1 管道内检测技术

　　管道内检测就是运用检测技术和设备确定管道内外腐蚀情况、管道裂纹以及焊接缺陷等。对管道进行内检测的目的是获得管道内表面的质量情况，以制定合理的管道运行和维护决策。常用的管道内检测技术包括漏磁通检测方法(MFL)和超声波检测方法。

　　1.1 漏磁通检测方法(MFL)

　　漏磁通检测技术在所有管道内检测技术中发展的技术最长，该法可以检测管道因腐蚀产生的体积性缺陷。MFL方法的优点主要包括对检测环境的要求低，适用范围广，既可以对输油管道进行检测也可以对输气管道检测，对管道涂层腐蚀情况也能进行间接评定。漏磁通量属于相对低噪音的过程，所以即使不对采得的数据放大，异常信号相对于其它数据也是显得非常明显，应用起来比较简单。值得注意的是使用漏磁通检测技术时，需管壁产生饱和的磁场，因此管壁的厚度决定着测试精度，精度随着管壁厚度的增大而降低。漏磁通检测适用于小于12 mm的管壁厚度的检测。

　　如果采用直流指针式电压表测量管地电位的时候，应该将电压表的负接线柱与管道连接在一起，正接线柱与硫酸铜电极连接，在指针没有发生反转的情况下，所记录的数据都应该加上负号。

　　自然电位：管道在施加阴极保护之前，测量的管道电位为腐蚀电位(自然电位)。测量被保护管道之前，应该首先确认管道是在没有施加任何阴极保护措施的状态中，如果要测量的管道已经实施过一定量的阴极保护措施的就应该选择在完全断电24小时以后的情况中进行。接下来应该根据阴极保护设计进行测量接线，将电压表接地极连接在参比电极上，将电压表的正极与被保护管道连接。数字电压表读数为负值。最后将电压表调制2V的量程上读取数据，做好管地电位值及极性记录，注明该电位值的名称、参比电极。

　　通电电位，这种方法比较适合在被保护管道正在施加阴极保护电流的时候，用于管道对其环境电解质如土壤等电位的测量。通过这种方法测量得到的电位数据包括管道极化电位数值和回路中其他所有电压降的和。

　　在测量通电电位之前，首先应该做的是确认整个阴极保护系统运行正常，管道已经充分极化。接下来开始正式的测量工作，将硫酸铜电极放置在管道上方地表的潮湿土壤上，应该保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。

　　最有效排除IR降的方法是采用极化探头测试，极化探头是一种长效、高稳定、消除IR降的埋地钢质管道阴极保护电位测量探头，主要适用于埋地及水下钢质管道腐蚀控制工程阴极保护电位的检测与监测，并能同时测量自腐蚀电位。具有长效性、高稳定性特点，并能通过探头的特殊结构，消除土壤中90%左右的IR降。

　　极化探头具有三根接线(1号线为红色是参比电极，2号线为绿色是连接到极化试片，3号线为黄色是连接到自腐蚀试片)。

　　在测量管地电位时，首先把探头插入被测体附近的土壤中，如果土壤干燥，应在探头周围的土壤中浇入纯净水湿润。在用2号绿色接线进行与管道的极化，当极化完全后，再将1 号参比电极线接到万用表的地线，把万用表的正极接到2号线同时接到被测体，待电位值稳定后，读取被测量体阴极保护电位值。将2号线换为3号线接到万用表的正极，同时不要与被测量体相连接，待电位稳定后，即测量到自腐蚀电位。

　　如果要对管道进行长期监测时，就要把电位测量探头作为监测电极长期埋入地下，首先把探头装入牺牲阳极用在填料包内再埋入土壤中，并在探头周围的土壤中浇入纯净水湿润;再把1 号红色接线接到万用表的地线，2号接线接万用表的正极，同时与被测体固定连接，待电位稳定后，读取测量阴极保护电位值。将2号接线换3号接线接到万用表的正极，同时不要与被测量体连接，待电位稳定后，即测量到自腐蚀电位。

　　自然界中，大多数金属是以化合状态存在的。通过炼制，被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态。然而，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。

　　金属腐蚀广泛的存在于我们的生活中, 国外统计表明，每年由于腐蚀而报废的金属材料, 约相当于金属产量的20～40%,全世界每年因腐蚀而损耗的金属达1 亿吨以上,金属腐蚀直接和间接地造成巨大的经济损失, 据有关国家统计每年由于腐蚀而造成的经济损失,美国为国民经济总产值的4.2%; 英国为国民经济总产值的3.5%;日本为国民经济总值1.8 %。

　　二.防腐蚀工程发展概况

　　六十年代初,我国开始研究阴极保护方法,六十年代末期在船舶,闸门等钢铁构筑物上得到应用。我国埋地油气管道的阴极保护始于1958 年,六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用,目前,全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统，收到明显的效果。

　　在阴极保护站投入运行，或牺牲阳极保护投产一段时间后，出现了在规定的通电点电位下，输出电流增大，管道保护距离却缩短的现象，或者在牺牲阳极系统中，牺牲阳极组的输出电流量增大，其值已超过管道的保护电流需要，但保护电位仍达不到规定指标的现象。发生上述情况的原因，主要是被保护金属管道与未被保护的金属结构物“短路”，这种现象称之为阴极保护管道漏电，或者叫做“接地故障”。

　　接地故障，使得被保护管道的阴极保护电流流入非保护金属体，在两管道的“短接”处形成“漏电点”，这就会造成阴极保护电流的增大;阴极保护电源的过负荷和阴极保护引起的干扰。

　　另外，阳极地床断路、阴极开路、零位接阴断路都会导致阴极保护不能投保。例如：格尔木站、甘森站，93年由于阳极电缆断路，造成阴极保护体系不能正常工作，判断阳极地床连接电缆断路时，可采用：

　　(1)测输出电流，将恒电位仪开启，在恒电位仪阳极输出端串上一电流表，如果电流为零，则说明有断路现象。

　　1)检查各电气设备电路接触的牢固性，安装的正确性，个别元件是否有机械障碍。检查接接阴极保护站的电源导线，以及接至阳极地床、通电点的导线是否完好，接头是否牢固。

　　2)检查配电盘上熔断器的保险丝是否按规定接好，当交流回路中的熔断器保险丝被烧毁时，应查明原因及时恢复供电。

　　3)观察电气仪表，在专用的表格上记录输出电压、电流、通电点电位数值，与前次记录(或值班记录)对照是否有变化，若不相同，应查找原因，采取相应措施，使管道全线达到阴极保护。

　　4)应定期检查工作接地和避雷器接地，并保证其接地电阻不大于10欧姆，在雷雨季节要注意防雷。

　　首先，对阴极保护站首站中的恒电位仪的输出电流进行设置，通过提高电压和电流的方式延长线路保护距离。同时对恒电位仪进行不断的调试，保证在管线中点处能够达到保护所需的电位，利用管道两端设置阴极保护站的方式，起到输气管道阴极保护的作用。同时还要注重前期对管道的防护，管道防腐层的破损，会给后期的维护带来较大费用损耗，同时也会影响到阴极保护系统的正常运行，因此，前期的保护措施也是必不可少的。

　　2.套管处加设牺牲阳极

　　输气管道穿越一些国道或者交汇处，一般采取套管进行穿越。套管处的腐蚀程度较为严重，因此应当提前采取应对措施，如在套管内采用三层PE防腐。对输气管道采用套管保护的区域，因为套管所起到的屏蔽作用，使得阴极保护电流对套管内的腐蚀环境不起作用，成为阴极保护的薄弱环节。因此，需要采用在套管内加入牺牲阳极的方法，促使套管内形成防腐层。当套管内进水后牺牲阳极就通过防腐层的缺陷处提供保护电流，对管道起到有效的保护作用，避免管道遭到腐蚀的破坏，延长管道的使用寿命，达到阴极保护的效果。

　　3.配气站阴极保护

　　1.管道外防腐层质量不合格。当前部分输气管道的外防腐层不能达到国家标准，所使用的材质不合格，施工工艺水平低，使得管道外防腐层存在较多的缺陷，需要对全线采取阴极保护措施。此外，在管道施工过程中，由于对管道保护措施不到位，也对防腐层产生了一定损坏，进而对管道造成腐蚀性损害。

　　2.土壤电阻率低。输气管道所经过的地形较为复杂，特别是长输管道，有很大一部分需要埋在地下或者低洼地区，由于土壤非常湿润，土壤电阻率低，同时土壤腐蚀性也比较强，对管道的腐蚀程度进一步加重。

　　3.恒电位仪设备老化。在输气管道两端设置阴极保护站，并在站内设置两台恒电位仪，使他们交替工作，对管道进行保护。但目前很多保护站的恒电位仪设备已经老化，达不到管道阴极保护的需要，外部环境对管道的腐蚀现象仍然较为严重，亟需更新恒电位仪设备。

　　综上所述，对输气管道进行阴极保护是非常必要的，是延长管道使用寿命，保障管道安全运行的基础条件。但也应当看到当前阴极保护中存在的问题，如前期施工不注意对管道的保护，造成防腐层的损坏，部分设备老化等。对输气管道的阴极保护是一项系统工程，它包含多个方面，既有管道自身的阴极保护，还需要考虑配气站的放空管绝缘处理，更需要考虑输气管道经过的不同环境，采取不同的保护措施。只有做好输气管道阴极保护工作，才能保证国家能源的安全，为经济健康发展提供保证。

　　通过对受保护的金属设施(如变电站的接地网)进行阴极极化，使之变成一个大阴极，从而防止金属腐蚀(金属只有在阳极状态下才可能腐蚀)，此即所谓的阴极保护。阴极保护可通过两种方法实现：一是牺牲阳极法;二是外加电流法。牺牲阳极法简单易行，无须维护，它是在被保护的接地网上连接电位更负、更容易腐蚀的金属或合金(如镁及镁合金阳极、锌合金阳极)，靠阳极的腐蚀溶解达到保护阴极(接地网)的目的。外加电流法是利用外加直流电源，将被保护的金属与电源负极连接，使之变成阴极而达到防止金属腐蚀的目的。两种保护方式各有优点，应用时应根据保护电流、土壤电阻率及现场的其他情况进行具体选择。实践证明，它们在接地网的保护中都得到成功的应用。

   对于表层土壤电阻率较高的区域，宜采用深井阳极对地层中的金属管线及构筑物施加阴极保护。塔里木油田地表以沙漠和戈壁荒滩为主。地表水稀少，但地下水丰富，地表土壤电阻率大于l 000 Q·m，原采用镁牺牲阳极，接地电阻极大，排流困难，实测其保护电位全部处于欠保护状态；后来采用预制式深井阳极地床，

对联合站管网实施了有效保护，提高了系统的可靠性并且易于管理。此外前郭炼油厂输水管线属巨厚砂层地质条件，施以深井阳极阴极保护后已运行多年旧。

大型水电工程的埋地及水下金属构件。如坝体钢筋基础、闸门、码头钢桩、水下管道等，在地下几十米乃至数百米深，一般的阴极保护手段很难达到，应用深井阳极地床技术，可充分对其保护，并可通过自动监控实现理想的腐蚀控制。如上海闵行黄浦江过江煤气管线采用新型深井阳极保护获得了成功。

大型电力输配系统的接地排流装置有十分严格的技术要求，必须排流量大，工作稳定，使用寿命长，跨步电压低，安全可靠。深井阳极可降低以阳极井为中心15—20 m半径区域内的地表跨步电压，提供安全可靠的地电场条件。因此，它是大型输变电系统理想的接地排流装置旧。平圩电厂采用新型高可靠性钛基贵金属氧化物阳极，安装户外数显式高效智能恒电位仪15台(规格50 V／40 A)，取得了较好的阴极保护效果。

　　防腐工程在钢材料的长输管道中属于在管道设计之初就必须加以重视的，钢材料的管道安装工程一般来说投资较大、建设工期长、使用寿命也长，在长输管道由于使用寿命长，在其长期使用过程中，常常产生防腐失效。

　　防腐失效在钢质长输管道中一旦发生，会造成管道返修、国家财产受损，另外长输管道往往跨省跨区域，由于管道泄露带来与当地群众和政府的纠纷等也时有发生，还有就是由于管道防腐失效带来管道泄露对环境造成严重污染事故等。

　　鉴于防腐工程失效所带来的严重后果，在钢质长输管道的设计及施工过程中，要充分考虑和重视防腐工程，由于常熟管道长期埋于地下或途径酸碱性等高腐蚀工业环境或暴露在空气中等恶劣的工作环境中，要针对这些情况制定切实可行的防腐措施以及施工和验收标准，尽量将防腐失效发生的可能性降到最低。

　　防腐工程在石油天然气长输管道上的具体防腐措施包括：采用涂层和阴极保护等多种手段综合防腐，钢质管道外壁采用三层PE防腐，管道内防腐采用无溶剂环氧涂层内减阻涂层，管道的补口处采用幅射交联乙烯热收缩带的防腐工艺。

　　( l )环境介质必须是导电的。因为这些介质将构成阴极保护系统的一部分，这样保护电流才能通过导电介质流动，形成一个完整的电回路。在土壤、海水、酸碱盐溶液等介质中都可实施阴极保护，但在气体介质中则不行。气液界面、干湿交替部位的保护效果也不好。在强酸浓溶液中，因保护电流消耗太大，一般也不宜使用阴极保护方法。

　　( 2 )金属材料在所处介质中应易于阴极极化，否则因消耗的电流大而不适宜采用阴极保护方法。在介质中处于钝态的金属，不应采用阴极保护。

　　( 3 )被保护金属结构的几何形状不要过于复杂，否则保护电流分布不均，会出现局部保护不足或过保护的现象。

　　目前阴极保护方法主要用于下列介质中：

当钢结构采用碳素钢或低合金钢时，保护电位应符合如下要求：相对Cu/cuS0。参比电极电位范围为-850~-1100V。通过测定钢结构的保护电位，记录其数值，就可以了解保护系统的现状，判断钢结构是否处于正常保护状态，确定异常的部位并决定是否需要进行水下详细检查。如发现保护电位达不到设计要求，应及时查明原因并采取有效的补救措施，确保系统正常运行。主要检查项目必须全部符合规范的规定;一般检查项目基本符合本规范的规定;允许偏差项目的测试数据有70%及其以上在允许偏差范围内，其余数据虽然超出允许偏差范围，但不影响正常使用。

钢结构防腐蚀工程的材料、仪器、设备和施工质量不符合本规范规定的质量要求时，必须及时处理，并按下列规定确定其质量：①返工或更换可重新确定其质量;②经修补或维修后能达到设计要求，其质量可定为符合质量要求，但其数量不应超过相关规定的上限;③经法定检测单位鉴定能达到设计要求的，其质量可定为符合质量要求;④经法定检测单位鉴定达不到设计要求，但经设计单位签认能满足使用要求，且不违反规范相关条款规定者，可定为符合质量要求。

　　无论是牺牲阳极保护系统还是外加电流保护系统都必须适应于海洋环境的变化而变化。未来海洋高科技的竞争是极地海洋和深海、公海，这是人类在地球上的最后资源地。极地海洋环境的特点是超低温，深海海底环境的特点是高压、低温、贫氧，海洋生物群落以厌氧菌类为主体。阴极保护系统设备必须适应上述海洋环境的特点，阴极保护系统要和遥控遥感技术相结合，实现保护系统的监测监控一体化、智能化。除此之外，保护系统的安装、调试、要由水下机器人来完成，这是未来海洋阴极保护的美好蓝图。

　　①直接排流法。这种方法不需要排流设备，简单，造价低，排流效果好。但当管道的对地电位(以下简称管地电位)低于行走轨对地电位(以下简称轨地电位)时，行走轨电流将流入管道内而产生逆流。因此这种排流方法只适合管地电位永远高于轨地电位、不会产生逆流的场所，而这种情况不多，限制了该方法的应用。

　　②极性排流法。由于电负荷的变动和变电所负荷分配的变化等，管地电位低于轨地电位而产生逆流的现象比较普遍。为防止逆流，使杂散电流只能由管道流入行走轨，必须在排流线路中设置单向导通的二极管整流器、逆电压继电器等装置，这种装置称为排流器，这种防止逆流的排流法称为极性排流法。极性排流法装置安装方便，应用广泛。

　　③强制排流法。就是在石油、天然气管道和行走轨的电气接线中加入直流电流，促进排流的方法。在管地电位正负极性交变，电位差小，且环境腐蚀性较强时，可以采用此方法。通过强制排流器将管道和行走轨连通，杂散电流通过强制排流器的整流环排放到行走轨上，当无杂散电流时，强制排流器给管道提供一个阴极保护电流，使管道处于阴极保护状态。强制排流法防护范围大，铁路停运时可对油气管道提供阴极保护，但对行走轨的电位分布有影响，需要外加电源。

　　④接地排流法。管道上的排流电缆并不是直接连接到行走轨上，而是连接到一个埋地辅助阳极上，将杂散电流从管道上排出至辅助阳极上，经过土壤再返回到行走轨上。接地排流法使用方便，但效果不显著，需要辅助阳极，还要定期更换辅助阳极。

　　目前，国内基本都认同这种管道的防腐措施，即在一般的覆盖层上面加上阴极保护，这种做法目前也得到了广泛使用，国内的长距离管道基本上都采取了阴极保护措施。但是也存在一些问题：只有一些大城市主要的天然气管道干线上使用了阴极保护，多数中小城市及配气管道都尚未使用阴极保护;还有一些钢质供水管道，因为相关部门对管道的保护问题不够重视，使得漏水情况十分严重;在阴极保护的干扰问题上仍旧缺乏经验，使得遇到一些意外状况时束手无策;阴极保护的检测技术发展还比较滞后，仍有大部分地区使用人工测量;在遥测方面虽然在进行大胆探索和尝试，但仍没有什么大的进步。

　　(二)国外现状

　　1、先进的观念与设计

　　由于外国人的观念比较大胆，因此，国外的设计在很多方面都比国内先进，他们认为只要在不违反法律和相关硬性标准的前提下，就可以在设计中大胆地体现出他们的想法。国外通常都会很鼓励创新大胆的设计，也很少会对国籍有所介怀，因此，他们不仅拥有最先进的设计理念，还能不惜成本地引进最顶级的设备和器材。举一个早期的例子，1976年，美国在建设阿拉斯加管道期间，为了攻克如何在永冻土中进行管道阴极保护这个技术难题，相关负责部门不仅花重金聘请了很多优秀的设计工作人员做了大量的前期研究工作，还投入不小的人力物力和财力用于技术研发，最终在研究成果的基础上进行了创新，在世界上首次采用两条锌带阳极与管道平行敷设的方案。对于一些和这个案例类似的设计问题，我们也应该积极反思，如我们是这些项目的承担者，我们是否会像美国一样采取这样的做法。

　　(1) 技术现状 阴极保护技术的应用应当严格遵守阴极保护准则，阴极保护准则是阴极保护核心的技术指标。GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》明确了阴极保护准则的评判指标。虽然已经明确了阴极保护准则以及其评判指标，并且阴极保护准则已经广泛应用于天然气管道阴极保护的建设与运行上，但仍存在以下不足之处：①动态直流干扰阴极保护。随着经济的发展，我国天然气管道越来越容易受到动态直流的干扰，这种直流干扰会导致管道的电位的波动，在一定的时间内，这种电位波动会导致管道电位偏离准则。对于这种情况，我国现行的有关天然气管道阴极保护准则并没有明确的规定允许管道电位偏移准则的程度和时间。也就是说，没有应用健全的准则去管理和指导动态直流干扰阴极保护系统地运行。在国内准则尚且不健全的基础上，我们可以借鉴其他国家的相关准则，例如澳大利亚AS 2832.2《金属的阴极保护第二部分：密集埋地结构》就给出了明确的规定[1]。②交流电干扰阴极保护。在交流电的干扰下，被保护的天然气管道会处于“加速腐蚀- 自然腐蚀- 阻碍腐蚀”的周期性状态，从而严重降低了阴极保护的作用，使得被保护的天然气管道发生明显的腐蚀现象但至今在国内都没有出台相关的阴极保护准则。因此，应该通过对交流电干扰阴极保护的研究，来建立完善的阴极保护准则。

　　(2) 管理现状 ①国内管理现状。在国内，管道的腐蚀控制一般采用覆盖层加阴极保护联合的措施，管道阴极保护技术在国内的天然气行业中得到了广泛的应用。但是，由于国内的阴极保护技术起步较晚，在国内的阴极保护技术的管理现状也存在缺陷 ：a. 油井间的管道有的未加阴极保护 ：我国幅员辽阔，天然气开采地域较广，在有的油田中，天然气管道的防腐还没有应用阴极保护 ;b. 中小型城市的天然气管道建设网大多未应用阴极保护 ：在目前国内城镇的天然气管道建设中，也只有大城市的天然气管道干线上采用了阴极保护，许多的中小城市还没有普及到 ;c. 国内的阴极保　　护检测技术还比较落后，由于实行阴极保护的时间比较晚，在国内阴极保护检测技术才刚刚起步，许多长输管道还在用人工测量单位，这种落后的阴极保护检测技术已经不符合现行的标准。②国外管理现状。由于国外阴极保护技术起步较早，其理念也要比国内更加创新。在国外的许多设计都要比国内先进，在他们的思想中，都会鼓励创新大胆的设计，其思维模式也要更加没有束缚。国外在阴极保护技术方面不仅有先进的理念，还不惜成本地引进在世界上顶级的设备和器材，这就直接体现了国内外在研究阴极保护技术上的差距。除此之外，国外的管理体制和国内的也不尽相同，在国外的天然气管道建设中，管道防腐工作并不是由管道的业主负责，而是专业性、技术性更强的管道防腐公司负责，所以在管道的防腐以及之后的维修上，国内外都有着不小的差距。

有一根与检查试片相连的绝缘测试导线引到地面上，并且在正常运行期间与管线测试导线连接，试片接受阴极保护电流，并在此测试位置代表管道。为了进行测试，此连接是可断开式的，以测量试片的极化电位。为了测量试片的断电电位，此连接断开的时间应尽量的短以避免试片过度的去极化。

当用试片代表管道时，那些来自其他电流源的电流造成的电压降将不受影响，试片较小的尺寸会减少这些电压降的影响。

特点1.确定测试位置;

2.尽可能使参比电极和电解质之间的接触点与试片靠近;

　　将阴极保护与内涂层保护结合起来使用，是比较完善的防腐方法。加牺牲阳极使钢铁成为阴极，其表面呈碱性、抑制了腐蚀，同时可使钢管内表面形成致密垢层，也起到保护作用。腐蚀挂片测试结果表明加牺牲阳极的保护度可达98% 左右。

　　从实际工作的执行效力来看，尽管我国电力系统的运作成果较为突显，为广大的电力用户输送了充足的电能资源。由于生产环境的特殊性，我国各基层的发电厂、变电所及高压交直流输电铁塔的接地装置和许多埋地、浸入水中或充满水的金属构筑物存在严重的腐蚀隐患，这是现阶段难以避免的问题，其中，危及到安全生产最为严峻的问题便是金属设备的腐蚀隐患，如果防护措施不力，则就很可能会造成接地电阻的升高，进而影响到电力系统的安全运行。从系统理论上来看，电化学腐蚀现象是一种较为常见的金属腐蚀形式，简单来说，就是金属材料与电解质溶液发生接触，进而形成腐蚀原电池，这一反应过程促使较活泼金属失去了电子而发生氧化。从变电所及发电厂的生产环境及其实际工作状况来看，设备腐蚀问题一直困扰着电力企业的安全运作，也正是如此，电力系统部门需要不断改换并应用新的产业技术来维护生产，保障变电所及发电厂设备的性能完好，并以先进的生产技术来进一步夯实电力企业生产安全管理的实际效能。

　　从我国变电所及发电厂实践工作的执行效果来看，阴极保护防腐蚀技术的应用效果极为明显，该技术不仅能够有效改善变电所及发电厂的生产效益及质量，能够在一定程度上降低企业的生产成本，避免生产装置或设备因腐蚀而报废处理，而且，最重要的是，该技术的应用保障了电力系统生产环境的安全性，避免了电力企业中一线工人受到人身伤害，安全管理始终是强化企业管理的核心。由此可见，阴极保护防腐蚀技术值得在相关产业部门进行推广实施。