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【摘 要】 本文主要分析了埋地管道阴极保护系统的相关问题，主要集中讨论了埋地管道阴极保护系统失效的主要原因，讨论了埋地管道阴极保护系统失效的对策，以期能够提高埋地管道阴极保护系统的效果。
【关键词】 埋地管道；阴极保护系统；失效；原因
一、前言
目前，我国的埋地管道阴极保护系统运行过程还存在众多问题，经常会出现埋地管道阴极保护系统失效的问题，因此，为了能够确保埋地管道阴极保护系统长期稳定的运行，要进一步分析埋地管道阴极保护系统失效原因。
二、设置阴极保护的意义
所谓的阴极保护，是金属的阴极被阴极电流极化产生的。一般都以外加电流或阳极牺牲为主要形式。管道阴极保护的检测方法通常都是以每隔一定的距离测算的阴极保护数据判断的。通过阴极保护的原理，要想做好全钢结构材料在土中的防腐工作，那么就应遵循以下原则：
1、导电介质务必要覆盖金属表面，如潮湿土壤、电解质溶液、海水等。因为导电介质的存在才能够形成闭回路；
2、金属结构要充分的浸没于导电介质中，以提高保护的效率；
3、金属的结构应尽可能的简单。若凹凸过于严重，那么会形成“屏蔽作用”，便不能实现阴极保护的目的。
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。
三、埋地管道阴极保护系统失效原因分析
某油管道全长241km，管径377mm×8mm。该管道采取恒电位仪外加电流保护法，局部采用辅助牺牲阳极保护。因站外埋地管道采用阴极保护技术，管线运行至今超过30a，管道3#，4#储油罐自2008年5月投运后，发现站外埋地管道4#桩～16#桩12km的管道阴极保护失效，保护电位正于-850mV。（根据国标GB/T 21448-2008规定，管道的安全保护电位应在-850～-1 200mV之间）。只有站外埋地管道阴极保护受到了干扰，才使得站外埋地管道阴极保护发生失效。后将站外埋地管道阴极保护的给定电位调至-1.42V（干扰前，给定电位是-1.2V），阴极保护电位达到保护标准。但是，给定电位过低，说明实际上还是存在干扰问题。
由于管道阴极保护系统受到干扰的原因较多，且各种原因也存在直接或者间接的联系，故在分析时，采用关联图的形式来表示，如图1所示。通过关联图分析，判定造成站外埋地管道阴极保护发生失效原因如下：
1、绝缘法兰失效；
2、储罐阳极地床敷设未按照设计方案施工；
3、原设计方案中两组阳极地床过近；
4、参比电极反馈给恒电位仪的测量通电点的管地电位发生偏差。
通过现场调查、现场验证和分析测试等方法，对以上4条可能造成站外埋地管道阴极保护发生失效的因素逐条确认，最终确定了造成站外埋地管道阴极保护发生失效主要原因。
根据GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》要求，采用远参比法，现场测量通电点的管地电位并进行对比，确认是否存在电位偏差，测试方法见图2。3#储罐阳极地床距站外埋地管道阴保参比电极15m，测试过程中将参比电极置于通电点不同距离的位置进行电位测量。随着距离的增加，电位逐渐负向偏移置于3#储罐阳极地床30m外位置以后，测得通电点电位为-1.0V。结果表明，由于3#储罐阳极地床距离管道参比电极过近，造成参比电极附近管道在土壤中的自然电位发生偏移，即形成了负干扰电位，使得站外埋地管道阴极保护发生失效。
干线与站内贮罐通过绝缘进行电隔离，各自单独实施阴极保护。从数据测试结果看出：站内阴极保护电流大影响了站外干线阴极保护系统的控制点，对其造成了干扰。干线阴极保护系统采用恒电位控制方式，而站外电位信号反馈点（阴极保护电位控制点）距离站内金属结构较近，因此易受到站内阴极保护系统的影响，引起极化增加或减少，影响到控制系统的信号反馈，从而使干线保护系统的输出电流降低线增加，使干线阴极保护水平受到影响。
四、改进措施
根据原因分析，确定造成该管道阴极保护受干扰的原因是：3#储罐阳极地床距离管道参比电极过近，造成参比电极附近自然电位发生偏移，形成了负干扰电位。
由于恒电位仪的恒电位工作机理，参比电极反馈的信号偏移，致使恒电位仪在给定电位仍是-1.2V的情况下实际输出降低，导致保护距离变短。针对此问题，将参比电极和通电点的位置改变，移至不受干扰的位置，实现原给定电位-1.2V情况下，管道保护电位负于-0.85V。由于要对恒电位仪电缆走向进行改造，通电点位置需从新确定，长效参比电极埋设的位置也需重新确定。先使用远参比法确认参比电极合适的埋设位置。将临时参比电极置于管道附近且距储罐阳极地床分别为30m，40m和50m的位置，测量管地电位。测量结果表明，将临时参比电极的位置设在50m远的地方比较好。2011年8月，将参比电极和通电点位置移改站点南门，将恒电位仪电位调至原给定电位-1.2V，测量管道各测试桩电位见表1。
测量结果表明，该段管道完全达到阴极保护的要求，管道阴极保护参数正常。同时在管道参比电极、管道阳极地床以及3#储罐和4#储罐阳极地床的位置，分别制作并树立标志桩做好标记，使其位置明确，避免今后再有新的设施设计投入时，再次造成干扰问题。
五、阴极保护技术的发展方向
阴极保护技术作为当前最有效的防腐措施，在国内石油公司很受重视。但是与国外的发展情况相比较，还是有一定的差距。
1.测试方法的改进
管道阴极保护状况测试、评价方法、手段及设备落后。采用-0.85V作为阴极保护有效电位判据，已经难以应对复杂的外界条件引起的腐蚀。在通电状态下进行管道阴极保护电位测试，土壤中存在阴极保护电流，用地表参比法所测得管地电位中包含有IR降成份，难以对管道保护效果进行有效的评价，从而导致部分管道局部管段处于欠保护状况。
2.数值计算应用的深入
随着计算机的普及和广泛应用，数值计算已经广泛应用于现代工程中。数值计算方法来研究阴极保护体系的电位分布问题，有着巨大优势，数值模拟计算可以提供例如电位、电流密度的分布规律和电能消耗等应用中需要的设计参数，预测涂层性质的变化和杂散电流的干扰作用等各种因素对阴极保护系统的影响，可以确定阳极种类、形状、数量、位置等参数，评价保护效果，优化阴极保护方案。
3.应用领域的拓宽
国内的阴极保护主要用于油气管道方面，对于有些领域重视不够，如混凝土管和大型基础的保护，城市供水供气管道等。随着城市管网布局的逐步完善和国家对基础设施建设力度的不断加大，阴极保护技术应向这一方向发展
六、结束语
综上所述，为了能够提高埋地管道阴极保护系统的运行效果，必须要分析埋地管道阴极保护系统失效原因，针对原因来分析其存在的问题，提出应对的对策，这样才能够确保埋地管道阴极保护系统合理运行。
参考文献：
[1]俞彦英.西气东输管道工程阴极保护投运纪实[J].防腐保温技术，2012，12（3）：7-8.
[2]张其敏，陈宁.埋地管道阴极保护效果监测技术分析[J].油气田地面工程，2011，27（9）：9-10.
[3]闫勇田光.天然氣长输管道外加电源阴极保护故障治理[J].科技信息2012.12.
【关键词】 埋地管道；阴极保护系统；失效；原因
一、前言
目前，我国的埋地管道阴极保护系统运行过程还存在众多问题，经常会出现埋地管道阴极保护系统失效的问题，因此，为了能够确保埋地管道阴极保护系统长期稳定的运行，要进一步分析埋地管道阴极保护系统失效原因。
二、设置阴极保护的意义
所谓的阴极保护，是金属的阴极被阴极电流极化产生的。一般都以外加电流或阳极牺牲为主要形式。管道阴极保护的检测方法通常都是以每隔一定的距离测算的阴极保护数据判断的。通过阴极保护的原理，要想做好全钢结构材料在土中的防腐工作，那么就应遵循以下原则：
1、导电介质务必要覆盖金属表面，如潮湿土壤、电解质溶液、海水等。因为导电介质的存在才能够形成闭回路；
2、金属结构要充分的浸没于导电介质中，以提高保护的效率；
3、金属的结构应尽可能的简单。若凹凸过于严重，那么会形成“屏蔽作用”，便不能实现阴极保护的目的。
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。
三、埋地管道阴极保护系统失效原因分析
某油管道全长241km，管径377mm×8mm。该管道采取恒电位仪外加电流保护法，局部采用辅助牺牲阳极保护。因站外埋地管道采用阴极保护技术，管线运行至今超过30a，管道3#，4#储油罐自2008年5月投运后，发现站外埋地管道4#桩～16#桩12km的管道阴极保护失效，保护电位正于-850mV。（根据国标GB/T 21448-2008规定，管道的安全保护电位应在-850～-1 200mV之间）。只有站外埋地管道阴极保护受到了干扰，才使得站外埋地管道阴极保护发生失效。后将站外埋地管道阴极保护的给定电位调至-1.42V（干扰前，给定电位是-1.2V），阴极保护电位达到保护标准。但是，给定电位过低，说明实际上还是存在干扰问题。
由于管道阴极保护系统受到干扰的原因较多，且各种原因也存在直接或者间接的联系，故在分析时，采用关联图的形式来表示，如图1所示。通过关联图分析，判定造成站外埋地管道阴极保护发生失效原因如下：
1、绝缘法兰失效；
2、储罐阳极地床敷设未按照设计方案施工；
3、原设计方案中两组阳极地床过近；
4、参比电极反馈给恒电位仪的测量通电点的管地电位发生偏差。
通过现场调查、现场验证和分析测试等方法，对以上4条可能造成站外埋地管道阴极保护发生失效的因素逐条确认，最终确定了造成站外埋地管道阴极保护发生失效主要原因。
根据GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》要求，采用远参比法，现场测量通电点的管地电位并进行对比，确认是否存在电位偏差，测试方法见图2。3#储罐阳极地床距站外埋地管道阴保参比电极15m，测试过程中将参比电极置于通电点不同距离的位置进行电位测量。随着距离的增加，电位逐渐负向偏移置于3#储罐阳极地床30m外位置以后，测得通电点电位为-1.0V。结果表明，由于3#储罐阳极地床距离管道参比电极过近，造成参比电极附近管道在土壤中的自然电位发生偏移，即形成了负干扰电位，使得站外埋地管道阴极保护发生失效。
干线与站内贮罐通过绝缘进行电隔离，各自单独实施阴极保护。从数据测试结果看出：站内阴极保护电流大影响了站外干线阴极保护系统的控制点，对其造成了干扰。干线阴极保护系统采用恒电位控制方式，而站外电位信号反馈点（阴极保护电位控制点）距离站内金属结构较近，因此易受到站内阴极保护系统的影响，引起极化增加或减少，影响到控制系统的信号反馈，从而使干线保护系统的输出电流降低线增加，使干线阴极保护水平受到影响。
四、改进措施
根据原因分析，确定造成该管道阴极保护受干扰的原因是：3#储罐阳极地床距离管道参比电极过近，造成参比电极附近自然电位发生偏移，形成了负干扰电位。
由于恒电位仪的恒电位工作机理，参比电极反馈的信号偏移，致使恒电位仪在给定电位仍是-1.2V的情况下实际输出降低，导致保护距离变短。针对此问题，将参比电极和通电点的位置改变，移至不受干扰的位置，实现原给定电位-1.2V情况下，管道保护电位负于-0.85V。由于要对恒电位仪电缆走向进行改造，通电点位置需从新确定，长效参比电极埋设的位置也需重新确定。先使用远参比法确认参比电极合适的埋设位置。将临时参比电极置于管道附近且距储罐阳极地床分别为30m，40m和50m的位置，测量管地电位。测量结果表明，将临时参比电极的位置设在50m远的地方比较好。2011年8月，将参比电极和通电点位置移改站点南门，将恒电位仪电位调至原给定电位-1.2V，测量管道各测试桩电位见表1。
测量结果表明，该段管道完全达到阴极保护的要求，管道阴极保护参数正常。同时在管道参比电极、管道阳极地床以及3#储罐和4#储罐阳极地床的位置，分别制作并树立标志桩做好标记，使其位置明确，避免今后再有新的设施设计投入时，再次造成干扰问题。
五、阴极保护技术的发展方向
阴极保护技术作为当前最有效的防腐措施，在国内石油公司很受重视。但是与国外的发展情况相比较，还是有一定的差距。
1.测试方法的改进
管道阴极保护状况测试、评价方法、手段及设备落后。采用-0.85V作为阴极保护有效电位判据，已经难以应对复杂的外界条件引起的腐蚀。在通电状态下进行管道阴极保护电位测试，土壤中存在阴极保护电流，用地表参比法所测得管地电位中包含有IR降成份，难以对管道保护效果进行有效的评价，从而导致部分管道局部管段处于欠保护状况。
2.数值计算应用的深入
随着计算机的普及和广泛应用，数值计算已经广泛应用于现代工程中。数值计算方法来研究阴极保护体系的电位分布问题，有着巨大优势，数值模拟计算可以提供例如电位、电流密度的分布规律和电能消耗等应用中需要的设计参数，预测涂层性质的变化和杂散电流的干扰作用等各种因素对阴极保护系统的影响，可以确定阳极种类、形状、数量、位置等参数，评价保护效果，优化阴极保护方案。
3.应用领域的拓宽
国内的阴极保护主要用于油气管道方面，对于有些领域重视不够，如混凝土管和大型基础的保护，城市供水供气管道等。随着城市管网布局的逐步完善和国家对基础设施建设力度的不断加大，阴极保护技术应向这一方向发展
六、结束语
综上所述，为了能够提高埋地管道阴极保护系统的运行效果，必须要分析埋地管道阴极保护系统失效原因，针对原因来分析其存在的问题，提出应对的对策，这样才能够确保埋地管道阴极保护系统合理运行。
参考文献：
[1]俞彦英.西气东输管道工程阴极保护投运纪实[J].防腐保温技术，2012，12（3）：7-8.
[2]张其敏，陈宁.埋地管道阴极保护效果监测技术分析[J].油气田地面工程，2011，27（9）：9-10.
[3]闫勇田光.天然氣长输管道外加电源阴极保护故障治理[J].科技信息2012.12.