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

關(guān)鍵詞：陰極保護；  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

判斷管道陰極保護是否充分或是否過保護，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有辦法同步中斷，如采用犧牲陽極陰極保護的管道。即便是陰極保護系統(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法消除，這也會給斷電電位測量帶來誤差，研究發(fā)現(xiàn)該誤差為10～30mV。用地緊張造成多條管道、高壓輸電線路、電力機車系統(tǒng)經(jīng)常共用一個管廊，各種電氣化設(shè)施以及各條管道的陰極保護系統(tǒng)電源都會成為干擾源，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量帶來了困難。為克服這些環(huán)境因素給電位測量帶來的困難，傳統(tǒng)的試片法又重新得到人們的關(guān)注，用試片法進行管道斷電電位的測量也得到了進一步的研究。

2　試片法測量原理

管道的腐蝕會發(fā)生在防腐層缺陷點處，如果防腐層是完整的，管道就不會腐蝕。我們真正關(guān)注的是管道防腐層缺陷點處的保護水平。為了測量防腐層缺陷點處的保護電位，我們用試片來模擬管道防腐層缺陷點。該試片平時通過測試樁與管道連接，得到同樣的陰極保護。測量時，將試片與管道的連接瞬時斷開，這樣就可以測得試片的斷電電位而不需要對管道上的所有電源進行中斷。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處的保護電位。該方法同時消除了雜散電流等各種干擾因素的影響，也可得到較為準確的保護電位。試片法測量原理見圖1。

3　測量方法

①試片法斷電電位測量有兩種方法，一種是將參比電極與試片組裝在一起組成極化探頭進行測量，稱為極化探頭法[1](極化探頭結(jié)構(gòu)見圖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行測量，稱為參比管試片法(見圖3)。當使用極化探頭法時，參比電極中的電解液會逐漸滲漏直至參比電極失效，同時，滲漏出來的電解液會改變試片所處環(huán)境，當硫酸銅電解液與試片接觸時，會發(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也不易察覺。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行測量，避免漏液帶來的問題。

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大，腐蝕特性也會不同。如果試片電位測量結(jié)果說明該點保護滿足規(guī)范要求，只代表管道上面積小于試片面積的涂層缺陷點滿足保護要求，不能說明面積大于試片面積的涂層缺陷點的保護是否充分。因此要選擇面積大于涂層缺陷點面積的試片，才能保證測量的準確性。

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

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

⑤試片的通電電位值與參比電極位于防腐層缺陷點正上方時測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，鋼材的含碳量或強度對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指標，說明管道保護充分；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，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)并自然銹蝕一段時間(1～12個月)后，再測量其自然電位。

通電試片的去極化電位和自腐蝕試片的自然電位會有差別，通電試片的去極化電位可能會正于自腐蝕試片的自然電位，因為陰極保護改變了通電試片的環(huán)境。對于同樣的試片，在土壤腐蝕性強的環(huán)境中，試片的自然電位較負(可以達到-0.80V，本文中所有的電位值均是相對于銅／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(干沙中可以達到-0.30V)?？梢砸源藖砼袛嗤寥赖母g性。

某燃氣公司對輸氣管道進行了陰極保護有效性檢測，該管道建設(shè)于1997年，在2006年追加了陰極保護，當時測得的管道自然電位是-0.55V。2011年進行外檢測。由于犧牲陽極直接與管道相連，因此無法獲知管道目前的自然電位。管道的通電電位為-0.91V。通過埋設(shè)試片，測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有達到-0.85V，因此決定用100mV陰極極化指標來判斷管道的保護狀況。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。而如果用試片的斷電電位減去管道追加陰極保護時的自然電位，則值為170mV，滿足100mV陰極極化要求。實際開挖發(fā)現(xiàn)，管道涂層缺陷點處并無腐蝕。因此認為，可以用試片的斷電電位減去管道追加陰極保護時的自然電位進行陰極保護有效性判斷。

5　測量中注意的問題

①當需要測量兩個測試樁之間的管道極化電位時，需要將試片移到兩測試樁的中間位置，受導線電阻影響，進入試片的電流密度會減小，試片的極化電位也會減小。同時，如果萬用表的內(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測試樁位置。當管道有開挖補漏時，可以直接在涂層漏點處連接測試片。

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

③采用參比管試片法進行測量時，參比管內(nèi)要填充密實的土壤，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，說明參比電極號試片之間的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電位。在存在動態(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，說明雜散電流不會形成電位梯度，對試片的斷電電位測量沒有影響。受動態(tài)雜散電流的影響，試片的通電電位有時會比斷電電位更正。

參考文獻：

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

[2]顏達峰，劉乃勇，袁鵬斌，等．消除IR降的陰極保護電位測量方法及實際應(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量研究中心