试片法测量管道的断电电位

摘 要

介绍用试片法测量管道断电电位的原理以及测量方法,探讨确定管道自然电位的方法,提出测量中需要注意的问题。

 摘 要:介绍用试片法测量管道断电电位的原理以及测量方法,探讨确定管道自然电位的方法,提出测量中需要注意的问题。

关键词:阴极保护;  试片;  通电电位; 断电电位;  自然电位

Measurement of Pipeline Off-potential by Test Block Method

AbstractThe principle and measurement methods of test block method to measure pipeline off-potential are introducedThe method to determine the pipeline natural potential is discussedThe problems needing attention in the measurement are put forward

Keywordscathodic protectionj test blockon-potentialoff-potentialnatural potential

 

1 概述

判断管道阴极保护是否充分或是否过保护,依据的是管道的断电电位。然而,在某些情况下,作用在管道上的所有电流源没有办法同步中断,如采用牺牲阳极阴极保护的管道。即便是阴极保护系统可以同步中断,如用GPS同步的外加电流电源的同步中断,由于管道不同位置的极化程度不同,电源中断后,管道各部位之间的电流仍无法消除,这也会给断电电位测量带来误差,研究发现该误差为1030mV。用地紧张造成多条管道、高压输电线路、电力机车系统经常共用一个管廊,各种电气化设施以及各条管道的阴极保护系统电源都会成为干扰源,而同步中断这些干扰源更不可能,这就给管道断电电位的测量带来了困难。为克服这些环境因素给电位测量带来的困难,传统的试片法又重新得到人们的关注,用试片法进行管道断电电位的测量也得到了进一步的研究。

2 试片法测量原理

管道的腐蚀会发生在防腐层缺陷点处,如果防腐层是完整的,管道就不会腐蚀。我们真正关注的是管道防腐层缺陷点处的保护水平。为了测量防腐层缺陷点处的保护电位,我们用试片来模拟管道防腐层缺陷点。该试片平时通过测试桩与管道连接,得到同样的阴极保护。测量时,将试片与管道的连接瞬时断开,这样就可以测得试片的断电电位而不需要对管道上的所有电源进行中断。试片的电位就是同一水平位置的管道防腐层与试片面积相等的缺陷点处的保护电位。该方法同时消除了杂散电流等各种干扰因素的影响,也可得到较为准确的保护电位。试片法测量原理见图1

试片法测量管道的断电电位

 

3 测量方法

试片法断电电位测量有两种方法,一种是将参比电极与试片组装在一起组成极化探头进行测量,称为极化探头法[1](极化探头结构见图2);另一种是将试片固定在参比管上,利用便携式参比电极进行测量,称为参比管试片法(见图3)。当使用极化探头法时,参比电极中的电解液会逐渐渗漏直至参比电极失效,同时,渗漏出来的电解液会改变试片所处环境,当硫酸铜电解液与试片接触时,会发生置换反应,试片表面被铜覆盖,改变了其极化特性,参比电极电位漂移时也不易察觉。采用参比管,由于参比管的屏蔽作用,利用便携式参比电极在地表就可以进行测量,避免漏液带来的问题。

试片法测量管道的断电电位

 

试片面积的选择。试片面积根据管道的防腐层类型、施工质量、管道所处环境及运行年限确定,试片面积一般为6.550.0cm2。如果试片面积太小,它与土壤的接触电阻和管道涂层缺陷处与土壤的接触电阻差异过大,腐蚀特性也会不同。如果试片电位测量结果说明该点保护满足规范要求,只代表管道上面积小于试片面积的涂层缺陷点满足保护要求,不能说明面积大于试片面积的涂层缺陷点的保护是否充分。因此要选择面积大于涂层缺陷点面积的试片,才能保证测量的准确性。

试片的埋深及回填状态与管道相同。在测量之前,应确认阴极保护运行正常,试片与管道已连通,试片与管道充分极化。测量中,将直流数字电压表的正极接试片,负极接硫酸铜参比电极。测量并记录试片的通电电位。

将试片与管道断开,立即测量并记录试片的断电电位。所测得的断电电位代表埋设点附近与试片同等面积防腐层缺陷点处的极化电位。所测量的试片断电电位和把参比电极放置到管道正上方测量得到的断电电位不同,因为当参比电极位于管道正上方时,测得的断电电位是附近所有防腐层缺陷点断电电位的综合值。

试片的通电电位值与参比电极位于防腐层缺陷点正上方时测得的通电电位值接近。由于试片与管道在电位读数中所占的比例难以分析,因此,试片通电电位不宜作为评判管地电位的依据。

试片要选用与管道类似的钢材,钢材的含碳量或强度对其腐蚀特性影响不大。因此,试片材质不必和管材完全一样。

4 自然电位的确定

如果试片的断电电位满足阴极保护指标,说明管道保护充分;如果试片断电电位比一0.85V正,要判断管道是不是满足100mV阴极极化值。此时,可以用试片的断电电位减去管道的自然电位获得阴极极化值。如果不知道管道的自然电位,可以利用试片的自然电位,试片的自然电位受试片表面光亮程度影响,应将其埋设并自然锈蚀一段时间(112个月)后,再测量其自然电位。

通电试片的去极化电位和自腐蚀试片的自然电位会有差别,通电试片的去极化电位可能会正于自腐蚀试片的自然电位,因为阴极保护改变了通电试片的环境。对于同样的试片,在土壤腐蚀性强的环境中,试片的自然电位较负(可以达到-0.80V,本文中所有的电位值均是相对于铜/饱和硫酸铜参比电极),在土壤腐蚀性弱的环境中,试片的自然电位较正(干沙中可以达到-0.30V)。可以以此来判断土壤的腐蚀性。

某燃气公司对输气管道进行了阴极保护有效性检测,该管道建设于1997年,在2006年追加了阴极保护,当时测得的管道自然电位是-0.55V2011年进行外检测。由于牺牲阳极直接与管道相连,因此无法获知管道目前的自然电位。管道的通电电位为-0.91V。通过埋设试片,测量到试片的自然电位为-0.69V,试片极化电位为-0.72V,由于试片的断电电位没有达到-0.85V,因此决定用100mV阴极极化指标来判断管道的保护状况。用试片的断电电位减去其自身的自然电位,其值为30mV,显然不满足100mV指标。而如果用试片的断电电位减去管道追加阴极保护时的自然电位,则值为170mV,满足100mV阴极极化要求。实际开挖发现,管道涂层缺陷点处并无腐蚀。因此认为,可以用试片的断电电位减去管道追加阴极保护时的自然电位进行阴极保护有效性判断。

5 测量中注意的问题

当需要测量两个测试桩之的管道极化电位时,需要将试片移到两测试桩的中间位置,受导线电阻影响,进入试片的电流密度会减小,试片的极化电位也会减小。同时,如果万用表的内阻不足够大,通电电位值也减小。因此,尽量避免将试片移开测试桩位置。当管道有开挖补漏时,可以直接在涂层漏点处连接测试片。

一般情况下,可以用测试桩之间某点的通电电位减去测试桩位置的通、断电电位之差(IR),来计算该点的管道极化电位[2]

采用参比管试片法进行测量时,参比管内要填充密实的土壤,将参比电极位于参比管上部,并与参比管内的土壤紧密接触,读取试片的通、断电电位。如果数值相差不大,说明参比电极号试片之间的IR降不大;如果数值相差较大,应取试片断电电位作为管道的保护电位。在存在动态杂散电流干扰的管道附近,如果试片的自然电位是稳定的,说明杂散电流不会形成电位梯度,对试片的断电电位测量没有影响。受动态杂散电流的影响,试片的通电电位有时会比断电电位更正。

 

参考文献:

[1]杨义军,李文玉,王芷芳,等.极化探头在埋地钢质管道阴极保护的应用[J].煤气与热力,201030(4)A24-A27

[2]颜达峰,刘乃勇,袁鹏斌,等.消除IR降的阴极保护电位测量方法及实际应用[J].煤气与热力,201333(8)B01-B03

 

 

 

 

本文作者:刘军

作者单位:中石化天然气分公司计量研究中心