埋地钢质管道阴极保护系统检测

埋地钢质管道阴极保护系统检测
点击：22 发布时间：2007-1-18 15:31:20 概要
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。

关键词
阴极保护参数管地电位保护电位防腐层绝缘电阻率
引言
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。

1．阴极保护系统的构成
1．1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。

2．1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。

2．阴极保护系统构成要素技术指标
2．1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
2．2测试桩平均每公里不少于一个
2．3恒电位仪根据设计功率满足要求，均完好
2．4阳极地床接地电阻、输出电流附合设计要求
2．5长效参比电极误差±10mv
2．6绝缘法兰(接头) 电位法、漏电百分率满足标准要求
2．7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。

3．阴极保护系统的主要评价指标
3．1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），按石油部颁标准，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。

3．2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。

4．阴极保护系统不能正常工作的原因与分析
4．1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。

4．2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
4．3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
4．4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。

5．阴极保护系统检测评价的方法
5．1管地电位的检测
①日常检测
测试桩检测阴保站检测
仪器万用表、硫酸铜参比电极仪器万用表、硫酸铜参比电极
方法地表参比法方法远参比法
评价指标 -2000~-850mv 评价指标 -2000~-850mv
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同
②全线检测
检测方法检测仪器评价指标
密间隔电位测量
（CIPS）
地表参比法密间隔电位测量仪、硫酸铜参比电极、匹配器（用于与管道连接）全线管地电位
-2000~-850mv
依据防腐层类型的不同最低电位有所不同
5．2保护电位的检测
检测方法检测仪器评价指标
密间隔电位测量
（CIPS）
地表参比法密间隔电位测量仪、硫酸铜参比电极、匹配器（用于与管道连接）、中断器、GPS天线等全线保护电位-2000~-850mv 依据防腐层类型的不同最低电位有所不同
5．3长效参比电极检测
检测方法检测仪器评价指标
近参比法（与系统断开）
远参比法（与系统断开）标准硫酸铜电极
万用表误差±10mv
5．4绝缘法兰(接头)检测
检测方法检测仪器评价指标
传统检测法
（直流法）兆欧表、万用表、导线等电位法、漏电电阻、漏点百分率满足标准要求
PCM法
（交流法） PCM仪器一套漏电百分率合格
5．5阳极地床接地电阻检测
检测方法检测仪器评价指标
四极法(与系统断开) Z-C8测阻仪≤2Ω
（或满足设计要求）
5．6管道外防腐层缺陷检测
检测方法检测仪器评价指标（/10KM）
Pearson（皮尔逊）法
又称人体大地电容法管道防腐层破损检漏仪
优
可
差
DCVG（直流电压梯度）法 DCVG仪器、硫酸铜参比电极、匹配器（用于与管道连接）
5．7管道外防腐层绝缘电阻率检测
检测方法检测仪器评价指标
选频变频法选频变频仪Ω·劣
Ω·差
Ω·可
Ω·良
≧Ω·优
PCM（多频管中电流法） PCM管道电流测量系统
C扫描 C-扫描测量系统
6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。

6.1全线管地电位检测（密间隔电位法CIPS测量）
此方法适用与强制电流、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。

6.2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--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。

6．3管道防腐层绝缘电阻率检测
PCM（多频管中电流法）测量外防腐层整体质量及防腐层绝缘电阻率。

发射机可同时向管道施加多个频率的电流信号；接收发射机所发射的不同频率的电流信号，沿管道不同距离测量电流信号衰减，可定量计算分析管道的防腐层整体质量。

工作原理是向管道施加一定强度的电流后，电流由信号加入点向远方传递时会逐渐衰减。

其衰减大小与防腐层的绝缘电阻有关，绝缘层电阻高，电流衰减就慢，反之则衰减快。

电流随距离衰减的关系式为： I=I0e-ax
式中： I—管道中任意处的电流强度值；
I0—发射机向管道施加电流点的电流值；
x—测量点到供电点的距离；
a—衰减系数（与被测管道的防腐层绝缘电阻率、管道的直径、
壁厚、材质有关）。

同一种材质的管道埋地条件相同时，防腐层的平均绝缘电阻大的，衰减系数就小；反之平均电阻小，衰减系数就大，也就是电流泄漏严重。

当管道的防腐层由同种材料构成，且各段的平均绝缘电阻差别不大
时，管道中电流强度的对数与管道远离供电点的距离成线性关系变化，其斜率大小取决于防腐层的绝缘电阻值。

单位距离的衰减率与距离绘制成的二维图形是一条平行于X轴的直线。

即:Y=8.68（Idb1-Idb2）/（X2-X1）
Idbn=20lgIn 为x点的电流分贝值
Y—单位长度管道电流平均衰减率。

防腐层绝缘电阻不同，电流衰减率不同。

根据各管段的电流衰减率，可以计算出管道每一段防腐层绝缘电阻的大小。

6．4防腐层缺陷检测方法
①方法一：DCVG（直流电位梯度法）测量
在防腐层缺陷点处，由于管道自然电位或阴极保护电位的存在，使缺陷处形成一个稳定的电场，中心的强度最大，波及到十几米到几十米的范围，依据管地电位的不同可产生10—500mv的梯度，梯度的变化为指数衰减，0.9—1.8米处衰减最大。

由此可检测处防腐层缺陷的中心点，测量防腐层缺陷点中心至垂直管道一侧一定距离（20——50米）的电位梯度，与该处管道的正常保护电位比较所得的值，称为%IR，用以判定破损点的严重程度。

管道沿线的DCVG测量还可判断沿线地电环境的稳定性。

②方法二Pearson法（人体大地电容法）：
给待测管道施加一个1000赫兹左右的交变电流，使其沿管道方向传播，在管道周围产生一个交变的磁场。

利用这个磁场使用带有天线的探测仪可准确探测管道的位置、走向、分支等；同时，管道外防腐层
缺陷处向土壤泄漏电流，通过大地回流到发射仪器的接地点，这样在缺陷处形成一个以缺陷点为中心的交变电场，并成指数衰减，当两个人体站在交变电场内时，由于人体的电容作用，使每个人具有一定的交变电位，检漏仪检测出两个人体之间的电位差，当一人站在缺陷中心另一人站在管道侧面或无缺陷的管道上方时，仪器所接收的信号幅值最大，从而确定缺陷的准确位置。

7．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作出判断，提出整改措施与方案，对管道阴极保护系统进行整。