埋地管道阴极保护技术

建议
开展交流干扰腐蚀机理研究，建立 交流干扰下的管道阴极保护准则
阴极保护技术现状
传统阴极保护计算 阴极保护计算 GB/T 21448
E E0
北美
ch (l 2 X ) ch(l 2 )
核心：阴极保护 电流、电位在管 道表面及周围电 解质中的分布。
2 Lp
8V πDp J s Rs
• 阴极保护电源
阴极保护技术展望
数字化阴极保护系统－研发步骤 数字化阴极保护系统研发可以分为4个阶段进行：
系统功能
数据标准
系统开发
系统运行
1
根据生产需求 及发展目标确定 系统功能
2
根据系统功能 确定数据结构、 通讯协议及指令 集，形成数据标 准
3
根据生产需求、 系统功能、数据 标准及相关技术 标准，开发相关 装备、控制系统 及数据管理系统
指标
准则1
阴极保护 准则 GB/T 21448
-850-1200mV (CSE)
－100mV
准则2
其它
土壤电阻率 高强钢
阴极保护技术现状
•阴极保护准则适用温度
现状
ISO15589-1管道运行温度高于40C时 不能提供充分保护 GB/T21448指出准则适用于40 C以下， 40 C以上可能无效或部分无效 管道运行温度高于40C管段： －原油管道加热站出站 －天然气管道压缩机站出站 现有准则不满足管道运行需要
阴极保护数值模拟技术－区域阴极保护应用
现在
阴极保护电流空间分布复杂， 金属表面极化状态差别大， 传统阴极保护计算无法进行 设计计算。
以后
利用数值模拟技术 建立站场、土壤及阴保系 统数值模型，结合极化曲 线，计算阴极保护电流及 电位分布，指导阴极保护 设计。
设计计算
阴极保护技术展望
阴极保护数值模拟技术－长输管道线路阴极保护计算应用
以后
可以对一系列标准试片进 行测量，以评价阴极保护 系统保护能力，这可能也 是一种可行的阴极保护效 果评价法。 可以在管道沿线利用标准 试片进行试片电位测量， 以评估管道沿线阴极保护 能力，结合管/地极化曲 线和理论分析估算管道电 流密度。
区域阴极保护 效果评价
管道沿线阴极 保护能力评价 及电流密度测 量
I I0 I0
sh (l 2 X ) sh(l 2 ) E0 rT RT
基本假设：阴极保护电流均匀分布于管道表面 计算指标：单根管道通电电位分布的计算方法 存在缺点：不能进行管/地极化电位计算 不能进行复杂金属结构及管网阴极 保护系统电位及电流分布计算
阴极保护技术现状
阴极保护数值模拟计算 阴极保护数值模拟计算 管道表面电位 建立管道、阴极 保护系统、周围 电解质数值模型 管/地极化曲线 有限元 边界元 管道周围电场 管/地极化电位 管/地通电电位
目前，因缺乏可靠的管/地极化曲线，尚不能准 确计算管道极化电位（断电电位）和通电电位， 但已经实现定性或半定量分析。 阴极保护数值模拟技术是阴极保护理论计算的 发展方向！
阴极保护技术现状
阴极保护数值模拟计算
阴极保护技术现状
阴极保护装备－常规阴极保护系统
电源系统
国内 恒电位仪 国外 整流器 两者技术水平相当，各有利弊
电阻率 施工损伤漏点大小
防腐层 物理性质
阴极保护与防腐层兼容性
阴极保护 电流密度
决定了对漏点的保护能力
阴极保护技术展望
阴极保护与防腐层兼容性评价技术－评价技术 通过检测统计出防腐层漏点面积分布
防腐层漏点 面积分布
阴极保护与防腐层兼容性 评价技术
阴极保护 电流密度 分布
通过理论分析及试片法检测分析出管 道沿线阴极保护电流密度分布
不足
测量期间会造成恒电位仪输出周期性冲击， 可能造成恒电位仪损坏、参数测量误差
借鉴国外先进技术，结合我国国情研发具备通电/断电 电位测量功能的阴极保护装备是必然发展方向！ 不足
阴极保护技术展望
针对我国阴极保护技术现状及不足，计划在以下五个方面开展研究，以推动 阴极保护技术不断进步：
阴极保护准则
• 数据信息管理 • 装备信息管理
通讯系统 （专用网络、公用网络、 、人工传输）
• 人员信息管理
数据管理
• ……
• 管道应力检测装置 • 管道温度测量装置
运行管理中心 • 人员管理 • 装备管理
人员管理
• 直流干扰防护装置 • 交流干扰防护装备
装备维护中心 • 装备维护维修管理
• 管道沿线测试装置
装备管理
无法进行阴极保护能力 评价及电流密度测量。
阴极保护技术展望
阴极保护与防腐层兼容性评价技术－原理 防腐层与阴极保护系统共同组成管道腐蚀控制系统，两者势必相互影响 。阴极保护系统为防腐层漏点处管道提供保护。宏观上，防腐层电阻率会影 响阴极保护电流密度；微观上，阴极保护电流密度决定了阴极保护系统的保 护能力，即能够有效保护漏点的面积。
阴极保护 准则 阴极保护 计算 阴极保护 装备
核心技术指标 评判状态标准 指导设计运行 阴保核心技术 构建理论模型 指导设计运行 系统物质基础 阴保电源系统 阴保测量系统
阴极保护 准则
阴极保护 装备
阴极保护 计算
阴极保护技术现状
阴极保护准则
管/地极化电位 管/地断电电位
不足
建议
可通过引进国外先进准则完善我国 现有阴极保护准则
阴极保护技术现状
•交流干扰下的阴极保护准则
现状
我国标准没规定交流干扰下阴极保 护准则，使用常规准则。 交流干扰下，经典的阴极保护-850 mV准则不再适用，管道会发生腐蚀。
不足
交流干扰越来越严重情况下，遵循常 规准则无法保障管道不受腐蚀
不足
建议
开展高运行温度管道阴极保护准则 研究
阴极保护技术现状
•存在动态直流干扰时阴极保护准则
现状
我国标准没规定直流干扰下电位允 许偏离准则程度及时间 澳大利亚标准AS 2832.2给出了明确 规定 直流干扰下电位波动会造成在部分时 间内管道电位偏离准则 无法有效指导动态直流干扰下阴极保 护系统的运行管理
阴极保护技术展望
阴极保护数值模拟技术－理论研究方面
现在
以后
可能今后会构建一个更为 合理的管/地电位理论模 型，找到更合理计算方法
管/地电位 理论模型
管/地电位来自于漏点还 是来自于涂覆管道尚有不 同看法
极化曲线
缺少可靠极化曲线
开展极化曲线测量技术 研究，建立不同环境下 不同材料的极化曲线
阴极保护技术展望
不足
只能测量通电电位，不能测量断电电位
结合管理需求，推广阴极保护参数自动测量技术是油 气管道阴极保护及交直流干扰控制的必然要求！
阴极保护技术现状
阴极保护装备－阴极保护时钟同步中断电位测量系统
不足
阴极保护技术现状
阴极保护装备－阴极保护时钟同步中断电位测量系统
功能
管道沿线时钟同步通断 管道通电电位、断电电位测量 数据自动存储，提高数据可靠性
Contents
概述 阴极保护技术现状 阴极保护技术展望 结束语
阴极保护技术现状
防腐涂层
原理：物理隔离 类型：3LPE，FBE等 不足：存在漏点 管道腐蚀第一道防线
腐蚀防护 系统
原理：阴极极化 类型：强制电流，牺牲阳极 作用：为防腐层漏点提供保护 管道必不可少腐蚀防护手段
阴极保护
阴极保护技术现状
4
系统试运行， 形成油气管道阴 极保护技术及管 理标准
研发数字化阴极保护系统是一个挑战 解决数字化阴极保护系统运行中发现的问题将是 一个更大的挑战
Diagram结束语
随着油气管道事业飞速发展，管道面临的腐蚀损 失不断增加，阴极保护技术发挥越来越重要的作用， 同时也受到多方面的挑战。 为了应对这些挑战，需要在现有技术基础上，广 泛汇集各方力量，综合应用各种科学技术，不断提高 阴极保护技术水平，满足技术及管理需求，保障油气 管道安全、高效运行！
阴极保护技术展望
阴极保护与防腐层兼容性评价技术－应用
管道防腐系统优化 对各种防腐系统 阴极保护与防腐 层兼容性进行评 价 通过对兼容性评 价数据分析及理 论计算分析确定 影响兼容性因素 改善影响兼容性 的因素，实现管 道防腐系统的整 体优化
建立科学的阴极 保护与防腐层兼 容性评价技术
阴极保护与防腐层兼容性评价技术研究的目的 并不是想评判3LPE与FBE哪个防腐层更好，而是 想研究如何进一步完善现有的防腐系统。 “即使山顶只有一个，但上山的路肯定不至一 条；所以，从哪儿开始都一样！”
阴极保护数值模拟技术
试片法阴极保护电位测量技术
阴极保护与防腐层兼容性评价技术
数字化阴极保护系统
阴极保护技术展望
高温管道 阴极保护 准则 阴极保护 准则研究 动态直流 干扰阴极 保护准则 交流干扰 阴极保护 准则
通过理论计算及实验研究，建立高温 运行管道油气管道阴极保护准则，指 导高温段管道阴极保护设计与运行
阴极保护技术展望
数字化阴极保护系统－生产需求
阴极保护技术要求 管/地电位 阴极保护电流 阴极保护电源参数 ……
涉及到的学科及技术 • 阴极保护 • 卫星技术 • 电子技术 • 计算机技术 • ……
涉及到的学科及技术 • 交直流干扰防护技术 • 电力技术 • 电子技术 • 通讯技术 • ……
ห้องสมุดไป่ตู้
现在
以后
可以进行任意复杂管道系 统管道沿线阴极保护电位 分布。
阴极保护电位 计算
可以进行单根管道阴极保 护电位分布计算
阴极保护电流 分布计算
假设单根管道阴极保护 电流密度平均分布，不 能计算。
可以进行任意复杂管道系 统管道沿线阴极保护电流 密度分布及管中电流分布。
阴极保护技术现状
试片法阴极保护电位测量技术－原理
通过实验研究或引进国外先进标准的 方法，建立动态直流干扰下管道的阴 极保护准则，指导直流干扰情况下管 道的运行 管道交流干扰腐蚀机理开展基础科学 研究，建立交流干扰下管道的阴极保 护准则，以保障油气管道在长期交流 干扰下安全有效运行
希望上述研究不仅能够提高阴极保护技术水平，也有 助于推动腐蚀电化学理论究水平的提高。
测量系统
万用表+测试桩+硫酸铜参比电极
不足
只能测量通电电位，不能测量断电 电位，准则是断电电位，不能满足国 标要求。
阴极保护技术现状
阴极保护装备－阴极保护参数自动测量系统
管道阴极保护电位、交流电压 参数自动测量 数据远程通讯
功能
优点
降低一线员工劳动强度 提高测量数据可靠性 实现参数定时监测
交直流干扰 防护技术要求 参数长期监测 数据远程传输 管/地交流电压 ……
数字化阴极 保护系统.
管道建设及运 行管理要求 数据管理 人员管理 ……
涉及到的学科及技术 管理学 心理学 伦理学 ……
阴极保护技术展望
数字化阴极保护系统－系统组成
数据管理中心
• 根据生产及管理需 求安装相应传感器
现在
选取阴极保护电流密度， 计算阴极保护长度
以后
计算管道沿线阴极保护 电位分布确定站间距
阴极保护长度 计算
阴极保护电流 密度计算
假设阴极保护电流 密度平均分布
计算管道沿线阴极保护电 流密度分布，结合管/地 极化曲线，确定受保护最 大漏点面积，为防腐层补 伤提供理论依据。
阴极保护技术展望
阴极保护数值模拟技术－复杂管网阴极保护系统分析
PRCI研究表明：试片阴极保护行为与管道上同等面积防腐层 漏点阴极保护行为相同，即某特定面积试片阴极保护效果代 表着管道上同等面积漏点阴极保护效果。因此，利用试片法 也可以评价管道阴极保护效果。
阴极保护技术展望
试片法阴极保护电位测量技术－应用
现在
利用地表参比法进行阴极 保护电位测量；由于区域 阴极保护金属表面极化差 异大，所以误差较大。