石油天然氣長輸管道陰極保護系統常見問題分析和處理

劉欣

內容提要：

隨著我國油氣管道事業的蓬勃發展，油氣管道的腐蝕與防護問題越來越受到人們的重視。長輸天然氣管道主要采用的陰極保護措施為強制電流保護法，陰極保護日常的維護維修成本上升成為日常管道保護的重要課題。

本文詳細闡述了長輸天然氣管道陰極保護常見問題分析和處理。

主題詞：腐蝕陰極保護問題分析處理

中圖分類號：U473文獻標識碼： A

1.陰極保護原理簡介

外部電源通過埋地的輔助陽極、將保護電流引入地下，通過土壤提供給被保護金屬，被保護金屬在大地中仍為陰極，其表面只發生還原反應，不會再發生金屬離子化的氧化反應，腐蝕受到抑制。而輔助陽極表面則發生丟電子氧化反應。因此，輔助陽極本身存在消耗。

強制電流陰極保護驅動電壓高，輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。也是目前新投用油氣管線所采用的陰極保護方式。

2.陰極保護站設備及常見問題處理

2.1恒電位儀常見故障排除

序號 故障現場 原因 處理方法

1 開機無輸出，指示燈不亮，數字面板表不顯示。 ⑴電源開路

⑵輸入保險管斷或穩壓電源變壓器保險管斷。 ⑴查輸入電源并重新接好。

⑵更換保險管。

2 輸出電流、輸出電壓突然變小，儀器本身“自檢”正常。 參比失效或參比井土壤干燥或零位接陰線斷。 更換參比、重埋參比或接好零位接陰線。

3 輸出電流突然增大，恒電位儀正常。 ⑴水或土壤潮氣使陽極電阻降低。

⑵與未保護管線接觸

⑶絕緣法蘭兩邊管道搭接。 ⑴可以暫時不改變裝置，夏季季電阻會回升。

⑵對未保護管線采取措施

⑶對絕緣法蘭處不正常搭接進行處理。

4 無電壓、電流輸出，“保護電位”比“控制電位”高，聲光報警20S后切換到恒電流工作?！白詸z”正常。 ⑴參比電極斷線。

⑵參比電極損壞。

⑶預控值電位比自然電位低或太接近自然電位。 ⑴更換參比。

⑵更換參比。

⑶適當抬高預控值電位—在機后串接一個電阻

5 輸出電壓變大，輸出電流變小，恒電位儀正常。 ⑴陽極損耗。

⑵陽極床土壤干燥或發生“氣阻”。 ⑴更換陽極

⑵夏季定期對陽極床注水。

6 有輸出電壓，無輸出電流，聲光報警20S后轉入恒電流狀態，恒電流也無法工作，儀器“自檢”正常。 一般是現場陽極電纜開路, 不排除陰極線被人為破壞。 重新接線。

7 故障現象同上，但儀器“自檢”也不正常。 機內輸出保險管熔斷。 更換保險管。

8 儀器無法輸出額定電流，到某一電流值儀器報警，“控制”電位比“保護”電位高,20S后轉到恒流工作。 ⑴限流值太小。

⑵限流環節故障：反向放大器IC6、IC7壞。 ⑴調節比較板有關參數將限流值放寬

⑵更換IC6、IC7

9 輸出電流、輸出電壓最大，電位顯示“１”（滿載）報警20S后，轉入恒流。 現場和控制電位偏差超過5mv，比較器IC1壞或阻抗變換器IC9壞。 更換比較板上的IC1或IC9

2.2交流CBZ－3/B型陰極保護控制臺典型故障排查

現象：控制臺在工作擋工作時恒電位儀輸出變化劇烈，保護電位從0.9V到1.8V間斷變化，一段時間后，儀器自動切換到恒流工作狀態，持續一段時間后自動切換回恒電位狀態，恒電位儀輸出又劇烈變化，開另一臺機出現同樣現象。

排查：從控制臺后接線板上拆下遠控通斷“＋”、“－”兩線，用萬用表測量無遠控信號。恒電位儀開“自檢”正常，短接控制臺場效應開關管V8，恒電位儀可在自動擋正常工作。

判斷：控制臺出現故障。

檢修：經查時間控制板D5外控隔離模塊和D1晶振4060同時損壞，更換這兩個模塊后故障消除。

2.3輔助陽極常見問題及處理

按照規范要求陽極地床接地電阻應小于1歐姆，如果恒電位儀運行時輸出電壓與電流之比明顯加大，即輸出電壓很大，而輸出電流很小，說明輸出回路電阻加大了。如果陽極電纜與恒電位儀、陽極地床間接觸良好，說明陽極地床接地電阻較高，可在地床附近澆水降阻，驗證，不合格應從新埋設。

2.4參比電極常見問題及處理

如果發現通過長效參比電極所測的電位與便攜式參比電極所測的電位有很大偏差或恒電位儀的“保護電位”比“控制電位”高，說明長效參比電極內CUSO4溶液流空或參比電極接線斷路，應立即更換。應定期向參比電極井內注水，保證參比電極與土壤接觸良好。

2.5 RTU閥室、場站內陰極保護設備及常見問題處理

2.5.1電位傳送器典型故障維護介紹

（1）遠傳顯示的管道電位與實際值E有較大偏差或無顯示。

首先用數字電壓表接在“管地電位輸入”接線端子兩端，測得的管道電位的實際值為E，然后用電流表串接“電位信號輸出”接線端上測得的電流值經換算后與電壓值E相等，說明電位傳送器工作正常，問題出在電位傳送器與RTU間的接線、RTU、通信及接受器上，請相關人員檢修。

若用數字電壓表接在“管地電位輸入”接線端子兩端，測得電壓值為E，然后把管地電位輸入的（+、-）從接線端子上拆下，測量兩端電壓為E1（E遠小于E1）。要檢查電位傳送器內接地端的壓敏電阻、放電管是否短路，造成陰保電流在進入電位傳送器后從接地端流失，如果是要立即更換（100＃閥室的例子）。此現象多發生在雷雨過后，雷雨后要及時對電位傳送器進行檢修維護。

（2）遠傳顯示的管道電位值抖動

若抖動幅度較小、頻率較快，多是由于并在“電位信號輸出”接線端上300μ濾波電容損壞造成的，應及時更換。

若振幅較大（達幾百毫伏），多是由于該處管道受到雜散電流干擾，造成管道電位波動。如果雜散電流影響到陰極保護效果，應及時組織排流。

2.5.2避雷器常見問題及處理

從遠傳顯示得知或在測試時發現參比對管道電位明顯變化，未達到保護值，而參比對接地極的電位接近參比對管道電位，當拆下避雷器，用萬用表電阻蜂鳴檔測避雷器兩端的電阻，若蜂鳴器鳴響、避雷器電阻接近零，說明避雷器已經短路，要立即更換。

2.5.3接地電池

保護器也可采用接地電池，它是由平行靠近的一對犧牲陽極棒組成，中間用絕緣墊塊隔開周圍用介質充填，用兩根與絕緣接頭兩端的管道分別連接的VV-0.6/11×16mm2電纜，通過測試樁短接片與雙根陽極棒的引出電纜分別相連。

如西氣東輸管道采用的接地電池是鋅陽極材料的，這種陽極材料的開路電位為-1.05V，相對于鋼鐵的有效電位差小，只有0.2～0.25V，鋅陽極的消耗率為11kg/A.n。

根據這種接地電池的特點，若發現接地電池測試樁處的保護端電位較平常明顯降低，非保護端電位卻升高。而當拆開接地電池與管道的連接片后測量，如果管道保護端的電位恢復到正常保護值，接地電池的電位降為—0.9V以下，非保護端電位為自然電位，說明接地電池失效，應立即更換；若接地電池電位為-1.05V,保護端和非保護端的電位值正常，可能是接地電池短路，應立即維護。

4.總結

由于長輸天然氣管道陰極保護系統點多、線長，給陰極保護效果判斷、故障分析處理帶來困難，故掌握科學分析、判別的方法是必要的。這樣會大大縮短故障判別和處理時間，還會節約大量費用。近幾年新投用的極保護系統自動化程度較高，要按照規定的要求對陰極保護系統進行檢查、維護；要仔細排查故障隱患，及時整改；尤其是雷雨過后要及時檢查、維護，確保陰極保護率達到100％，提高管道的防腐效果，延長管道使用壽命，進一步保障石油天然氣管道輸配系統的安全平穩運行。

參考文獻

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