IR降对埋地管线阴极保护电位影响规律研究

1 前言
管/地电位 ( 管道相对于参比电极电位差) 是反 映管道阴极极化程度和保护效果的重要参数。然而 在保护电位测量过程中总会存在由于土壤介质而产 生的电压降误差， 即 IR 降误差 [1]。通常现场所测量 的管/地电位并不等于管道真实的对地电位， 而是含 有 IR 降这一有害误差 。IR 降是重要的阴极保护电
第 27 卷 第 5 期 2015 年 9 月
腐蚀科学与防护技术
CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY
Vol.27 No.5 Sep. 2015
经验交流
IR 降对埋地管线阴极保护电位影响规律研究
李 明 1 薛润斌 2 鲜 俊 2 杨 圃 2 段建国 2 许 进 3
定稿日期： 2015-05-11 基金项目： 中国石油化工集团公司项目 (314033)， 国家自然科学 基金项目 (51471176) 资助 作者简介： 李明， 男， 1982 年生， 工程师， 博士 通讯作者： 许进， E-mail： xujin@imr.ac.cn， 研究方向为土壤腐蚀与 防护 DOI： 10.11903/1002.6495.2015.135
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保护的标准， 但是从表 1 中还可以看出， 7 个测试点 中， 有 5 个测试点的阴极保护电位已经负于-1.25 V， 并且 IR 降平均值为 178 mV， 最大值达到了 247 mV， 最小值也达到了 97 mV。上述结果表明， 该管线所 经过土壤环境产生的土壤 IR 降对正常的管道阴极 保护评价造成了巨大的影响， 如果通电点电位无法 加载大阴极保护电流， 那么埋地管线将无法受到正 常的阴极保护。 3.1.2 夏子街-百联站 D273 天然气管线 夏子 街-百联站 D273 天然气管线采用沥青玻璃丝布保温 防腐方式， 管线穿越土质为戈壁土。在夏子街站、 百
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到-0.85 V (Cu/CuSO4)， 管道腐蚀仍很严重。随后通 过消除 IR 降的方法， 重新对该管道进行了评价， 结 果发现有近 40 % 的管道达不到真正的阴极保护电 位。在对黄夹克管线进行测量时还发现由于其绝缘 电阻很大， 所测得保护电位偏移更多， 最大甚至超过 2.0 V。 1972 年修订的 NACE 标准 (RP-01-69 和 RP01-76) 中就明确指出了 IR 降的重要性。 Toncre[6] 对 已达到阴极保护标准的管道进行了现在的调查。发 现低电阻环境中土壤 IR 降最大达到 1 V， 而高电阻 率环境中 IR 降最大可达到 5 V。贝克曼 [7] 对电阻率 为 140 Ω·m 土壤环境中阴极保护管道进行了 IR 降 的测量， 结果发现所测管道管地电位达到-1.8 V， 而 管道实际电位仅为-0.56 V。通过现场开挖发现管道 表面已经发现严重的腐蚀。国内学者早在上世纪 80 年代已经对 IR 降产生的影响进行了相关的报道 [8]， 但直到上世纪 90 年代才有学者进行相关的研究工 作， 大多都是针对理论方面进行研究说明解释[2- 4,9]， 对于埋地管线土壤 IR 降实际影响的研究却罕有报 道。以上研究表明由于 IR 降所引起的测量电位的 不准确性将严重影响埋地管线阴极保护电位参数的 设定， 进而影响管线的正常运行。 本文通过瞬时断电法和现场埋片法对新疆油田 油气储运公司所属管线 (92#站-克炼 D426 油管线和 夏子街-百联站 D273 天然气管线) IR 降进行现场测 量和研究。
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导线与管线连接后埋藏于土壤中， 另一组直接埋藏 于土壤中。试样尺寸为： Leabharlann Baidu00 mm×500 mm×5 mm。 实验后将试样在 500 mL 盐酸+500 mL 蒸馏水+20 g 六次甲基四胺溶液中除去试样表面的腐蚀产物。经 水洗， 吹干后， 在分析天平上称重， 精确到 0.1 mg， 计 算出试样的腐蚀失重。 在管线整条线路上所有的恒电位仪阴阳极输出 端分别安装一个同步的阴极保护断电器， 进行通/断 电控制。采用 DT830 数字万用表 (内阻大于 1 MΩ)， 硫酸铜参比电极； 参照 GB/T21246-2007 《埋地钢质 管道阴极保护参数测量方法》 ， 采用通电时间 12 s， 断电时间 3 s 的方式进行 IR 降的测量， 同时对断电 0.5 s 后的管地电位值作为真实阴极保护电位进行 评价。
1. 中国石化抚顺石油化工研究院 抚顺 113001; 2. 中国石油新疆油田油气储运公司 克拉玛依 834002; 3. 中国科学院金属研究所材料环境腐蚀研究中心 沈阳 110016 摘要： 针对新疆油田油气储运公司管线 IR 降对埋地管线阴极保护电位影响进行现场测量和研究。结果表明， 土壤 IR 降严重影响埋地管线阴极保护电位的测量和评价， 消除 IR 降后的管地电位能有效的对阴极保护效果 进行评价。建议定期对所有埋地管线进行消除土壤 IR 降的测量， 以确保各埋地管线阴极保护电位的正确施加 和调试， 从而确保埋地管线的安全运营。 关键词： 埋地管线 阴极保护电位 IR 降 油田 电位测量 中图分类号： TE985 文献标识码： A 文章编号： 1002-6495(2015)05-0519-06
位测量参数。在测量金属构筑物对环境介质的电 位 (如管/地电位) 时， 总是存在着 IR 降分， 只有消除 该 IR 降才能正确分析阴极保护电位真实值。 IR 降 的数值根据介质电阻大小可以达到几毫伏甚至几千 毫伏， 这都将致使管道阴极保护电位测量的失真， 从 而影响阴极保护的有效性。对于长距离埋地管道而 言， 由于破损涂层中石粒和腐蚀产物的遮蔽作用而 产生了遮蔽电阻， 以及管道周围的本体土壤电阻都 会产生一定的 IR 降。因此， 即使用常规方法测得的 管-地电位已经达到或超过了最小保护电位， 即表观 管道已处于保护状态， 但真实的管地电位并没有达 到最小保护电位， 管道表面仍会出现明显的腐蚀[3-5]。 上世纪 50、 60 年代国外学者就已经对 IR 降所产 生的影响进行了相关的调查和研究。德国 PLE 公司 曾在 20 世纪 60 年代对所属管道进行了土壤 IR 降的 现场调查和研究。结果发现即使阴极保护电位达
2 实验方法
本文选用 16Mn 钢为实验材料， 具体成分 (质量 分数， %) 为： C 0.15， Mn 1.36， Ni 0.24， Si 0.41， P 0.022， S 0.027， Cr 0.26， Cu 0.21， Fe 余量。
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腐蚀科学与防护技术 将失重试样分为两组， 每组 3 个， 其中一组通过