摘要：西气东输二线平泰管道山东段地理环境和干燥气候条件下恒电位仪运行异常。分析了土壤电阻率变化对电流分布的影响，以及影响阴极保护系统正常运行的干扰因素，提出了处置措施，使阴极保护系统发挥有效作用，为管道阴极保护系统运行提供参考。

关键词：天然气管道；平泰管道；恒电位仪；运行分析

西气东输二线平泰管道起自河南省平顶山市鲁山压气站终至山东省泰安市泰安压气站，采用强制电流阴极保护防腐。其中山东段沿线地貌以平原为主，气候干燥，土壤中沙性比例大，造成土壤电阻率和自然电位较高，个别地段的自然电位甚至接近于保护电位。沿线各阴保站恒电位仪自投产以来经常出现输出电流过小或输出为零现象，导致恒电位仪报警或恒位转恒流，影响了阴极保护系统的正常运行。

1 阴极保护系统现状

1.1 恒电位仪运行情况

平泰管道投产初期将恒电位仪通电电位设定为﹣1.2 V，实际运行中发现土壤电阻率和自然电位较高，个别地段的自然电位甚至接近于保护电位，后期各站场根据实际情况将通电电位调高至﹣1.3 V，恒电位仪运行正常。上述情况说明在不同地理环境下，可以根据恒电位仪的实际运行情况，在允许范围内适当调整通电电位以改善其运行状况。

1.2 IR降对测量数据的影响

阴极保护系统开始工作时会有电流进入土壤并在其中流动，这种阴极保护电流的移动而引起土壤的电压降称之为IR降。由于在阴保站和沿线测得的电位都是通电电位，还需要考虑IR降对测量数据的影响。IR降为通电电位减去瞬时断电电位，或瞬时通电电位减去结构自然电位。实际工作中我们常使用瞬间断电法和试片断电法对IR降进行消除，消除IR降后的断电电位保持在准则规定的﹣0.85 V～﹣1.2 V（CSE）之间。

1.3 土壤电阻率变化对阴保电流分布的影响

当土壤电阻率均匀，管道电阻忽略不计时，与辅助阳极距离最近点电流密度最大，距阳极越远，电流密度越小。山东段沿线土壤电阻率变化较大，对管道电流分布产生较大影响。土壤电阻率较大时，导致管道电流密度较小，管道电位变正；土壤电阻率较小时，导致管道电流密度较大，管道电位变负。例如穿越河流的管段，由于河水的电阻率远远小于周围土壤电阻率，导致临近河床的管道电流密度增大，电位变负。

1.4 影响恒电位仪正常运行的干扰因素

（1）管道沿线地区夏季干旱少雨，日照蒸发强烈，导致土壤长期处于干燥状态，容易造成现场参比电极流空。现场参比开路时恒电位仪显示为无输出电压、电流，显示“保护电位”高于“控制电位”。日常应做好现场参比电极检查，桶内细沙保持湿润，夏季加密注水周期。

（2）沿线电气化铁路是对管道影响最为严重的杂散电流源之一，与已建10 kV及以上高压交/直流输电线路并行或交叉，也对管道安全运行形成严重干扰。管道与高压交/直流输电线路或通讯铁塔等设施靠近时，在雷击或输电线路发生工频故障时，接地系统会在地下形成脉冲电弧，击伤附近管道，为此应做好强电冲击与交/直流干扰防护安全设计。

2 处置措施

2.1 土壤电阻率变化对电流分布影响的处置措施

正确布置辅助阳极是改善电流均匀分布的有效措施。平泰管道采用高硅铸铁辅助阳极。安装辅助阳极时应避免与坚硬材料相碰，按设计要求和埋设深度水平或垂直埋设，周围放置一定数量填料。将辅助阳极电缆引入阴极保护设备间，用细土回填阳极地床。

2.2 交流干扰因素处置措施

（1）与交流电气化铁路并行管段，如果二者间距在400 m范围内，应从并行段的起点开始，每2000 m设置一处排流防护点；在与直供式电气化铁路交叉地段，应至少在交叉段的其中一侧设置一处排流防护点。平泰管道与山西中南部铁路交叉，交叉点采用箱涵穿越方式。为确保管道阴极保护效果，箱涵穿越段管道在施加强制电流阴极保护情况下，又增加了牺牲阳极保护（同时兼做排流防护）。牺牲阳极采用镁阳极，其测试电位为﹣1.595 V（CSE），表明运行正常未完全消耗。管道与镁阳极连接同时施加强制电流阴极保护情况下，测试的管道通电电位为﹣1.332 V（CSE），在断开牺牲阳极时管道通电电位为﹣1.210 V（CSE）。经测算，此处土壤电阻率为25.12 Ω·m，管道交流干扰电压为2.265 V（CSE），计算得出交流电流密度为20.36 A/m²，交流干扰程度弱，可不采取交流干扰防护措施。但随着电气化铁路车流量增多，杂散电流会逐渐增加，存在发生点蚀穿孔或诱发应力腐蚀开裂风险，需对管道穿越段进行专项交流干扰评价，根据评价结果采取有效的排流防护措施。

（2）管道与输电线路铁塔、高压线或通讯铁塔以及铁塔的接地系统之间的距离小于10 m，可沿管道平行敷设一根或多根浅埋接地线（如锌带等）作屏蔽体，屏蔽线宜通过固态去耦合器与受影响的管道连接且连接点不少于两处，减轻在电力故障或雷电情况下，强电冲击对管道防腐层或金属本体的影响。

与高压交流输电线路并行敷设的管道，与110 kV及以上输电线最外侧边导线间距小于300 m且累计长度超过2 km的管段，应进行交流感应电压排流防护。平泰管道与220 kV上都高压输电线路并行且交叉，与最外侧边导线间距小于300 m范围内管道长度约2.3 km，故共设置3处排流点，排流防护采用固态去耦合器和裸铜线，裸铜线沿管道两侧敷设。排流防护结果如表 1所示。

表 1 平泰管道与220 kV高压输电线路并行交叉段排流防护结果

从表 1看出，采取交流干扰防护措施后，3处排流点交流电流密度均小于30 A/m²，交流干扰程度为弱，说明固态去耦合器发挥了有效排流作用。

2.3 区域阴保和线路阴保相互干扰处置措施

平泰管道站场区域阴保系统采用4路恒电位仪3用1备。正常情况下与站外线路阴保系统之间通过绝缘接头隔离，各自独立。如果绝缘接头失效会造成两个阴保系统相互干扰，通常会将线路阴保的部分电流引入站内造成线路阴保的削弱，另外在开展站外管道检测时也带来更多的操作困难。因此，要定期测试绝缘接头保证其绝缘性能良好，同时定期检测绝缘接头处的避雷装置以有效发挥保护作用。此外，站场1101#阀门与线路阴保系统相连，要定期检查1101#阀门执行机构与电缆钢套管之间绝缘垫片的绝缘性能，确保线路阴保系统不发生漏电。

2.4 拆除建设期预留牺牲阳极

平泰管道在建设期采用裸锌带牺牲阳极作为临时阴极保护，牺牲阳极通过测试桩与管道相连。管道全线投产采用强制电流阴极保护后，需逐个排查测试桩，彻底拆除牺牲阳极与管道的连接，以免影响线路阴保系统检测准确性，杜绝不必要的阴保电流流失。

3 结束语

管道外防腐层与阴极保护联合使用是最经济、最合理的防腐措施。影响管道阴极保护系统的原因较多，管道企业应从实际出发做好阴保系统相关数据的采集，分析各影响因素干扰情况，综合评判阴保系统失效风险，采取针对性治理措施。如何让管道阴极保护系统发挥更有效的作用，还有待今后在实践中进一步探讨。