企业 输油气公司阴极保护系统有效性评价报告(WORD档)P27 精品

2013年度阴极保护系统有效性评价报告
2013-02
阴极保护系统有效性评价报告
(中原输油气分公司)
2013．7
目录
1 概述 (1)
1.1阴极保护系统有效性评价的意义 (1)
1.2阴极保护系统有效性评价内容 (1)
2 检测内容及设备 (1)
2.1检测内容 (1)
2.2检测设备 (2)
2.3参考标准 (3)
3 中沧线阴极保护系统构成调查 (3)
3.1管道基本概况 (3)
3.2管道阴极保护系统构成 (4)
4 中沧线阴极保护系统完整性调查 (5)
4.1恒电位仪现场调查与测试 (5)
4.2站场（阀室）绝缘接头有效性评价 (6)
4.2.1 绝缘性能综合评价 (7)
4.2.2 绝缘性能评价结果与分析 (7)
4.3各阴保站辅助阳极地床完整性评价 (8)
4.4牺牲阳极有效性评价 (8)
4.5测试桩完整性调查 (9)
4.6其他检测项目 (9)
5 中沧线管道阴极保护有效性评价 (10)
5.1阴极保护ON/OFF电位测量 (10)
5.2恒电位仪控制电位优化 (12)
5.3阴极保护电流密度及防腐层评价 (12)
6 中沧线管道交流干扰电压测量与评价 (13)
7 结论及建议 (13)
7.1阴极保护系统完整性方面 (13)
7.2管道阴极保护有效性方面 (14)
7.3杂散电流干扰方面 (14)
致谢 (15)
附录 (16)
中沧线阴极保护系统有效性评价报告
1 概述
1.1 阴极保护系统有效性评价的意义
阴极保护系统的有效运行是保证管道安全运行的重要保障。

在近些年来的检测中发现某些管段阴极保护系统未能按规范要求为管道提供有效保护。

造成阴极保护系统不能有效运行的原因很多，如恒电位仪给定电位不合理、阴极保护站某些组件不能正常投运、局部管道受杂散电流干扰等。

因此，为全面评价阴极保护系统的有效性，保证其有效运行，有必要开展长输埋地管道阴极保护有效性评价工作。

1.2 阴极保护系统有效性评价内容
阴极保护系统有效性评价包括如下内容：
⏹检测并评价管道的阴极保护水平，并使其满足阴极保护准则的要求；
⏹检查恒电位仪、辅助阳极地床、绝缘接头、测试桩等阴极保护设备的完
整性；
⏹检测并评价牺牲阳极系统的完整性，确保牺牲阳极正常运行，为管道提
供足够的阴极保护电流；
⏹检测并评价被保护构件周围的杂散电流干扰源（如高压线、电气化铁路
等）对构件产生的交、直流干扰程度，并提出相应的对策。

2 检测内容及设备
2.1 检测内容
本次受管道处委托，管道科技研究中心防腐所（检测中心）科研人员于2013年5月27日至6月17日对中原输油气公司所辖中沧线进行了阴极保护有效性评价。

本项工作共包含以下几个方面的内容：
1）中原输油气公司所辖中沧线阴极保护系统构成调查
⏹管道基本概况；
⏹管道阴极保护系统组成。

2）中原输油气公司所辖中沧线阴极保护系统完整性调查
⏹阴极保护设备完整性调查；
⏹各站场（阀室）绝缘接头有效性检测；
⏹各阴保站阳极地床完整性调查；
⏹牺牲阳极有效性调查；
⏹管道沿线测试桩完整性调查。

3）管道阴极保护有效性评价
⏹管道阴极保护ON/OFF电电位测量；
⏹恒电位仪给定电位优化设置；
⏹阴极保护电流密度及防腐层评价。

4）杂散电流干扰情况调查
⏹管道交流干扰电压测量与评价；
⏹管道交流干扰源分析；
⏹干扰段杂散电流控制对策。

2.2 检测设备
本次检测所用仪器与数量如下表1所示。

表1 阴极保护有效性评价主要检测设备一览表
2.3 参考标准
GB/T 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范
GB/T 21246-2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法；
GB/T 21447-2008钢质管道外腐蚀控制规范
GB/T 50698-2013埋地钢质管道交流干扰防护技术标准
3 中沧线阴极保护系统基本信息
3.1 管道基本概况
中沧输气管线始建于1984年，于1986年投产运行。

南至河南省濮阳市柳屯镇，北至河北省沧州市化肥厂。

途经河南省濮阳市、山东省聊城市、德州市、河北省泊头市、沧州市三省五市及濮阳县、莘县、茌平、高唐、武城、平原、吴桥、东光、南皮、沧县等十个县市。

管道经过地区均属华北冲积平原，地势平坦开阔，由南到北略呈逐渐降低趋势，地面高程变化小。

线路走向基本与公路平行，沿线绝大部分是旱田，水田极少，但农田水利事业发达，灌渠纵横。

全线共穿、跨越大中型河流17处；穿越铁路1处，公路48处。

中沧输气管道干线全长361.891km，其中河南省境内管道长度为10.891km，山东省境内为242km，河北省境内为109km。

管道干线采用Φ426毫米变壁管、
变材质敷设，其中濮阳站站至高唐段管材为T/S-52K，高唐至沧州段管材为SM41B；濮阳站站出站78千米管道壁厚为8毫米，其余283.891千米管道壁厚均为7毫米。

管线设计年输气能力为6亿标准立方米，首站出站最高工作压力为3.43Mpa。

2008年，为提高输量，中沧线通过2.4km，Φ273×8的管道与西气东输冀宁线连接，并于2008年10月30日正式接入西气东输气源，从恩城站分别往南北两个方向输气，恩城至濮阳段为中沧南线（L001#～L210#）；恩城至沧州段位中沧北线（L001#～L153#）。

3.2 管道阴极保护系统构成
中沧线干线管道外防腐采用石油沥青防腐涂层和外加电流阴极保护相结合的保护措施，全线设有濮阳、范县、莘县、聊城、高唐、恩城、德州、水波、火把刘、沧州10座阴极保护站，且全部投产，各阴极保护站分布情况见下表2。

表2 中沧线各阴极保护站分布概况表
近年来，该管道先后进行多处防腐层大修处理。

大修段管道外壁防腐材料多数采用防腐胶带，还有少量采用环氧粉末防腐层。

此外，2008年，中沧线在恩城站建成接西气东输气源冀宁线跨接管道，全长2.4km，外防腐层为3LPE，由恩城阴极保护站提供阴极保护。

4 中沧线阴极保护系统完整性调查
4.1 恒电位仪现场调查与测试
恒电位仪现场调查与测试主要包含以下几个方面：
（1）恒电位仪基本信息及运行参数调查
中沧线共有10座阴保站为管道提供阴极保护。

各阴保站恒电位仪生产厂家和型号以及恒电位仪输出电压、输出电流及给定电位等参数如下表3所示。

表3 中沧线各阴极保护站内恒电位仪参数
（2）恒电位仪运行环境调查
中沧线所有阴保站恒电位仪的运行环境均满足说明书的要求。

（3）设备供电情况检查
所有阴保站恒电位仪均采用220V市电供电，能保证长期稳定的供电（参见附表1）；
（4）恒电位仪接线检查
中沧线阴极保护站内恒电位仪输出阳极、输出阴极、零位接阴与参比电极接线情况参见附表1。

尚存在的具体问题如下：
（1）中沧线阴极保护站改造后，德州站、恩城站、沧州站阴极线和阳极线由于长度不够，采用了2.5mm2细铜线作为阳极电缆和阴极电缆的延长线连接到恒电位仪的接线板上。

由于铜线越细电阻越大，这样会增大阴极保护系统的回路电阻。

此外，细铜线的载流能力有限，建议将细铜线更换成VV-0.6/1kV 1 16mm2电缆。

（2）德州站、范县站恒电位仪无机壳接地线，接触时易产生电火花，建议立即补充接地线；
（3）范县站恒电位仪的阴极电缆异常，未接入恒电位仪，进一步利用PCM 测试阴极电缆与管道的电连接情况。

当将RD-PCM发射机的输出接该阴极电缆，接地极接辅助阳极床时，发射机无法运行；当将RD-PCM发射机的输出接零位接阴线，接地极接辅助阳极床时，发射机可加载至1A。

因此，判断该阴极电缆与管道之间断路。

范县站目前使用零位线代替阴极线使用。

恒电位仪给定-6.7V，输出4.7A，11.5V时，测得通电点附近测试桩上的保护电位为-699mV～-721mV 波动（自然腐蚀电位为-606mV）；当将恒电位仪给定电位调整至-10V，输出为7.1A，16V时，管道OFF电位呈现出（-796mV→-525mV→-659mV→-718mV→-756mV →-796mV）反复循环。

导致这一现象的原因可能是由于零位接阴线载流，反馈的远程控制电位信号波动较大，导致恒电位仪的输出存在较大的波动。

针对这种情况，建议立即更换范县站阴极电缆。

（5）长效参比有效性评价
现场测量阴极保护系统中埋设的长效参比电极与标准参比电极的电位差。

经现场检测认为中沧线恒电位仪长效参比电极均处于正常状态（参见附表1）。

4.2 站场（阀室）绝缘接头有效性评价
绝缘接头的作用是可以将进行阴极保护的管段与不进行阴极保护的管道绝缘，使得阴保电流不致流失。

另外，在杂散电流干扰严重区域，绝缘接头也可将干扰区和非干扰区分隔开来，减少杂散电流的干扰范围。

4.2.1 绝缘性能综合评价
中沧线站场（阀室）绝缘接头有效性评价主要采用以下三种方法：
（1）定性测试
定性测试是利用专门的埋地型绝缘法兰测试仪来测试绝缘接头的性能。

该仪器显示的测试结果有“‘GOOD’——绝缘性能可靠”和“‘BAD’——绝缘性能差”两钟。

本次测试所有绝缘接头的绝缘性能均显示为“GOOD”。

（2）电位法
利用绝缘法兰（接头）保护侧和非保护侧电位的差异来判断其绝缘性能。

中沧线输气站场（阀室）绝缘接头两端（保护侧和非保护侧）的电位测量结果参见附表2。

（3）PCM漏电率测量
对于在役的管道埋地型绝缘法兰（接头）的有效性还可以通过采用PCM法进行测量，并计算其漏电率来进行评价。

中沧线绝缘接头漏电率测量结果参见附表2。

4.2.2 绝缘性能评价结果与分析
本次现场测试综合采用了绝缘法兰（接头）测试仪、Smartlogger数据采集器、PCM进行测试，并对其绝缘性能进行了定性和定量的评价。

本次共检测了除北杨集站外9个阴极保护站内共18处绝缘接头的绝缘性能。

由于北杨集站在进行分输管线施工，埋设绝缘接头的地表被挖开，同时站内没有干线绝缘接头的测试盒。

因此，在现场无法对绝缘接头的性能进行测试评价。

具体测试结果参见附表2。

现场测试结果显示，德州站进出站法兰的漏电率偏高，分别为18.5%和21.1%，绝缘性能欠佳。

由于站内敷设了柔性阳极，无法用电位法进一步判断其绝缘性能。

此外，对于范县和水波两个微波站内阀室两端的绝缘接头，由于阀室内管道长度较小且位于地面上，采用PCM测试绝缘接头的绝缘性能时，分别测试加载两接头被保护侧的电流值，以判断是否会有阴极保护电流从阀室接地极流失。

同时，还利用Smartlogger数据采集器测量了阀室内地面管道的ON/OFF电位。

通过综合定性、定量评价认为，范县和水波两个微波站内阀室两端的绝缘接头的绝缘性能良好，绝缘接头内外侧电位正常，不影响阴极保护系统的正常运行。

中沧线濮阳、莘县、聊城、高唐、恩城、火把刘、沧州站内的绝缘法兰，整体绝缘性能都较好，均不影响阴极保护系统的正常工作。

4.3 各阴保站辅助阳极地床完整性评价
各阴保站辅助阳极地床完整性评价包含以下几个部分：
1）调查管道阴极保护系统阳极的埋设位置及埋设方式（深井或浅埋），
2）检查阳极地床与管道间的地下是否埋设有其它金属构筑物；
3）检查阳极埋设区域地表是否被开挖；
4）检查阳极电缆是否被占压，地表是否被破坏；
各阴极保护站辅助阳极地床完整性状况较好，见附表3。

4.4 牺牲阳极有效性评价
本次中沧线牺牲阳极完整性评价工作包含以下几个部分：
1）调查牺牲阳极埋设的位置和类型；
2）检查牺牲阳极埋设地表的完整情况，是否被占压或开挖；
3）检查测试桩连接线的完整情况；
4）测试牺牲阳极开路电位及输出电流；
5）测量埋设区域内土壤电阻率。

本次检测共调查中沧线6处牺牲阳极，牺牲阳极类型均为镁阳极，阳极开路电位、输出电流、土壤电阻率等参数见表4。

测试结果显示，有效运行率达100%，所有测试桩桩体保护完好，测试线安装合理；除L197#测试桩附近的牺牲阳极埋设地表有塌陷外，其余牺牲阳极埋设地表均完好，连接电缆无占压现象；
表4 中沧线管道牺牲阳极系统现场检测记录表
本次测试的所有牺牲阳极均有效，运行正常，埋设地表情况及测试桩情况完好。

4.5 测试桩完整性调查
本次平均每间隔3km调查一个测试桩的完整情况，调查项目主要有：
（1）检查测试桩的桩号和里程是否标注清晰；
（2）检查测试桩是否受到破坏或丢失；
（3）检测上的检测线是否完好；
本次共检查中沧线干线管道测试桩128处，所有测试桩桩号标识清晰正确，连接管道的测试线保护完好，但测试桩的桩体上未标识管道的里程数。

4.6 其他检测项目
在本次现场检测过程中，还发现中沧线管道在部分穿越河流地段，采用了钢质套管进行防护，测量到的套管对地电位如下表5所示。

通过测试套管的对地电位发现，所调查的钢质套管均处于自腐蚀状态，与干线管道无搭接。

表5套管对地电位测量数据表
图3在现场获取的套管穿越河流照片
5 中沧线管道阴极保护有效性评价
5.1 阴极保护ON/OFF电位测量
根据GB/T 21448-2008的阴极保护有效性评判标准，满足以下两条准则之一即可判定为管道受到完全保护：准则一、阴极保护OFF电位负于-850mV（相对于铜/硫酸铜参比电极），但正于-1200mV；准则二、阴极保护OFF电位较管道自然电位负向极化大于100mV。

本次中沧线共进行150处阴极保护ON/OFF电电位及交流电位测量，其中干
线测试桩127处、冀宁跨接线测试桩1处、通电点10处，牺牲阳极通电点6处。

测量结果分别参见附表4～5。

本次检测所测的138处测试点中有98处测试点上的保护电位（OFF电位，下同）负于－850mV，正于-1200mV，满足准则一；35处测试点的管地电位负向极化值大于100mV，满足准则二。

1处测试点（中沧南线L197#测试桩）上的保护电位不满足以上阴极保护准则的要求，处于欠保护状态。

此外，由于范县站恒电位仪输出不正常，导致中沧南线L176#、L178#、L180#、L182#测试桩上电位出现较大波动，无法判断其保护状态。

中沧线全线的阴极保护有效率为97%。

对于L197#测试桩的问题，现场检测时，在附近牺牲阳极通电状态下，采用Smartlogger测得测试桩上的管道阴极保护ON电位为-665mV，OFF电位为-601mV，而在距离该测试桩约15m的牺牲阳极测试桩上，断开牺牲阳极后测得管道侧的阴极保护ON电位为-869mV，OFF电位为-812mV。

接通牺牲阳极后测得管道侧的阴极保护ON电位为-1105mV，OFF电位为-1070mV。

在现场观察到该测试桩埋设区域的地表有部分被开挖，可能该测试桩地下存在其他金属结构物与管道搭接，导致管道的电位异常。

建议使用RD-PCM测试仪调查该处管段与附近的地下金属结构物是否有搭接。

图2 L197#测试桩附近地表概况
5.2 恒电位仪控制电位优化
针对中沧线德州站——水波站——火把刘站三站间L43＃－L82#测试桩之间断电电位偏正的问题。

通过重新调整水波站恒电位仪的输出，将原来给定电位-1300mV调整至-1500mV，并待管道充分极化后（一般为24h），对电位异常管段的ON/OFF电位进行重新测量，测量结果见附表6。

对比附表5和附表6可看出，将水波站恒电位仪给定电位调整至-1500mV（该电位为“ON”电位）后，在该管段内L46#—L82#测试桩上测得的管道OFF电位均负于-850mV，且正于-1200mV，满足-850mV阴极保护准则的要求，提高了该管段阴极保护的可靠性。

5.3 阴极保护电流密度及防腐层评价
表5所示为根据中沧线各阴保站恒电位仪输出电流、管道直径和阴极保护站间距计算得到的管道平均阴极电流密度，按照GB/T 50698-2013《埋地钢质管道阴极保护系统运行监控管理办法》有关规定，中沧管线表面防腐层属于“2级”。

表5 中沧线阴极保护平均电流密度及防腐层评价表
6 中沧线管道交流干扰电压测量与评价
高压输电线路或电气化铁路对其临近铺设的埋地钢质管道会引起交流杂散电流干扰，并对阴极保护系统的正常运行造成造成影响。

因此，对埋地管道进行杂散电流干扰检测、干扰程度评估并提出相应的排流减缓措施是十分有必要的。

按照《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准（试行版）》中的相关规定，即当管道上任意一点上的交流干扰电压都小于4V时，可认为此处管道基本不受交流干扰的影响。

通过对中沧线管道进行交流电压的测量和现场干扰源调查发现，中沧线全线基本均无明显交流干扰影响，见附表4～5。

管道交流电压相对偏大的是在中沧南线的L026#测试桩处和中沧北线的L084#测试桩处。

其中，L026#测试桩位于管道与京九铁路交叉的地段，交流电压为1.6V；L084#测试桩位于双楼变电站附近，交流电压为0.66V。

虽然，此次检测中未发现以上交流干扰源对管道形成明显的交流干扰影响，但应长期监测该管段上是否存在间歇性或瞬时性的交流干扰影响。

7 结论及建议
7.1 阴极保护系统完整性方面
（1）阴极保护设备运行方面：中沧线全线共10座阴极保护站，站内恒电位仪全部投产运行，运行环境满足要求；长效参比电极工作正常；测试桩保护完好；。

部分恒电位仪接线尚存在的一些问题，建议如下：
⏹范县站恒电位仪阴极电缆断路，建议立即更换恒电位仪阴极电缆；
⏹德州站、范县站恒电位仪无机壳接地线，建议立即补充接地线；
⏹德州站、恩城站、水波站、沧州站内连接恒电位仪阴极和阳极上的细铜
线载流能力偏低，且会增加了阴极保护系统回路电阻，建议将细铜线更
换为VV-0.6/1kV 1 16mm2规格的电缆。

（2）辅助阳极地床完整情况：中沧线10座阴极保护站外辅助阳极地床均未受到干扰破坏，无占压问题。

（3）测试桩完整性调查：本次共调查中沧线干线管道测试桩共128处，包
括1处与冀宁线跨接线的测试桩，所有测试桩桩号标识清晰正确，连接管道的测试线均保护完好，但测试桩的桩体上未标识管道的里程数。

（4）绝缘接头性能评价：本次共检测中沧线18处绝缘接头的绝缘性能，其中绝缘性能较好的有16处。

检测到德州站进出站绝缘接头性能欠佳，但尚未影响恒电位仪的运行。

建议关闭德州站站内阴保设施，通过电位法测试进一步确定进出站绝缘接头的绝缘性能；此外，北杨集站内绝缘接头无测试盒，建议补接测试盒。

（5）牺牲阳极有效性方面：本次共检测6处牺牲阳极，有效率为100%。

其中，L197#测试桩附近的牺牲阳极的埋设地表塌陷，建议重新填土，其余各处的地表状况均完好，且无占压形象。

7.2 管道阴极保护有效性方面
中沧线全线共测试138处管道保护电位，有效率达97%。

针对部分测试桩上的管道电位异常波动和偏正问题，给出如下建议：
（1）针对范县站附近管道保护电位波动较大的问题，建议更换范县站阴极电缆，重新设置恒电位仪输出后，再次测量L176#～L182#测试桩上的ON/OFF 电位；
（2）针对中沧南线L197#测试桩上保护电位不满足阴极保护准则要求的问题，建议调查该测试桩地下埋设的金属结构物情况；
（3）针对中沧北线L042#～L082#测试桩上管道保护电位偏正的问题，建议将水波站恒电位仪的给定电位调整至-1500mV。

7.3 杂散电流干扰方面
中沧线全线未检测到明显的交流干扰问题。

建议在与京九铁路交叉处（中沧南线L023#～L024#之间）及双楼变电站（中沧北线L084#测试桩附近）两处加强电位监测。

致谢
本次中沧线阴极保护有效性评价是受管道处委托，由管道科技研究中心防腐所（检测中心）陈振华、吴长访、徐承伟具体负责，测量过程中得到中原输油气分公司管道科李岳彬科长及各阴极保护站领导、技术员、巡线员的全力帮助，在此一并表示感谢！
附录
附表1 中沧线阴极保护设备完整性检测记录表
附表2 站场电绝缘设备及保护器调查评价表
17
(续表)
18
中沧线阴极保护系统有效性评价报告（中原输油气分公司）2013－02附表3 阴极保护站阳极地床完整性检测记录表
19
附表4 中沧南线埋地管道阴极保护ON/OFF电位及交流电压测试记录表
附表5 中沧北线埋地管道阴极保护ON/OFF电位及交流电位测试记录表
中沧线阴极保护系统有效性评价报告（中原输油气分公司）2013－02
附表6 恒电位仪电位优化前后的给定输出及管道ON/OFF电位变化记录表
25。