基于ICCP埋地管道腐蝕防護(hù)工程的應(yīng)用研究

1、基于ICCP埋地管道腐蝕防護(hù)工程的應(yīng)用研究摘要：埋地管道的腐蝕防護(hù)I:程對(duì)處長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行狀態(tài)的多段線長(zhǎng)距離管道至關(guān)巫要.土壤、空氣屮的腐蝕介質(zhì)、微生物 歯類以及水導(dǎo)都會(huì)對(duì)金屈管道造成腐蝕破壞.以外加電流陰極保護(hù)(ICCP.Impressed current cathodic protection)為主的腐蝕防 護(hù)方案在埋地管道I：程屮的應(yīng)用廣泛.能有效抑制金屬構(gòu)件在土壤中的腐蝕削臥本文針對(duì)ICCP在埋地管道I：程應(yīng)用屮的要 點(diǎn)進(jìn)行械理及理論分析.主要包括金屬腐蝕原理及管道防腐蝕根本方法、腐蝕檢測(cè)過(guò)程分析、管道銹蝕后的再保護(hù)、外加電流 法在管道匸程屮的應(yīng)用以及局限性分析、保證管道防護(hù)匸程平安性

2、和完整性的針對(duì)舉措.并對(duì)1CCP的管道匸程應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行 了簡(jiǎn)要總結(jié).本文對(duì)ICCP在管道防護(hù)工程中的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)總義.關(guān)鍵詞：埋地管道：腐蝕防護(hù)：ICCP1引言上壤環(huán)境復(fù)雜,微生物種類繁多1,還有雨水、空氣等腐蝕介質(zhì),加上管道附近的雜散電流等腐蝕途 徑引起的微生物腐蝕、雜散腐蝕、電偶腐蝕、電化學(xué)腐蝕等,管道的腐蝕防護(hù)顯得相當(dāng)重要.ICCP對(duì)長(zhǎng) 距離管道的保護(hù)具有較大的優(yōu)勢(shì),不僅保護(hù)參數(shù)可控可調(diào),且服役周期長(zhǎng)、防護(hù)效果好,尤其大規(guī)模的管 道腐蝕防護(hù)工程,其保護(hù)效果和工程概算均優(yōu)于其它防護(hù)方法.但隨著服役年限的延長(zhǎng)、埋設(shè)環(huán)境的變化, 保護(hù)電流的有效范國(guó)發(fā)生偏移,導(dǎo)致管道處于欠保護(hù)狀態(tài),管道腐蝕

3、的程度加深,假設(shè)定期進(jìn)行腐蝕檢測(cè), 在檢測(cè)結(jié)果的根底上對(duì)已腐蝕管道實(shí)施再保護(hù),可以減緩甚至抑制腐蝕的發(fā)生,降低工程再造的本錢,提 高管道的經(jīng)濟(jì)效益.相比防腐涂層、合金結(jié)構(gòu)、犧牲陽(yáng)極(SACP.Sacrificial anode cathodic protection)等腐蝕 防護(hù)方法,ICCP的在管道工程應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)明顯,但也存在一左的局限.陰極干擾和電流屏蔽2是ICCP 應(yīng)用中主要的兩大問(wèn)題.陰極干擾是指管道保護(hù)電流受到附件雜散電流的干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致保護(hù)失效. 電流屏蔽是指ICCP電流通路在保護(hù)破損處斷開(kāi),與管逍外其它導(dǎo)電介質(zhì)形成通路,造成區(qū)段管道失去極 化電流,形成屏蔽.工程上嘗試?yán)妹}沖

4、電流解決電流屏蔽：對(duì)于陰極干擾,通常用排流器對(duì)雜散電流進(jìn) 行回流.期外,為保證防護(hù)工程的質(zhì)量,對(duì)保護(hù)范用內(nèi)的跨步電壓(SV.Stepvoltage)等涉及人身平安問(wèn)題, 以及管道缺陷處、管道首末端的腐蝕聯(lián)結(jié)問(wèn)題,應(yīng)給予重視.2 ICCP在埋地管道工程中的應(yīng)用2.1金屬腐蝕原理及管道防腐蝕根本方法金屬腐蝕是金屬?gòu)捏{能量較活潑的原子態(tài)轉(zhuǎn)化為低能戢較穩(wěn)左的分子態(tài)的過(guò)程.一般來(lái)說(shuō),抑制金 屬腐蝕的方法有ICCP、SACP、防腐蝕涂料(anti-corrosive coating.AC).絕緣保護(hù)層、耐腐蝕鋼材等.為提 高埋地管道耐腐蝕性能,工程上常采用ICCP或者SACP的方法給天然氣管道提供保護(hù).外

5、加電流陰極保護(hù)由直流電源陰極與被保護(hù)設(shè)備相連,通過(guò)輔助陽(yáng)極、電解質(zhì)形成回路,電源在回路 中給被保護(hù)設(shè)備提供陰極保護(hù)電流,使電子富集在設(shè)備表而,調(diào)廿電流密度使被保護(hù)金屬電位低于周邊物 質(zhì)電位,從而產(chǎn)生陰極極化,抑制被保護(hù)結(jié)構(gòu)的腐蝕.陽(yáng)極材料通常以Pb-Ag合金、Pb-Ag微鉗、Pt-Nb 復(fù)合陽(yáng)極以及Pt-Ti復(fù)合陽(yáng)極等髙原子序數(shù)金屬合金為材料,因此,輔助陽(yáng)極的服役時(shí)間往往較長(zhǎng).外加電源的強(qiáng)制陰極極化特性伴隨著對(duì)電解質(zhì)導(dǎo)電性能限制的減弱.而SACP要求介質(zhì)電阻率較低, 一旦介質(zhì)電阻率超過(guò)一左閾值,陰極電位將無(wú)法得到有效極化.為了維持陰極電位,必須增大極化電流, 但會(huì)加快陽(yáng)極腐蝕速率,縮短其更換周

6、期,增加保護(hù)本錢.相比ICCP, SACP無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間的維護(hù)治理,在 陽(yáng)極安裝完成后和陽(yáng)極更換前的階段,不用進(jìn)行斷電電位檢測(cè)、恒電位儀調(diào)試、陰保站的維護(hù)等操作,且 由于更換頻率較高,SACP不易產(chǎn)生雜散腐蝕.SACP的局限在于無(wú)法調(diào)肖保護(hù)參數(shù),而外加電流法通過(guò) 限制保護(hù)電流密度跟蹤適應(yīng)系統(tǒng)新的腐蝕狀態(tài),減少管道腐蝕造成的損失.2.2管道腐蝕檢測(cè)過(guò)程分析圖I防腐蝕系統(tǒng)的檢測(cè)更新管道的腐蝕監(jiān)測(cè)核心思想在于掌握全線管道的“陰極保護(hù)狀態(tài),評(píng)價(jià)“陰極保護(hù)狀態(tài)的指標(biāo)一般 包括“陰極極化電位和“雜散電流對(duì)陰極保護(hù)電位的節(jié)擾程度.“評(píng)價(jià)指標(biāo)旨在完善對(duì)管道全線的保 護(hù)覆蓋以及減小或消除區(qū)段雜散電流對(duì)陰保系統(tǒng)的千擾

7、,保證外加電流陰極保護(hù)的防腐蝕效果.在外加電 流陰極保護(hù)系統(tǒng)施工完成后,由工程人員對(duì)全線金屬管逍防腐蝕層進(jìn)行“陰極保護(hù)狀態(tài)測(cè)試,主要包括 陰極保護(hù)電位測(cè)試、雜散電流檢測(cè)、防腐蝕層缺陷點(diǎn)檢測(cè)和防腐蝕層絕緣電阻測(cè)試4,測(cè)試主要針對(duì)管道 缺陷處.在保證缺陷處“陰極保護(hù)狀態(tài)良好后,對(duì)全線管逍進(jìn)行整體測(cè)試,根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整陰保站控 制系統(tǒng)參數(shù),反復(fù)調(diào)試,直到到達(dá)保護(hù)要求,具體過(guò)程如圖1所示.對(duì)服役中的埋地管道進(jìn)行腐蝕檢測(cè), 能夠有效預(yù)防管道保護(hù)層的腐蝕以及欠保護(hù)或過(guò)保護(hù)狀態(tài),降低管道因腐蝕產(chǎn)生裂縫的機(jī)率,提升工程質(zhì) 量.由于管道中犧牲陽(yáng)極保護(hù)的存在,在陽(yáng)極不斷消耗的過(guò)程中,電阻率和管段壓降會(huì)隨之變化,可

8、能導(dǎo) 致缺陷處極化電位超出允許范弗1,造成局部區(qū)段欠保護(hù)或過(guò)保護(hù).為了防止因陽(yáng)極消耗造成陰極保護(hù)失效, 在陽(yáng)極更換周期內(nèi),工程人員應(yīng)左期檢測(cè)各缺陷點(diǎn)處的保護(hù)狀態(tài),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果重新調(diào)整陰極保護(hù)參數(shù), 將各區(qū)段極化電位維持在最優(yōu)區(qū)間從而到達(dá)新的保護(hù)平衡態(tài).2.3管道銹蝕后的再保護(hù)2.3.1輸氣管道服役中處于欠保護(hù)狀態(tài)的長(zhǎng)線輸氣管道5,由于管線跨距大宜采用分區(qū)段檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)各區(qū) 段破損腐蝕情況進(jìn)行評(píng)估,利用評(píng)估結(jié)果制泄階段性防腐蝕方案.綜合考慮方案實(shí)施的可靠性、有效性和 經(jīng)濟(jì)性,從中篩選出最優(yōu)的長(zhǎng)距離輸氣管線防腐蝕方案.由于輸氣管道往往較長(zhǎng)、跨度大、埋設(shè)環(huán)境復(fù)雜, SACP難以保證全線陰極極

9、化電位且保護(hù)周期短,另外在電阻率較髙的上壤環(huán)境中防腐蝕效果較差,因此 采用防腐涂層和沿線建立陰保站的雙重保護(hù)以保證管道極化電位在有效范圍內(nèi).231輸水管道對(duì)于服役多年、腐蝕情況嚴(yán)重的輸水管道,為延長(zhǎng)管線的服役壽命,不僅需對(duì)管道缺陷處進(jìn)行修復(fù), 還需根據(jù)全線管道的腐蝕狀況及埋設(shè)環(huán)境制左經(jīng)濟(jì)有效的再保護(hù)方案.考慮管道埋設(shè)區(qū)域的降雨,越接近 地表的管道越易受到上壤腐蝕介質(zhì)的侵蝕.對(duì)管道外表進(jìn)行防腐涂層處理將大大降低上壤腐蝕介質(zhì)侵蝕的 機(jī)率,但隨著管道服役時(shí)間的增加,涂層會(huì)逐漸老化,失去結(jié)合力,甚至與管體別離,因此最經(jīng)濟(jì)合理的 方案是防腐蝕涂層與外加電流陰極保護(hù)法的聯(lián)合防腐,既到達(dá)對(duì)管道腐蝕的防護(hù)效果

10、,又減少腐蝕再保護(hù) 的投入.3 ICCP管道工程應(yīng)用局限性分析對(duì)埋設(shè)在地下的管道進(jìn)行外加電流陰極保護(hù),需具備三個(gè)條件：陽(yáng)極地床(anodeground-bed.AG).外 加電源、參比電極(reference electrode,RE).3(1) 陽(yáng)極地床：AG的作用在于“將極化電流導(dǎo)入上壤,電流經(jīng)土壤流入被保護(hù)體,使被保護(hù)體發(fā)生陰 極極化,最后流回電源負(fù)極,形成閉合回路.工程上廣泛采用的AG有三種：柔性陽(yáng)極、深井陽(yáng)極和石墨 陽(yáng)極,三者的適用條件各不相同,一般結(jié)合實(shí)際工程情況進(jìn)行選擇.(2) 外加電源又稱恒電位儀,電流大小以及極化電位等陰極保護(hù)參數(shù)可調(diào),屬于可控元件,是陰極極化 的關(guān)鍵.恒電位

11、儀限制方式有四種：電位限制、槽壓限制、電流限制、間歇限制,由于電位限制方式的適 用范圍廣、穩(wěn)泄性強(qiáng)且無(wú)延時(shí),因此在工程上應(yīng)用廣泛.(3) 參比電極的意義在于：1、測(cè)量,測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位,不同的參比電極對(duì)應(yīng)的被保護(hù)結(jié)構(gòu)物 平安電位是不同的；2、限制,給恒電位儀提供被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位信息.斷電電位測(cè)雖:中,管道正上方 的參比電極與管道之間的電位差,稱為極化電位.以上三個(gè)條件缺一不可,而ICCP的在工程應(yīng)用中伴隨而來(lái)的問(wèn)題也是由保護(hù)機(jī)制的差異造成的.目 前外加電流陰極保護(hù)法在管道工程應(yīng)用中的兩大問(wèn)題分別是"電流屏蔽和“陰極干擾 2.“電流屏蔽 是指保護(hù)電流通路由于加裝套管或保護(hù)層剝離

12、等原因在原保護(hù)處斷開(kāi),與外部導(dǎo)體或介質(zhì)形成新的通路, 造成保護(hù)失效.“陰極干擾是指當(dāng)保護(hù)電流經(jīng)過(guò)電位較髙或電位較低的區(qū)域時(shí),會(huì)受到外部電流的干擾, 使保護(hù)電流或增強(qiáng)或減弱,產(chǎn)生矢量偏移,造成保護(hù)電位偏離,影響陰極極化,從而弱化保護(hù)效果.工程應(yīng)用中針對(duì)因“電流屏蔽和“陰極干擾形成的缺陷點(diǎn)通常采用'先檢測(cè)后處理的方式.首 先對(duì)被保護(hù)體進(jìn)行電流測(cè)繪,即RD-PCM檢測(cè),確定整體腐蝕狀況；第二步采用交流電位梯度ACVG、 直流電位梯度DCVG以及密間距電位CIPS等檢測(cè)技術(shù)判斷缺陷管道完整性：最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖對(duì)缺陷處 進(jìn)行修復(fù).該方法可以有效解決缺陷處的腐蝕防護(hù)問(wèn)題,但經(jīng)濟(jì)性差且操作復(fù)雜.而針

13、對(duì)由防護(hù)層破壞引起的"電流屏蔽,文獻(xiàn)6提岀了一種改良方法一一脈沖電流法,以脈沖電流 源代替宜流電流源給被保護(hù)體提供極化電流.脈沖波具備強(qiáng)穿透性使之能夠克服缺陷處髙電阻率的電壓降 干擾,從而擴(kuò)大極化區(qū)間,縮小屏蔽而積,但同時(shí)也會(huì)擴(kuò)大保護(hù)層斷裂后的縫隙.ICCP在工程實(shí)踐中的 第二個(gè)問(wèn)題：陰極干擾,''陰極干擾的主要原因在于被保護(hù)體周圉存在雜散電流源,引起鄰近區(qū)域的電 位變化,影響保護(hù)點(diǎn)的陰極極化7.因此,排除雜散電流是解決陰極干擾問(wèn)題的關(guān)鍵8.雜散電流可以由 排流設(shè)備導(dǎo)回電流源,條件是形成一條流經(jīng)被保護(hù)結(jié)構(gòu)、排流設(shè)備、絕緣導(dǎo)體以及電流源的電流通路.4防護(hù)工程平安性和完整

14、性的針對(duì)舉措3.1防護(hù)工程平安性-陽(yáng)極地床陽(yáng)極地床的平安問(wèn)題影響ICCP在管道工程中的應(yīng)用,是工程施工前必須考慮的主要問(wèn)題.防護(hù)工程 平安性與地床的類型以及工程參數(shù)有關(guān),選取適宜的類型、設(shè)訃滿足平安標(biāo)準(zhǔn)要求的陽(yáng)極地床至關(guān)重要.Fig.2Impressed current cathodic protection structure 圖2外加電涼陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)柔性AG具有合理分配保護(hù)電流的作用,沿管道線鋪設(shè),對(duì)極化電流有良好的導(dǎo)流效果,可使管道充 分極化,但施工難度大,需沿管道開(kāi)挖進(jìn)行AG鋪設(shè),途徑河流、湖泊、山川等施工本錢會(huì)很髙910.深井陽(yáng)極,對(duì)附近金屬構(gòu)架物的影響較小,跨步電壓SV小,施工場(chǎng)地

15、小,但本錢高、難度大,且對(duì)地質(zhì) 狀況要求髙,設(shè)計(jì)施工前需要進(jìn)行地質(zhì)勘査11.水平連續(xù)焦炭屑陽(yáng)極,具有施工方便、投資小的優(yōu)點(diǎn)12, 適合長(zhǎng)距離埋地管道的保護(hù),但由于保護(hù)電流較大,地床附近的跨步電壓SV很大可能會(huì)導(dǎo)致人員傷亡, 因此采用雙陽(yáng)極地床(Double-AG)進(jìn)行分流降壓,大大降低平安風(fēng)險(xiǎn).3.2防護(hù)工程完整性-管道首末端缺陷區(qū)段管逍首末端連接處的防腐蝕舉措.由于管道首末端的絕緣效果受結(jié)構(gòu)材質(zhì)的影響,絕緣效果并不理想, 加上管道閥門浸于水中,導(dǎo)致陰極保護(hù)電流損失,削弱管道陰極保護(hù)效果13.另外,浸水條件下由法蘭 連接的非陰極保護(hù)管逍與異側(cè)管道的電位差會(huì)形成嚴(yán)重的電偶腐蝕,破壞非陰極保護(hù)側(cè)管

16、道.為了消除以 上不利因素,在非陰極保護(hù)側(cè)管道上采用SACP,降低管道電位,減少保護(hù)電流的損失.缺陷區(qū)段的防腐蝕舉措.考慮鋪設(shè)路徑會(huì)經(jīng)過(guò)鐵路、河流等易產(chǎn)生電偶腐蝕和濃差腐蝕的區(qū)段,這些 區(qū)段的腐蝕會(huì)率先發(fā)生,腐蝕程度也最惡劣,更重要的是腐蝕往往從這里開(kāi)始,逐漸擴(kuò)大,嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致管 適開(kāi)裂破損,破裂會(huì)影響陰極保護(hù)電流的通過(guò).而當(dāng)陰極保護(hù)電流從保護(hù)層破損處流出,不管電流是否回 到管道,都會(huì)在電流流出位巻造成嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕,從而加重腐蝕程度.為了降低腐蝕對(duì)管道線路的影 響,對(duì)易腐蝕區(qū)段的管道采取SACP,并安裝測(cè)試樁,通過(guò)測(cè)試樁監(jiān)測(cè)易腐蝕區(qū)段的保護(hù)狀態(tài),一旦保護(hù) 電位偏離正常范用,及時(shí)檢修,防止造成

17、外加電流陰極保護(hù)失效,形成更嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕.4結(jié)論(1) 為了提髙管道耐腐蝕性能,工程上通常采用ICCP或者SACP的方式給管道提供防腐蝕保護(hù).對(duì)服 役中的長(zhǎng)距離管道進(jìn)行檢測(cè),能夠有效預(yù)防管道保護(hù)層的腐蝕.腐蝕再檢修工程中常常采用防腐涂層和 ICCP的雙重防腐保護(hù),保證管道極化電位在有效范圍內(nèi).(2) 電流屏蔽和陰極下擾是現(xiàn)階段外加電流陰極保護(hù)法在管道工程應(yīng)用中的兩大問(wèn)題,脈沖電流法和排 流法用于解決電流屏蔽和陰極干擾問(wèn)題.(3) 對(duì)于管道的腐蝕防護(hù),鋪設(shè)Double-AG可以保證工程的平安性,在管道首末端連接處以及缺陷區(qū)段 進(jìn)行防腐蝕處理可以保證工程的完整性,從而提升防護(hù)質(zhì)量.參考文獻(xiàn)1馬

18、亞鑫門正興,岳太文,等.天然氣管道失效分析卩腐蝕與防護(hù).2021. 38< 12):974-977.2尚興彬.胡乃科.張守<etal.外加電流陰極保護(hù)電流屛蔽與陰極干擾研究J|石油化匸腐蝕與防護(hù)2021. 32(6):I4I7.3不同生態(tài)條件下土壤微生物生物化學(xué)和分子生態(tài)變化及其土壤質(zhì)址指示總義D.南京農(nóng)業(yè)大學(xué).2006.4李程,袁林國(guó),張淑琴您塔河油田管道陰極保護(hù)電位測(cè)試與分析J腐蝕與防護(hù).2021. 33(2):173.176.5萬(wàn)瓊.某輸氣管道陰極保護(hù)電位欠保護(hù)原因探究卩材料保護(hù),2021,51(4):137-140.6勒如於濤某成品油管道的外加電涼陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用J全而網(wǎng)蝕限制.202131(02):43-45.莎俊華.高立群.馮仲文篙 埋地鋼丿貞管道交流干擾及排潦硏丸卩腐蝕與防護(hù).2021.32(7):551-554.8|王新華.陳振華何仁洋.埋地鋼質(zhì)管道交潦干擾測(cè)試與評(píng)價(jià)J腐蝕與防護(hù)2021. 32(1