埋地管道阴极保护电位测量方法研究进展
（）中国石油大学（华东）油气储运工程系，青岛２６６５５５
摘 要：对目前常用的埋地管道阴极保护电位测量方法和适用场合进行了对比分析。在此基础上，详细介绍了密间）隔电位测量（方法和极化探头法及其应用，总结了几种专门用于消除Ｉ提出了特ＣＩＰＳＲ降的电位测量技术。最后，殊环境和特殊位置处的管段阴极保护电位测量中需注意的问题。
）；关键词：埋地管道；阴极保护电位测量；密间隔电位测量（极化探头法；特殊管段；试片断电法ＣＩＰＳＩＲ降；）中图分类号：ＴＧ１７４．４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５７４８Ｘ（２０１２０１００５５０５－－－
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｒｅｓｓｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＣａｔｈｏｄｉｃＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＰｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＢｕｒｉｅｄＰｉｅｌｉｎｅｓ ｇｐ
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：ＳＡｂｓｔｒａｃｔｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｔｅｎｔｉａｌｉｅｌｉｎｅｓｅｖｅｒａｌｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃａｔｈｏｄｉｃｏｆｂｕｒｉｅｄａｒｅ ｐｐｐｐ
ａｎｄｃｏｍａｒｅｄ．ＴｈｅｃｌｏｓｅｉｎｔｅｒｖａｌｓｕｒｖｅＣＩＰＳ）ｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｒｅｏｔｅｎｔｉａｌｏｌａｒｉｚｅｄｒｏｂｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｐｙ（ｐｐｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｓｅｖｅｒａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｕｅｓｗｈｉｃｈａｒｅｄｅｓｉｎｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅＩＲｄｒｏａｒｅ ｐｑｇｐ ｒｏｂｌｅｍｓｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｔｅｎｔｉａｌｉｅｌｉｎｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｓｏｍｅｎｏｔｉｃｅａｂｌｅａｂｏｕｔｃａｔｈｏｄｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｅｃｉａｌｓｅｃｔｉｏｎ ｐｐｐｐｐｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ａｒｅ ｐ
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０ 引言
管道运输己经成为国民经济的命脉。阴极保护作为埋地管道的主要防护措施，在管道保护方面起它与管道防蚀腐层构成了管道的双着重要的作用，
１］
层保护体系。国家标准［规定：埋地管道阴极保护
护电位的测量工作与国外相比仍有较大差距。
１ 常规的埋地管道阴极保护电位测量方法
测量管道某点的阴极保护电位，实际操作是测量管道某点与参比电极之间的电位差。由于管道测量点与参比电极之间存在回路，直接测量得到的电位差包括由于电流流过金属和电解液（土壤等）时在，电阻上产生的电位降（即Ｉ且ＩＲ降）Ｒ降可高达几
２］
，百毫伏［这使测量值与实际的阴极保护电位之间
电位（即管／地界面极化电位，下同）应为－８５０ｍＶ（或更负，管道的阴极保护电位满足此要求，可ＣＳＥ）
认为管道得到了保护。对于实际运行中的阴极保护系统，要评判其是否符合标准和保护是否有效，最为关键的是测得其真实的阴极保护电位。在欧美管道管理先进的国家，十分重视管道阴极保护电位的测量工作，提出并发展了多种消除ＩＲ降和杂散电流干扰等影响因素的管道真实阴极保护电位测量方法。在国内，受硬件和认识水平的制约，管道阴极保
收稿日期：２０１１０３２３－－
；国家科技重大基金项目：国家自然科学基金（５０８０４０５３））专项（２００８ＺＸ０５０１７０４０１－－
通讯作者：李自力，教授，博士，ｌｉｔｔｅｒｘ６３．ｃｏｍ＠１ｇ
存在误差。常规的埋地管道阴极保护电位测量方法从是否考虑ＩＲ降和如何消除ＩＲ降上分为直接测量法和间接测量法两大类。
直接测量法，顾名思义就是直接去测量管道与，其相邻土壤的电位差（即管地电位）由于直接测量法对Ｉ其测量结果与实际Ｒ降不考虑或考虑较少，的阴极保护电位之间存在较大误差。其中地表参比法是埋地管道最常规的测量方法，它不考虑ＩＲ降，直接测量管地电位；为了更精确地测得管地电位，尽可能的减少土壤电阻压降成分，可将参比电极尽量靠近被测管道表面，此为近参比法；远参比法主要用
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李自力等：埋地管道阴极保护电位测量方法研究进展
于强制电流阴极保护受辅助阳极地电场影响的管段，测量管道对远方大地的电位，用以计算该点的负
３］
。偏移电位值［
长距离、不间断的管道管地电位测量和记录，且操作简单，在现场测量中得到了广泛应用。
密间隔电位测量就是将参比电极沿管道移动，使用数据采集器间隔１～２ｍ连续读取并存储管地电位数据，通过专用软件绘出连续的管地电位曲线。这样，就可以得到整条管线完整的阴极保护电位分
６］
。为了消除土壤Ｉ布曲线［测得外加电Ｒ降的影响，
间接测量法从消除Ｉ得到较为准确Ｒ降入手，的阴极保护电位。土壤电压梯度技术是通过认为地表面放置的两支参比电极横向之间的电压梯度正比
［］
于流入或流出管道的电流大小来消除ＩＲ降的４。
辅助电极法消除ＩＲ降是从减小电阻方面考虑的，认为测量点与参比电极之间的距离愈小，ＩＲ降愈小。瞬间断电法消除ＩＲ降是从电流方面考虑的，认为断开与管道相连的所有电源后测量得到的管地电位即为管道的阴极保护电位。试片断电法实际上是把辅助电极法和瞬间断电法结合起来，即用瞬间断电法测量辅助电极（即试片）与参比电极之间的电
５］位差，认为试片的断电电位［即为管道测量点的阴
流阴极保护系统下的真实管地电位，ＣＩＰＳ方法测量
７］
。对保护电流不能同步中断的是管道的断电电位［
以及套管内的破损点未被电解质淹没的管道不适用覆盖层导电性很差的管段和剥离防腐层ＣＩＰＳ方法，下或绝缘物造成电屏蔽的位置处使用ＣＩＰＳ测得的
８］
。结果有较大误差［
操作人员沿管道行走时，Ｊ．Ｐ．Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ指出，
应尽力保证探杖与土壤接触良好，从而减少测量误
９］差。杨雪梅等［指出在进行Ｃ应进行ＩＰＳ检测前，
极保护电位。
尽管常规的阴极保护电位测量方法在消除ＩＲ降和工程适用性方面存在问题，但在目前管道的电位测量中应用还是比较广泛，它们在不同的适用场合进行管道的阴极保护电位测量，见表１。
表１ 常规阴极保护电位测量方法的对比
测量方法地表参比法近参比法
适用场合 几乎全部 管道周围土壤性质均匀
一致、杂散电流较少主要用于强制电流阴极保护受辅助阳极地电场影响的管段
管道周围土壤性质均匀一致
管道周围的杂散电流较少
管道与外加电源的连接容易同时断开 几乎全部
ＩＲ降消除情况不考虑ＩＲ降消除部分ＩＲ降消除部分ＩＲ降消除大部分ＩＲ降消除大部分ＩＲ降基本消除ＩＲ降基本消除ＩＲ降
特点操作简单，使用方
便
操作较简单，使用不方便操作较简单，使用不方便操作复杂，需要作图计算操作复杂，耗时长，需要加工专门的辅助电极操作复杂，实现困难
操作复杂，需要加工专门的试片
以得出当地合理的通断周期、通断时实地现场测试，
１０］
数据采集延迟时间等数值。段晓云等［对长间比、
庆油田分公司第二采气厂所属的第二净化厂至榆林第二集配气总站的输气管道进行了Ｃ认ＩＰＳ测量，为Ｃ有许多优势，可以全ＩＰＳ与其它测量方法相比，
１１］
面准确地反映管道的阴极保护状况。王春起［从
四川省西南矿区一条天然气管道的ＣＩＰＳ测量试验中也得出相似的结论。
ＣＩＰＳ是ＮＡＣＥＲＰ０５０２中用于评价管道阴极
保护系统有效性的重要方法，国标《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中要求对运行一年内的管道应进
［２］
，行ＣＩＰＳ测量。根据ＮＡＣＥ的建议１ＣＩＰＳ一般
应与直流电位梯度法（结合应用，从而对管ＤＣＶＧ）１３］道的阴极保护状况进行评价。林荣芳等［提出交
远参比法土壤电压
梯度技术辅助电极法
流电位梯度测试（和ＣＡＣＶＧ）ＩＰＳ的组合评价方法，并对建成投产已４年的某输气管线开展了试验ＡＣＶＧ和ＣＩＰＳ的综合检测和开挖验证试验，结果表明ＡＣＶＧ和ＣＩＰＳ的组合应用在埋地管道防腐蚀评价中的精确度是比较高的。２．２ 极化探头法
极化探头法是在解决试片断电法缺点的基础上发展来的，测量时用绝缘材料把测量设备和土壤环境隔绝开来，屏蔽掉测量设备周围的杂散电流和二次电流，从而使测量中的ＩＲ降得到最大限度的消除，得到最为准确的阴极保护电位。典型的极化探头由在测试位置处代表管道的金属试片和长效硫酸铜电极构成。试片应与管道具有相同的材质及适当
瞬间断电法试片断电法
２ 国内外埋地管道阴极保护电位测量的
最新进展
）２．１ 密间隔电位测量（ＣＩＰＳ
为了更好地对整条管道的阴极保护状况进行测量研究，人们提出了密间隔电位测量方法。它以瞬间断电法为基础，结合专门的设备和软件，可以实现
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李自力等：埋地管道阴极保护电位测量方法研究进展
［］
图１ ＣＩＰＳ测量示意图９
裸露的面积，为避免过量阴极保护电流的流失，裸露尺寸代表防腐蚀层缺陷大小；硫酸铜电极通过探头
８］
。人们根据不同内部合理结构与试片尽可能接近［
量。其测量要点是首先用地表参比法测得测试点的管地电位，然后把管道的外加电流提高为原来的两倍，再次测量此时测试点的管地电位，认为ＩＲ降与外加电流的大小成正比，所以两次测量得到的管地
［］
电位差值即为一倍外加电流产生的Ｉ得到Ｒ降４；
的测量要求，设计制作出各种极化探头。
１４］
胡士信等［设计出了极化探头，他把参比电极
安装在极化试片的背后，使参比电极与被测量对象之间的距离缩短到最小，最大限度地减小ＩＲ降对
１５］
阴极保护电位测量结果的影响。常守文等［研制
即可计算出管道的阴极保护电ＩＲ降的数值之后，
由于Ｉ位。实际上，Ｒ降与外加电流的大小并不完全成正比，且存在杂散电流的干扰，测量得到的结果
［０］
与阴极保护电位之间仍存在误差。Ｂ．Ａ．Ｍａｒｔｉｎ２
出地下管道阴极保护多功能测量探头，并在鞍山至大连的地下输油管道上的有代表性部位进行了现场应用，发现与近参比法相比，其测量结果更接近真实
１６］
值。刘建容等［设计了地下金属管道阴极保护状
认为，脉冲技术用于ＩＲ降测量时比断电技术更精确，但不适用于受杂散电流干扰的区域。
若管道上存在交流电流，通常是感应电流或不平滑的阴极保护电流，通过交流电技术便可直接确定Ｉ测量原理如图２所示
。Ｒ降误差，
况测量装置，他们用此装置进行了电位测试试验，证明此装置能有效地克服一般测量所受到的ＩＲ降影
［７］响，可获得准确的测量结果。Ｎａｅｅｍ Ａ．Ｋｈａｎ等１
在文献中提出了用电阻土壤腐蚀探头测量管道阴极保护电位的方法，实验发现，与其它方法相比，使用电阻土壤腐蚀探头能够得到比较准确的结果。ＧｅｏｒｅＮｅｋｏｋｓａ发明了平板型阴极保护测试探 ｇ１８］
，头［认为使用此探头能测得较为准确的阴极保护电位。
１９］杨义军等［认为极化探头法为测量管道阴极
保护真实极化电位提供了较理想的手段，与其它测量方法相比，它能最大程度地消除Ｉ埋Ｒ降。国标《
８］
，地钢质管道阴极保护参数测量方法》认为［探头中
图２ 交流电技术测量原理图
在测量点处埋一试片，并和管道通过一个低电在地表放一参比电极，便可测得分流阻分流器相连，
器直流电压Ｖｓ（分流器交流电压Ｖｓ（管道直流）、）、ｄｃａｃ
［４］
，）电压Ｖｍ（再按公式（计）和管道交流电压Ｖｍ（）１ｄｃａｃ
为一孤立的点，参比电极又与试片间通试片尺寸小，
过合理结构使之尽可能接近，断开电流后，阴极保护电流及其它电流影响可以消除，测量结果较为准确。２．３ 专门消除ＩＲ降的电位测量技术
为了得到准确的埋地管道阴极保护电位，一些专门消除ＩＲ降的电位测量技术得到了广泛应用，它们有：脉冲技术、交流电技术和电位准确测量技术。
脉冲技术的原理和瞬间断电法相似，区别在于脉冲技术并不采用断电测量，而是采用电位叠加测
算即可得到Ｉ从而得到真实的阴极保护电Ｒ降，
２２］
。位［
）·）ｍ（ｓ（ａｃｄｃ
（）１
）Ｖｓ（ａｃ
电位准确测量技术是德国鲁尔煤气公司上世纪
ＩＲ＝
也是Ｉ７０年代以来普遍采用的测试法，ＳＯ１５５８９－１
中强调的，用于破损点较多管道上修正断电电位的重要测量方法。采用电位准确测量技术不仅可识别
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李自力等：埋地管道阴极保护电位测量方法研究进展
防腐蚀层破损点位置，并能计算出破损处消除ＩＲ降电位。具体来说，电位准确测量技术是一种沿管道以最大５ｍ间隔放置参比电极，采用ＣＩＰＳ测量管顶上方管地电位，同时测量出相对应的与管道垂直的（间隔１电位梯度，经计算获得消除Ｉ０ｍ）Ｒ降的管道／土壤界面电位的测量技术。国标《埋地钢质
［８］
管道阴极保护参数测量方法》认为此方法能较好
３ 结束语
尽管常规的阴极保护电位测量方法在消除ＩＲ降和工程适用性方面存在问题，但目前在埋地管道的电位测量中应用还是比较广泛的。从ＣＩＰＳ和极化探头法的发展来看，未来的阴极保护电位测量会不断智能化、集成化，测量结果的精确度也会得到较大提高。为了最大限度地消除Ｉ一些专门的Ｒ降，测量技术在埋地管道的阴极保护电位测量中也得到了广泛应用。对特殊管段的阴极保护电位测量正在引起人们的重视，针对它们的特殊测量方法也在不断被提出。
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２．４ 特殊管段阴极保护电位测量需注意的问题
在埋地管道的一些特殊位置，如覆盖层破损处、
２１］
管道套管和通过道路等位置，刘志刚等［研究发
现，这些位置的阴极保护电位在负于－８５０ｍＶ（时，管道仍然发生腐蚀。ＣＳＥ）
２２］
闫茂成等［研究发现，由于绝缘覆盖层的电屏
蔽，阴极保护管线覆盖层破损处的ＩＲ降主要集中在覆盖层破损口附近。覆盖层破损处管道的极化电位理论上与氢过电位、介质成分、Ｈ值及温度等因ｐ
［３］
。但现场测量中报通常在－１．素有关，０Ｖ附近２
道的数据由于包含由土壤介质电阻、覆盖层缺陷电致使测量值有阻及接触电阻等因素引起的ＩＲ降，时可高达－８．０Ｖ
［２４］
，从而使测量失去意义，这点在
２５］
研究发现，埋地管道有测量中要特别注意。王川［
套管部分，只要主管周围与套管之间有导电介质存在，能够与阴极保护电源形成一个闭合导电回路，套管就不会产生屏蔽作用，套管长度对阴极保护效果
［６］
，没有影响。Ｄ对于道路下埋ａｖｉｄＨ．Ｋｒｏｏｎ指出２
地管道的电位测量，为ＣＩＰＳ是最实用的测量方法，了得到较为准确的结果，应该在道路上钻出一个安放铜／硫酸铜参比电极的孔洞，使参比电极的一半能与土壤充分接触，如果直接把参比电极安放在路面上，可能会导致２５０ｍＶ的测量误差。
管道管地电位的测量必须借助于参比电极才能完成，只有当参比电极在各处的电极电位相对稳定时测试数据才具有可比性。目前，世界上通用的管地电位参比电极（适用于土壤）为硫酸铜电极。硫酸铜电极具有制作简单、在土壤中稳定性较好、使用方
８］
。在冻土带和沙漠地区，便等优点［要考虑到参比
电极本身电位与周围环境温度的关系，必要时给予修正；在氯离子含量高的盐碱地、湿地和沼泽等特殊地段，也要考虑土壤中各种离子对参比电极的影响，从而选择适合此场合的参比电极，得到准确的测量
２７］
。结果［
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（上接第５４页）
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ｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔｉｃｄｒｏｈｏｂｉｃｆｉｌｍ ｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏｌｓｉｓｍｅｔｈｏｄ ｐｐｙ［］ｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｎｃｏｅｒｆｏｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ ｐｐｐ，，ＩｎＰｒｅｓｓＡｃｃｅｔｅｄＭａｎｕｓｃｒｉｔ．Ａｃｔａ ｐｐ
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ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｎｔｅｔｒａｄｅｃａｎｏｉｃａｃｉｄａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ － ｈｂｒｉｄｆｉｌｍ ｗｉｔｈｂｉｓｓｉｌａｎｅｏｎｃｏｅｒｓｕｒｆａｃｅｉｎｓｅａ － －ｙｐｐ［］，ｗａｔｅｒＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ２００９，９２８ （）：１－３４０－４５．
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