断电法在阴极保护电位测试中的应用|阴保防腐技术研究|管道保护网

断电法在阴极保护电位测试中的应用

来源：中石油塔里木油田油气运销部管道运行部作者：马孝亮时间：2018-4-20 阅读：

摘要：评价管道阴极保护系统运行情况主要测试阴极保护管地电位，根据电位准则进行。但在地表测试的电位不能完全反应出管道实际的阴极保护电位，本文主要介绍不同阴极保护方式下，应用断电法最终得到管道断电电位，通过调整断电电位使管道处于阴极保护有效保护状态。

关键词：阴极保护断电法通电电位断电电位 IR降

1 前言

目前采用阴极保护方法控制管道外腐蚀，而管地电位是评价管道阴极保护系统运行情况的重要参数，由于管道经过土壤类型不同，土壤电阻率差别很大，常规的地表法测量管地电位，没有针对不同土壤环境，测量的管地电位含有较大IR降， IR降存在影响测量电位反映管道阴极保护系统真实运行状况，从而造成管道阴极保护系统运行在十分危险的“欠保护”状态。断电法能够有效减少IR降的影响，得到较真实阴极保护管地电位，通过分析这个电位是否达到通常标准中要求的-850mv，判定管道是否处于阴极保护系统有效保护。对于未达到标准电位处于“欠保护”状态的管段进行现场调查和数据分析，使用PCM+A字架方法查找欠保护的原因，及时整改，使其处于阴极保护有效保护状态。

2 阴极保护电位测试时IR降形成

IR 降系指电流在介质中流动所形成的电阻压降，给电位测量结果造成误差。采用断电法（切断阴极保护电流后测量）后，消除了部分误差。假如将各种误差简单划分为IsR（可用断电法消除）和Vo（不能消除）两类，存在以下关系式：

Eon=Eoff+IR

式中

Eon ——通电电位即未消除IR降的电位；

Eoff ——断电电位即不含IR降的阴极保护管地电位；

I ——保护电流；

R ——管道表面与参比电极之间的电阻。

可消除的IR降是由参比电极和管道电位测量点之间的阴极保护电流（恒电位仪输出电流）的分量、土壤介质电阻和管道表面膜或绝缘层电阻造成的，属于直流欧姆电压降，在阴极保护电流中断瞬间立即消失。

3 断电法消除IR降影响

埋地钢质管道阴极保护根据直流电流的来源不同分为外加强制电流和牺牲阳极两种，针对不同阴极保护类型分别采用不同手段应用断电法，消除IR降获得阴极保护管地电位。而断电法可根据检测仪器不同分为两种：一种是使用卫星同步中断器，包括进行全线测试的密间隔电位法（CIPS）和仅在测试桩处使用万用表进行读取通断电位的手动中断法；另一种是使用试片（极化探头）法，该方法仅能测试测试桩处通断电位。

针对埋地钢质管道阴极保护方式的不同，采用不同方法进行管道阴极保护管地电位测试：对于采用外加强制电流的阴极保护系统，可选择密间隔电位测量（CIPS）法或同步中断器法进行测试；对于采用牺牲阳极方式的阴极保护系统或外输管线与站内之间绝缘接头失效的埋地钢质管道，可采用试片（极化探头）法测得埋地管地电位。

4 卫星同步中断法

对埋地钢质管道进行周期性阴极保护有效性评价或要全面掌握管道沿线阴极保护电位分布时，主要采用密间隔电位法（CIPS），而日常每月进行电位巡检测试时通常采用万用表进行读取通断电位的手动中断法。

4.1 密间隔电位法（CIPS）

密间隔电位法（CIPS）适用于对管道阴极保护系统的有效性进行全面评价的测试。本方法可测得管道沿线的通电电位（V on）和断电电位（Voff），结合直流电位梯度法（DCVG）可以全面评价管线阴极保护系统的状况和查找防腐层破损点及识别腐蚀活跃点。

以下情况不适用密间隔电位法或会使该方法测量结果的准确性受到影响：

——保护电流不能同步中断（多组牺牲阳极或其与管道直接相接，或存在不能被中断的外部强制电流设备）的管道；

——套管内的破损点未被电解质淹没的管道；

——覆盖层导电性很差的管段，如铺砌路面、冻土、钢筋混凝土、含有大量岩石回填物；剥离防腐层下或绝缘物造成电屏蔽的位置，如破损点处外包覆或衬垫绝缘物的管道。

4.1.1 测量步骤

图和测量步骤主要是：

量简图见图1：

a）在测量之前，应确认阴极保护正常运行，管道已充分极化。

b）在测量之前，检查测量主机电池电量。

c）在所有电流能流入测量区间的阴极保护直流电源处安装电流同步断续器，并设置在合理的周期性通/断循环状态下同步运行，同步误差小于0.1s。设置原则是：断电时间应尽可能的短，以避免管道明显的去极化，但又应有足够长的时间保证能在消除冲击电压影响后测量采集数据。根据具体所用的阴极保护电源设备和测量仪器的不同，典型的循环时间设置宜为：通电800ms，断电200ms或通电4s，断电1s或通电12s，断电3s。

d）将线轴（长测量导线）一端与 C I P S /DCVG测量主机（或数字式万用表）连接，另一端与测试桩连接，将一根探杖（硫酸铜电极）与CIPS/DCVG测量主机（或数字式万用表）连接。

e）打开CIPS/DCVG测量主机，设置为CIPS测量模式，设置与同步断续器保持同步运行的相同的通/断循环时间和断电时间，并设置合理的断电电位测量延迟时间，典型的延迟时间设置宜为（50～100） ms。

f）测量时，利用探管仪对管道定位，保证硫酸铜电极放置在管道的正上方。

g）从测试桩开始，沿管线管顶地表以密间隔（一般是1m～3m）逐次移动探杖（硫酸铜电极），每移动探杖一次就采集并记录存储一组通电电位（Von）和一组断电电位（Voff），直至到达前方一个测试桩。按此完成全线管地电位沿管道变化的测量。

h）同时应使用米尺线轴、 GPS坐标测量或其它方法，测量硫酸铜电极安放处沿管线的距离，应对沿线的永久性标志、参照物及它们的位置等信息进行记录，并应对管道通电电位（V on）和断电电位（V off）异常位置处作好标志与记录。

i）某段密间隔测量完成后，若当天不再测量，应通知阴极保护站恢复为连续供电状态。

4.1.2 数据处理

数据处理主要包括：

a）将现场测量数据下载到计算机中，进行数据处理分析。

b）对每处两组数据中的几个数据，分别取其算术平均值，代表该测量点的通电电位（Von）和断电电位（Voff）。

c）以距离为横坐标、电位为纵坐标绘出测量段的电位分布曲线图，图中一条为通电电位曲线，另一条为断电电位曲线，在直流干扰和平衡电流影响可忽略不计地方，断电电位曲线代表阴极保护保护电位分布曲线。

4.1.3 实例

以新疆某油田埋地钢质管道为例，该油田长输管道经过土壤环境有沙漠、戈壁、盐碱滩、农田等，土壤环境差别很大，土壤电阻率变化非常剧烈，这导致采用常规地表参比法进行阴极保护管地电位测试中含有很大的IR降，无法通过地表电位来评价管道是否处于阴极保护系统有效保护， 2010年采用密间隔电位法（CIPS）对1600km管道进行阴极保护有效性检测发现有256km未达到-850mv，有224km超过-1200mv，而日常采用地表参比法测试仅发现32km未达到-850mv，两者相差很大，两种方法对比见图2，说明地表参比法存在较大IR降从而影响判断的准确性。

4.2 手动中断法

在恒电位仪阳极或阴极串入卫星同步中断器，设置通断周期，在测试桩处通过使用万用表与便携式参比电极进行测试，具体连接见图3。通常采用“通12s，断3s”的通断周期，在一个通断周期15s内，读取两个参数即通电电位和断电电位，在通12s内万用表读数基本稳定在一个数值即得到通电电位，在断3s内发生断电瞬间万用表显示第一个数值即断电电位。通过分析断电电位是否达到-850mv标准，评价管道是否处于阴极保护系统有效保护。

4.2.1 实例

以新疆某油田一条输气管道为例，在使用手动中断法进行断电电位测试时，发现从205#桩至末站之间管道通电电位负于-850mv，而断电电位远未达到-850mv，图4为205#至233#桩电位变化，说明这段管道未处于阴极保护系统有效保护。

经过对该段进行PCM电流测试，发现7#阀室存在较大电流损失，图5为PCM测试示意图。在阀室西侧测试电流值为800mA，而在阀室东侧测试电流值仅为25mA，损失率达到96.9%，同时在阀室东侧墙边两处接地测到电流分别为600mA、200mA，说明管道与阀室接地相连，管道内绝大部分电流流向阀室接地。为了进一步确认管道是否与阀室接地相连，通过万用表与管道、接地相连，利用万用表通断功能，进一步确认发现管道与阀室接地相连。

在阀室内查找接地点，发现上游旁通上法兰被水泥包裹，并且此处未做防腐，确定此处有接地。将此处重新防腐，全线电位上升200mv，但仍未达到标准。继续用PCM+A字架在7#阀室查找接地点，发现气液联动阀接线箱内电缆有很强电流信号，同时此处有较大破损点达到80db（发射机接地点为90db），由此可以判断此处与阀室接地相连。将气液联动阀接线箱内接地断开，管道全线电位迅速上升，达到标准要求，图6为英轮线205#至233#桩电位恢复。