摘　要：介紹用試片法測(cè)量管道斷電電位的原理以及測(cè)量方法，探討確定管道自然電位的方法，提出測(cè)量中需要注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：陰極保護(hù)；  試片；  通電電位；　斷電電位；  自然電位

Measurement of Pipeline Off-potential by Test Block Method

Abstract：The principle and measurement methods of test block method to measure pipeline off-potential are introduced．The method to determine the pipeline natural potential is discussed．The problems needing attention in the measurement are put forward．

Keywords：cathodic protectionj test block；on-potential；off-potential；natural potential

1　概述

判斷管道陰極保護(hù)是否充分或是否過(guò)保護(hù)，依據(jù)的是管道的斷電電位。然而，在某些情況下，作用在管道上的所有電流源沒(méi)有辦法同步中斷，如采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的管道。即便是陰極保護(hù)系統(tǒng)可以同步中斷，如用GPS同步的外加電流電源的同步中斷，由于管道不同位置的極化程度不同，電源中斷后，管道各部位之間的電流仍無(wú)法消除，這也會(huì)給斷電電位測(cè)量帶來(lái)誤差，研究發(fā)現(xiàn)該誤差為10～30mV。用地緊張?jiān)斐啥鄺l管道、高壓輸電線路、電力機(jī)車系統(tǒng)經(jīng)常共用一個(gè)管廊，各種電氣化設(shè)施以及各條管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)電源都會(huì)成為干擾源，而同步中斷這些干擾源更不可能，這就給管道斷電電位的測(cè)量帶來(lái)了困難。為克服這些環(huán)境因素給電位測(cè)量帶來(lái)的困難，傳統(tǒng)的試片法又重新得到人們的關(guān)注，用試片法進(jìn)行管道斷電電位的測(cè)量也得到了進(jìn)一步的研究。

2　試片法測(cè)量原理

管道的腐蝕會(huì)發(fā)生在防腐層缺陷點(diǎn)處，如果防腐層是完整的，管道就不會(huì)腐蝕。我們真正關(guān)注的是管道防腐層缺陷點(diǎn)處的保護(hù)水平。為了測(cè)量防腐層缺陷點(diǎn)處的保護(hù)電位，我們用試片來(lái)模擬管道防腐層缺陷點(diǎn)。該試片平時(shí)通過(guò)測(cè)試樁與管道連接，得到同樣的陰極保護(hù)。測(cè)量時(shí)，將試片與管道的連接瞬時(shí)斷開(kāi)，這樣就可以測(cè)得試片的斷電電位而不需要對(duì)管道上的所有電源進(jìn)行中斷。試片的電位就是同一水平位置的管道防腐層與試片面積相等的缺陷點(diǎn)處的保護(hù)電位。該方法同時(shí)消除了雜散電流等各種干擾因素的影響，也可得到較為準(zhǔn)確的保護(hù)電位。試片法測(cè)量原理見(jiàn)圖1。

3　測(cè)量方法

①試片法斷電電位測(cè)量有兩種方法，一種是將參比電極與試片組裝在一起組成極化探頭進(jìn)行測(cè)量，稱為極化探頭法[1](極化探頭結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2)；另一種是將試片固定在參比管上，利用便攜式參比電極進(jìn)行測(cè)量，稱為參比管試片法(見(jiàn)圖3)。當(dāng)使用極化探頭法時(shí)，參比電極中的電解液會(huì)逐漸滲漏直至參比電極失效，同時(shí)，滲漏出來(lái)的電解液會(huì)改變?cè)嚻幁h(huán)境，當(dāng)硫酸銅電解液與試片接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)，試片表面被銅覆蓋，改變了其極化特性，參比電極電位漂移時(shí)也不易察覺(jué)。采用參比管，由于參比管的屏蔽作用，利用便攜式參比電極在地表就可以進(jìn)行測(cè)量，避免漏液帶來(lái)的問(wèn)題。

②試片面積的選擇。試片面積根據(jù)管道的防腐層類型、施工質(zhì)量、管道所處環(huán)境及運(yùn)行年限確定，試片面積一般為6.5～50.0cm2。如果試片面積太小，它與土壤的接觸電阻和管道涂層缺陷處與土壤的接觸電阻差異過(guò)大，腐蝕特性也會(huì)不同。如果試片電位測(cè)量結(jié)果說(shuō)明該點(diǎn)保護(hù)滿足規(guī)范要求，只代表管道上面積小于試片面積的涂層缺陷點(diǎn)滿足保護(hù)要求，不能說(shuō)明面積大于試片面積的涂層缺陷點(diǎn)的保護(hù)是否充分。因此要選擇面積大于涂層缺陷點(diǎn)面積的試片，才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

③試片的埋深及回填狀態(tài)與管道相同。在測(cè)量之前，應(yīng)確認(rèn)陰極保護(hù)運(yùn)行正常，試片與管道已連通，試片與管道充分極化。測(cè)量中，將直流數(shù)字電壓表的正極接試片，負(fù)極接硫酸銅參比電極。測(cè)量并記錄試片的通電電位。

④將試片與管道斷開(kāi)，立即測(cè)量并記錄試片的斷電電位。所測(cè)得的斷電電位代表埋設(shè)點(diǎn)附近與試片同等面積防腐層缺陷點(diǎn)處的極化電位。所測(cè)量的試片斷電電位和把參比電極放置到管道正上方測(cè)量得到的斷電電位不同，因?yàn)楫?dāng)參比電極位于管道正上方時(shí)，測(cè)得的斷電電位是附近所有防腐層缺陷點(diǎn)斷電電位的綜合值。

⑤試片的通電電位值與參比電極位于防腐層缺陷點(diǎn)正上方時(shí)測(cè)得的通電電位值接近。由于試片與管道在電位讀數(shù)中所占的比例難以分析，因此，試片通電電位不宜作為評(píng)判管地電位的依據(jù)。

⑥試片要選用與管道類似的鋼材，鋼材的含碳量或強(qiáng)度對(duì)其腐蝕特性影響不大。因此，試片材質(zhì)不必和管材完全一樣。

4　自然電位的確定

如果試片的斷電電位滿足陰極保護(hù)指標(biāo)，說(shuō)明管道保護(hù)充分；如果試片斷電電位比一0.85V正，要判斷管道是不是滿足100mV陰極極化值。此時(shí)，可以用試片的斷電電位減去管道的自然電位獲得陰極極化值。如果不知道管道的自然電位，可以利用試片的自然電位，試片的自然電位受試片表面光亮程度影響，應(yīng)將其埋設(shè)并自然銹蝕一段時(shí)間(1～12個(gè)月)后，再測(cè)量其自然電位。

通電試片的去極化電位和自腐蝕試片的自然電位會(huì)有差別，通電試片的去極化電位可能會(huì)正于自腐蝕試片的自然電位，因?yàn)殛帢O保護(hù)改變了通電試片的環(huán)境。對(duì)于同樣的試片，在土壤腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中，試片的自然電位較負(fù)(可以達(dá)到-0.80V，本文中所有的電位值均是相對(duì)于銅／飽和硫酸銅參比電極)，在土壤腐蝕性弱的環(huán)境中，試片的自然電位較正(干沙中可以達(dá)到-0.30V)?？梢砸源藖?lái)判斷土壤的腐蝕性。

某燃?xì)夤緦?duì)輸氣管道進(jìn)行了陰極保護(hù)有效性檢測(cè)，該管道建設(shè)于1997年，在2006年追加了陰極保護(hù)，當(dāng)時(shí)測(cè)得的管道自然電位是-0.55V。2011年進(jìn)行外檢測(cè)。由于犧牲陽(yáng)極直接與管道相連，因此無(wú)法獲知管道目前的自然電位。管道的通電電位為-0.91V。通過(guò)埋設(shè)試片，測(cè)量到試片的自然電位為-0.69V，試片極化電位為-0.72V，由于試片的斷電電位沒(méi)有達(dá)到-0.85V，因此決定用100mV陰極極化指標(biāo)來(lái)判斷管道的保護(hù)狀況。用試片的斷電電位減去其自身的自然電位，其值為30mV，顯然不滿足100mV指標(biāo)。而如果用試片的斷電電位減去管道追加陰極保護(hù)時(shí)的自然電位，則值為170mV，滿足100mV陰極極化要求。實(shí)際開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)，管道涂層缺陷點(diǎn)處并無(wú)腐蝕。因此認(rèn)為，可以用試片的斷電電位減去管道追加陰極保護(hù)時(shí)的自然電位進(jìn)行陰極保護(hù)有效性判斷。

5　測(cè)量中注意的問(wèn)題

①當(dāng)需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)試樁之間的管道極化電位時(shí)，需要將試片移到兩測(cè)試樁的中間位置，受導(dǎo)線電阻影響，進(jìn)入試片的電流密度會(huì)減小，試片的極化電位也會(huì)減小。同時(shí)，如果萬(wàn)用表的內(nèi)阻不足夠大，通電電位值也減小。因此，盡量避免將試片移開(kāi)測(cè)試樁位置。當(dāng)管道有開(kāi)挖補(bǔ)漏時(shí)，可以直接在涂層漏點(diǎn)處連接測(cè)試片。

②一般情況下，可以用測(cè)試樁之間某點(diǎn)的通電電位減去測(cè)試樁位置的通、斷電電位之差(IR降)，來(lái)計(jì)算該點(diǎn)的管道極化電位[2]。

③采用參比管試片法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，參比管內(nèi)要填充密實(shí)的土壤，將參比電極位于參比管上部，并與參比管內(nèi)的土壤緊密接觸，讀取試片的通、斷電電位。如果數(shù)值相差不大，說(shuō)明參比電極號(hào)試片之間的IR降不大；如果數(shù)值相差較大，應(yīng)取試片斷電電位作為管道的保護(hù)電位。在存在動(dòng)態(tài)雜散電流干擾的管道附近，如果試片的自然電位是穩(wěn)定的，說(shuō)明雜散電流不會(huì)形成電位梯度，對(duì)試片的斷電電位測(cè)量沒(méi)有影響。受動(dòng)態(tài)雜散電流的影響，試片的通電電位有時(shí)會(huì)比斷電電位更正。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊義軍，李文玉，王芷芳，等．極化探頭在埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)的應(yīng)用[J]．煤氣與熱力，2010，30(4)：A24-A27．

[2]顏達(dá)峰，劉乃勇，袁鵬斌，等．消除IR降的陰極保護(hù)電位測(cè)量方法及實(shí)際應(yīng)用[J]．煤氣與熱力，2013，33(8)：B01-B03．

本文作者：劉軍

作者單位：中石化天然氣分公司計(jì)量研究中心