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常用油氣管道陰保電位測量方法(附圖)

2020/4/17 8:24:47


彩神II在线登录      1、概述

彩神II在线登录      陰極保護是一種減緩或抑制金屬電化學腐蝕的方式,是一種基于電化學腐蝕機理的保護方法。通過給腐蝕電池補充大量的電子,使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態,使金屬表面發生陰極極化,電極電位趨于同一負電位,從而減小管道表面的電位差,減緩或抑制腐蝕電池的電化學反應。

      陰極保護的實現方式有兩種:一種是犧牲陽極法;另一種是強制電流法。犧牲陽極陰極保護方式是選擇一種電極電位比被保護管道金屬更負的活潑金屬或合金(如鎂、鋅),將其與被保護管道相連并置于同一電解質環境中,活潑金屬或合金在腐蝕電池中稱為陽極優先腐蝕溶解,為被保護管道提供陰極保護保護電流。陽極釋放出的電子轉移到被保護管道表面,使被保護管道發生陰極極化,從而抑制腐蝕實現保護。陽極由于被腐蝕消耗,故稱之為犧牲陽極(見圖1)。

 

圖1 犧牲陽極陰極保護示意圖


      強制電流陰極保護是利用外部的直流電源作陰極保護的極化電源,將電源的負極接被保護管道,將電源的正極接至輔助陽極,在陰極保護電流的作用下,使管道表面整體發生充分的陰極極化,從而減緩或抑制管道的腐蝕實現保護(見圖2)。

 

彩神II在线登录圖2強制電流陰極保護示意圖


彩神II在线登录      管道與其相鄰電解質(土壤)的電位差稱為管地電位。管地電位是用來評價埋地管道陰極保護系統的運行狀況及其有效性的重要指標。因此掌握管地電位的測量方法是很必要的。常用的管地電位測量內容主要有通電電位、斷電電位、犧牲陽極接入點的管地電位以及極化探頭(試片)電位的測量。


彩神II在线登录      2、常用管地電位測量方法

彩神II在线登录      2.1測量連線

      一般采用直流數字式電壓表測量管地電位,測量時將電壓表的負接線柱(COM)與參比電極(一般采用銅-飽和硫酸銅參比電極,CSE)連接,正接線柱(V)與管道連接,測(見圖3)。儀表指示的是管道相對于硫酸銅參比電極電極的電位值,正常情況下顯示負值。

 

彩神II在线登录圖3 數字萬用表管地電位測量接線圖


彩神II在线登录      2.2通電電位測量(Von)

      陰極保護系統持續運行時測量的管道對土壤的電位叫通電電位,該電位包括管道極化電位與回路中其它所有電壓降(IR降)的和。

      a)測量前,應確認陰極保護運行正常,管道已充分極化。

彩神II在线登录      b)測量時,將硫酸銅電極放置在管道上方地表的潮濕土壤上,應保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好。

      c)通電電位測量接線見圖3。

      d)將電壓表調至適宜的量程上(沒有雜散電流干擾時一般選2V檔),讀取數據,并作好      管地電位值及極性記錄,注明該電位值的名稱。


      2.3斷電電位測量(Voff)

      在斷開施加陰極保護電流的所有電源的瞬間測量出的管道對土壤的電位叫斷電電位。斷電電位是判斷管道陰極保護有效性的指標。該方法不適用于保護電流不能同步中斷(多組犧牲陽極、犧牲陽極與管道直接連接、存在不能被中斷的外部強制電流設備)或受直流雜散電流干擾的管道。所測得的斷電電位是消除了由保護電流所引起的IR降后的管道保護電位。

      a)在測量之前,應確認陰極保護正常運行,管道已充分極化。

彩神II在线登录      b)對測量區間有影響的陰極保護電源應安裝電流同步斷續器,并設置合理的通/斷周期,同步誤差小0.1s。合理的通/斷周期和斷電時間設置原則是:斷電時間應有足夠長的時間在消除沖擊電壓影響后采集數據,讀取平緩的斷電電位,同時應避免過度去極化;管道上設置有用于干擾防護的電容類元件的去耦合裝置時,應考慮設置較長的斷電時間。測試過程中應保持設備輸出電流的穩定,當發現相同測試點各通/斷周期斷電電位出現持續衰減現象,應調整通/斷周期。

彩神II在线登录      c)將硫酸銅電極放置在管道上方地表的潮濕土壤上,應保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好。

      d)斷電電位測量接線見圖3。

彩神II在线登录      e)將電壓表調至適宜的量程上,讀取數據,讀數宜在通/斷電0.5s之后進行或讀取斷電后萬用表的第二個數值。

      f)記錄下通電電位(Von)和斷電電位(Voff)以及相對于硫酸銅電極的極性。

      g)如果對沖擊電壓的影響存在懷疑時,應使用脈沖示波器或高速記錄儀測量沖擊電壓的影響大小和持續時間,對所測結果進行核實。


彩神II在线登录      2.4犧牲陽極接入點的管地電位測量

彩神II在线登录      該方法適用于消除犧牲陽極工作時,產生的地電位正偏移所引起的管地電位測量誤差。該誤差可采用遠參比法消除,使參比電極離開陽極一段距離或斷開該測試樁的犧牲陽極進行測量。測量方法如下:

      a)遠參比法的測量接線見圖4。

      b)將硫酸銅電極朝遠離犧牲陽極的方向逐次安放在地表上。將數字萬用表調至適宜的量程上,讀取數據,做好電位值和極性記錄。

彩神II在线登录      c)第一個安放點距管道測量點不小20m,以后逐次向遠方移5m。當相鄰兩個安放點測量的管地電位相差小于2.5mV時,硫酸銅電極不再往遠方移動,取最遠處的管地電位值作為該測量點的管道對遠方大地的電位值。(一般情況下,參比電極離開陽極10m,并位于管道正上方,即可消除陽極電場的影響)。

 

 

圖4 遠參比法測試接線圖


彩神II在线登录      2.5極化探頭(試片)電位測量

彩神II在线登录      在某些情況下,由于作用在管道上的所有電流是無法同步中斷的(如犧牲陽極保護管道、存在雜散電流干擾等),這時可用極化探頭(試片)進行管道斷電電位測量。

彩神II在线登录      其測量原理是用與管道材質類似的試片(試片裸露面積一般在25px2~100 cm2之間)來模擬管道防腐層缺陷點,該試片的埋深及回填狀況與管道相同,平時通過測試樁與管道連接,得到同樣的陰極保護。測量時,在斷開與管道接線的瞬間讀取電位值,這樣就可以測量到試片的斷電電位而不需要對管道上的所有電源進行中斷。試片的電位反映的是同一位置、同樣大小的防腐層缺陷點的保護電位。

彩神II在线登录      試片法斷電電位測量有兩種形式,一種是將參比電極與試片組裝在一起,稱為極化探頭法(見圖5);另一種是將參比固定在土壤管上,利用便攜式參比電極進行測量,稱為土壤管試片法(見圖6)。

 

圖5 極化探頭測試接線圖

 

彩神II在线登录圖6 土壤管試片法測試接線圖


      極化探頭(試片)電位測量時應注意以下事項:

彩神II在线登录      a)試片保護情況只代表管道上防腐層缺陷點面積小于試片面積的漏點保護狀況。

彩神II在线登录      b)采用土壤管時,土壤管中的土壤要填充密實。


      3、結語

彩神II在线登录      日常管道陰保電位的測試方法比較簡單,一般人員通過培訓即可掌握。目前不少管道上還安裝了智能陰保系統。智能陰保系統通過現場就地埋設陰保電位測試設備,并通過4G信號、光纖等途徑將測試結果傳回室內,通過后臺管理界面查詢和分析,能更好的監測陰保電位,并降低陰保電位測試的工作量。

      當管道遭受雜散電流干擾時,需要采用更專業的測試設備,宜由專業技術人員進行管地電位的測量和評價。

 

彩神II在线登录      作者簡介:陳洪源,1975年生,高級工程師,畢業于西南石油大學,長期從事油氣管道腐蝕防護的研究與應用工作。

 

 


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