何騰蛟

(中石油渤海鉆探工程有限公司管具技術(shù)服務(wù)分公司，河北 任丘 061000)

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輸油管道陰極保護(hù)電位測(cè)量誤差及其消除方法

何騰蛟

(中石油渤海鉆探工程有限公司管具技術(shù)服務(wù)分公司，河北 任丘 061000)

國(guó)內(nèi)輸油管道基本使用的強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)，一般使用恒電位儀的恒電位模式，但隨著投用時(shí)間變長(zhǎng)，部分場(chǎng)站出現(xiàn)恒電位儀控制電位絕對(duì)值小于通電點(diǎn)電位的情況。分析產(chǎn)業(yè)測(cè)量誤差的原因包括了陰極保護(hù)電源測(cè)量誤差、參比電極測(cè)量準(zhǔn)確度、管道周圍地電場(chǎng)影響和電位測(cè)量系統(tǒng)等問題。通過電位測(cè)量誤差計(jì)算發(fā)現(xiàn)：使用的參比電極內(nèi)阻越小，測(cè)量設(shè)備的內(nèi)阻越大，則測(cè)量值與真實(shí)值之間的誤差越??；無(wú)論使用何種測(cè)量設(shè)備，測(cè)量值的絕對(duì)值均小于真實(shí)值；長(zhǎng)效參比電極內(nèi)阻值對(duì)實(shí)際電位測(cè)量的影響是存在的，阻值較大時(shí)，測(cè)量誤差可達(dá)10%以上。多測(cè)量設(shè)備同時(shí)測(cè)量時(shí)，不同測(cè)量設(shè)備并聯(lián)測(cè)量同一電位時(shí)，測(cè)量值相同；并聯(lián)的設(shè)備越多，測(cè)量值與真實(shí)值之間誤差越大。

輸油管道；強(qiáng)制電流法；陰極保護(hù)；參比電極；內(nèi)阻；電位測(cè)量

輸油管道多使用強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)，陰極保護(hù)電源采用數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀，埋設(shè)在管道附近的長(zhǎng)效硫酸銅參比電極提供參考電位[1]。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中，近期發(fā)現(xiàn)電位異?，F(xiàn)象，恒電位儀控制電位設(shè)置為-1200mV，在恒電位儀接線處使用數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)測(cè)電位為-1200mV，但在通電點(diǎn)實(shí)測(cè)出電位為-1320mV。管道電位衰減與陰極保護(hù)間的距離成正比，在陰極保護(hù)站前后幾千米內(nèi)測(cè)得的管道保護(hù)電位均負(fù)于-1200mV，這有悖于常規(guī)的陰極保護(hù)理論[2]。該測(cè)量誤差出現(xiàn)概率較大，誤差偏差數(shù)值較大，應(yīng)予以消除。

1　測(cè)量誤差原因分析

使用常規(guī)手段[2]對(duì)陰極保護(hù)電源、參比電極、管道周圍地電場(chǎng)等進(jìn)行排查，逐一排除或找出造成誤差的原因。

1) 陰極保護(hù)電源測(cè)量問題管道通電點(diǎn)與陰極保護(hù)電源零位線僅有一根零位電纜連接，而理論上零位電纜的電流為毫安級(jí)，且電纜本身內(nèi)阻非常小，所以參比電流流經(jīng)零位電纜形成的壓降非常小。實(shí)際測(cè)量亦證明并非電氣接觸不良造成的誤差。陰極保護(hù)電源經(jīng)過校準(zhǔn)和實(shí)際測(cè)量證明，設(shè)備本身讀取電位和顯示電位功能良好，無(wú)明顯誤差。輸油管道陰極保護(hù)電位異常問題基本排除設(shè)備和接線問題。

2)參比電極測(cè)量準(zhǔn)確度通過使用不同參比電極對(duì)比長(zhǎng)效參比電極讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)效參比電極測(cè)量誤差非常小，與便攜式對(duì)比，誤差基本控制在5mV之內(nèi)。可排除參比電極損壞或讀數(shù)不準(zhǔn)造成測(cè)量誤差的問題。

3)管道周圍地電場(chǎng)影響輸油管道陰極保護(hù)一般使用淺埋陽(yáng)極地床，地床距管道垂直距離大于200m。實(shí)測(cè)管道附近，陽(yáng)極床造成的地面電位梯度小于0.5mV/m，由此可推斷地電場(chǎng)對(duì)參比讀數(shù)的影響較小。

4)電位測(cè)量系統(tǒng)問題恒電位儀使用內(nèi)置電位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行電位讀取，而實(shí)測(cè)管道電位使用數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量電位分別使用長(zhǎng)效和便攜式參比電極進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)繪制測(cè)量電路分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)效參比電極內(nèi)阻變化對(duì)電位測(cè)量影響較大。

2　電位測(cè)量誤差計(jì)算

2.1電壓測(cè)量原理

一般測(cè)量電壓的基本原理是將萬(wàn)用表并聯(lián)到被測(cè)量回路，測(cè)量流經(jīng)萬(wàn)用表的電流，通過歐姆定律，使用電流乘以內(nèi)阻計(jì)算電壓[3]，如圖1所示。

圖1　測(cè)量電壓原理圖

設(shè)被測(cè)(參比電極)內(nèi)阻為R1，未連接萬(wàn)用表時(shí)兩端電壓(管道電位)為V1，萬(wàn)用表或恒電位儀測(cè)量回路的內(nèi)阻為R2，流經(jīng)電流為I2。根據(jù)基爾霍夫電流定律，計(jì)算此時(shí)萬(wàn)用表或恒電位儀的電流I2和電壓V2為：

式中：R為電阻，Ω；V為電壓，mV；I為電流，A。

顯然，連接萬(wàn)用表或恒電位儀前后：V1≠V2。

2.2誤差計(jì)算

一般使用數(shù)字萬(wàn)用表內(nèi)阻為10MΩ，恒電位儀測(cè)量回路內(nèi)阻為1MΩ，參比電極的內(nèi)阻一般小于10kΩ。假設(shè)被測(cè)電位為V1=-1200mV，則當(dāng)用萬(wàn)用表測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：

萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差接近千分之一。

當(dāng)用恒電位儀測(cè)量時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：

恒電位儀測(cè)量時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差接近百分之一。

隨著長(zhǎng)效硫酸銅參比電極使用年限變長(zhǎng)，參比電極內(nèi)部硫酸銅消耗過多，參比電極的內(nèi)阻會(huì)逐漸變大；實(shí)測(cè)輸油站使用10年左右的長(zhǎng)效參比電極內(nèi)阻約100kΩ。在這種情況下，用萬(wàn)用表測(cè)量，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：

萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)誤差接近百分之一。

用恒電位儀測(cè)量，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：

恒電位儀測(cè)量時(shí)誤差接近十分之一。

通過上述計(jì)算發(fā)現(xiàn)：①使用的參比電極內(nèi)阻越小，測(cè)量設(shè)備的內(nèi)阻越大，則測(cè)量值與真實(shí)值之間的誤差越?。虎跓o(wú)論使用何種測(cè)量設(shè)備，測(cè)量值的絕對(duì)值均小于真實(shí)值；③長(zhǎng)效參比電極內(nèi)阻值對(duì)實(shí)際電位測(cè)量的影響是存在的，阻值較大時(shí)，測(cè)量誤差可達(dá)10%甚至更大。

2.3多測(cè)量設(shè)備同時(shí)測(cè)量

多測(cè)量設(shè)備測(cè)量同一電位時(shí)電路如圖2所示。在現(xiàn)場(chǎng)排除故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)同時(shí)使用萬(wàn)用表和恒電位儀測(cè)得的數(shù)值一致。

圖2　萬(wàn)用表和恒電位儀同時(shí)測(cè)量電位原理圖

根據(jù)電流分流計(jì)算，使用萬(wàn)用表和恒電位儀同時(shí)測(cè)量V1時(shí)，并聯(lián)后的總內(nèi)阻值R和萬(wàn)用表讀數(shù)V2、恒電位儀讀數(shù)V3分別為：

顯然：V2=V3

此時(shí)，若長(zhǎng)效參比電極內(nèi)阻為100kΩ，則：R=1009091Ω，V2=V3=1081mV。

通過上述計(jì)算發(fā)現(xiàn)：①不同測(cè)量設(shè)備并聯(lián)測(cè)量同一電位時(shí)，測(cè)量值相同；②并聯(lián)的設(shè)備越多，測(cè)量值與真實(shí)值之間誤差越大。

3　電位測(cè)量誤差消除

通過計(jì)算和實(shí)際測(cè)量，對(duì)參比電極進(jìn)行降阻是切實(shí)可行的消除電位測(cè)量誤差的方法。具體方法是：①長(zhǎng)效參比電極應(yīng)及時(shí)澆水降阻；②對(duì)于使用年限較長(zhǎng)的參比電極應(yīng)及時(shí)更換新的。另外，使用內(nèi)阻較大的測(cè)量設(shè)備，也可使電位測(cè)量值與真實(shí)值之間的誤差較小。最終減小因測(cè)量方法導(dǎo)致的陰極保護(hù)測(cè)量誤差。

[1]GB/T 21448—2008,埋地鋼管管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[3] GB/T 21246-2007,埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法[S].

[編輯]帥群

2016-06-14

何騰蛟(1989-)，男，助理工程師，現(xiàn)從事機(jī)械加工制造及電器自動(dòng)化專業(yè)研究工作,511033671@qq.com。

TE988.2

A

1673-1409(2016)26-0069-03

[引著格式]何騰蛟.輸油管道陰極保護(hù)電位測(cè)量誤差及其消除方法[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(26):69～71.