兰(接头)等。
2、牺牲阳极阴极保护系统的构成
管道外防腐层、测试桩、牺牲阳极、绝缘法兰(接头)等。
二、阴极保护系统构成要素技术指标
1、管道外防腐层：新敷设的管道绝缘电阻率大于10000欧姆·M2，旧管道绝缘电阻率大于5000欧姆·M2。
2、测试桩：平均每公里不少于一个。
3、恒电位仪：根据设计功率满足要求，均完好。
4、阳极地床：接地电阻、输出电流符合设计要求。
5、长效参比电极：误差±10mv。
6、绝缘法兰（接头）：电位法、漏电百分率满足标准要求。
7、牺牲阳极：开路电位、闭路电流应满足设计要求。
对特殊管道以上要素技术指标参数有所不同，如旧管道的阴极保护系统。
三、阴极保护系统的主要评价指标
1、管地电位：使用标准硫酸铜电极在管道上方或旁边检测（下同），按有关标准，管道任意点的管地电位小于-0.85V，当土壤含有还原菌，SO42-的浓度大于0.5%时，管道任意点的管地电位小于-0.95V；防腐层为石油沥青时，管地电位应大于-1.5V，防腐层为煤焦油瓷漆时，管地电位应大于-3.0V，防腐层为环氧粉末时，管地电位应大于-2.0V。
2、保护电位：除去IR降后的管地电位，管道任意点的保护电位小于等于-0.85V，当土壤含有还原菌，SO42-的浓度大于0.5%时，管道任意点的保护电位小于-0.95V；防腐层为石油沥青时，保护电位应大于-1.5V，防腐层为煤焦油瓷漆时，保护电位应大于-3.0V，防腐层为环氧粉末时，保护电位应大于-2.0V。
满足上述要求的阴极保护系统即视为合格。
四、阴极保护系统不能正常工作的原因与分析
1、管地电位、保护电位不合格
出现这种情况原因比较复杂，阴极保护系统要素出现问题均可能导致保护电位不合格。
2、恒电位仪输出电流过大
可能的原因有：
①管道防腐层整体质量变差，缺陷多，泄漏的阴保电流多；
②管道两端或分支未安装绝缘法兰（接头）；
③绝缘法兰（接头）失效。
3、恒电位仪输出电压过大
可能的原因有：
①长效参比电极失效，导致管道电位与实际相差大，使恒电位仪输出电位高；
②阳极地床接地电阻大；
③接线电阻大。
4、保护距离短
可能的原因有：
①绝缘法兰（接头）失效：
②长效参比电极失效；
③管道防腐层整体质量变差，缺陷多；
④管道分支未安装绝缘法兰（接头）。
以上阴极保护系统不能正常工作的情况之发生可能是一种，也可能是几种情况同时发生，此时原因将更加复杂。当阴极保护系统运行数年或不能正常工作时，需要对阴极保护系统进行系统地检测与评价。
五、阴极保护系统检测评价的方法
1、管地电位的检测
①日常检测
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同。
②全线检测
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同。
2、保护电位的检测
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同。
3、长效参比电极检测
4、绝缘法兰(接头)检测
5、阳极地床接地电阻检测
六、阴极保护系统主要检测方法原理
按照SY/T0023-97阴极保护参数检测标准，绝缘法兰、参比电极、阳极地床、辅助阳极、牺牲阳极等检测实际工作中简单易行，结果准确可靠，而防腐层缺陷、防腐层绝缘电阻率、管地电位、保护电位的检测在实际工作中纷繁而复杂，是阴极保护系统检测的难点。
1、全线管地电位检测（密间隔电位法CIPS测量）
此方法适用于强制电流、牺牲阳极保护系统的管道。由管道出露点或测试桩连接一根铜导线，由匹配器连接到检测主机，铜导线使用漆包线，由匹配器导出，主机具有很高的阻抗（10-100兆Ω），这样由于导线长度增加而使电阻增加的影响可以忽略，导线可延伸2-4公里，检测时，铜导线导出时连接计数器，随主机的行进进行距离的记录，同时主机连接有标准硫酸铜电极棒，插到管道上方的土壤中，每摁键一次主机记录一次管地电位、距离、该点的GPS坐标，如果每1.5米记录一次，主机可以储存100KM的数据。通过传输转换到计算机中，进行数据处理、绘图，得到全线管地电位检测的实测图。
2、全线保护电位检测（密间隔电位法CIPS测量）
普通管地电位的测量方法中含有IR降，实际上管道保护电位是指当电极无限接近管体时的管地电位，一般我们在地表测得的管地电位包含了土壤、防腐层的IR降，管道保护电位小于管地电位，为了检测管道保护电位，我们用CIPS法进行测量时，用中断器将阴极保护电流周期性地中断，中断器与测量主机通过同时接收卫星时钟信号（百万分之一毫秒误差）达到时间同步，中断器连接在阴极保护系统恒电位仪和管道之间，每秒为周期瞬间中断，主机测量瞬间的ON、OFF管地电位，ON电位为管道的管地电位，OFF电位是真正的管道极化电位值。这样强制电流保护系统的全线管地电位、保护电位就能一次检测完成。CIPS法沿管道每间隔1.5至2米左右采集一个数据，绘成的管道的连续电位曲线反映了管道的全线电位保护状况，数据详实准确。
七、适用范围
阴极保护系统检测适用于新建管道的阴极保护系统验收评价、已运行数年的旧管道阴极保护系统评价、阴极保护设计前期管道综合参数收集等。检测管道的阴极保护系统可以使用一种方法，也可以多种方法同时使用，以达到更佳的效果。
总之，定期对埋地钢质管道的阴极保护系统进行检测，可以得到管道阴极保护运行的基本数据，为阴极保护系统异常原因做出判断，提出整改措施与方案，对管道阴极保护系统进行整改和完善，使管道得到更好的保护，提高阴极保护系统和管道的使用寿命，为国家和企业创造财富。
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