埋地油气管道阴保电位测量方法(附图)
埋地钢制管道外检测解决方案之密间隔电位法(CIPS)检测阴极保护有效性
埋地钢制管道外检测解决方案之密间隔电位法（CIPS）检测阴极
保护有效性
引言
目前管道承担着国内油气运输的主要任务,油气管道的安全关乎民生大计。
对油气管道运行中面临的风险因素进行识别和评价，通过监测、检测、检验等各种方式，对管道进行完整性管理，将风险控制在最小范围内，保障油气运输，至关重要。
技术原理
该技术使用CIPS密间隔电位检测系统,沿管线以小间隔测量管-地电位，这样可测出管道上任意点的保护电位。
该技术用一个具有记录功能的毫伏计替换了常规的万用表，可以大量记录检测到的电位数据，进而得到整个管线上的保护电位分布图。
布置方案
在CIPS检测中通过测量保护电流的ON电位和OFF电位，可以消除管道周围土壤对检测结果的影响。
OFF 电位作为非常有用的参数，在很大程度上消除IR降读数过程中出现的数值偏差。
当是阴保电流处于关闭状态时，电压测量中的IR降成分几乎同时衰减，使得管体和所接触的土壤之间电压衰减到很小。
通过在管道阴保仪的输出端串接一个断流器，来测量保护断电位（OFF 电位），从而实现在没有IR降影响的基础上对管道真实保护情况进行准确的评估。
利用CIPS方法轴向测量管道ON/OFF电位，CIPS测点间隔2-3 米，每个点采集的数据8 个，其中包括：开电位、关电位、开电压梯度、关电压梯度、距离、采样时间、经度、纬度。
测量过程中，如受杂散电流的干扰，需要过滤掉90%-95%杂散电流的干扰。
得到整条线路的阴保电位,评价线路阴极保护效果，对恒电位仪的输出参数提出合理化建议,判断局部保护电位异常原因。
图1 CIPS检测
工程案例。
阴保参数测量方法资料
4、用红表笔与测试桩的接线柱触接，黑表笔 与参比电极连接线连接。
5、此时万用表显示的数据就是测得的管地电 位，在没有外界干扰的情况下，管地电位是 负值 。
远参比法
远参比法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和牺牲阳极埋设点附 近的管段，测量管道对远方大地的电位，用 以计算该点的负偏移电位。
远参比法的接线示意图如下：
4
V
测
试
3
5
5
5
桩
牺牲阳极 或辅助阳极
阳极
1
管道 2
1—辅助阳极或牺牲阳极 5—参比电极 2—管道 3—测试桩 4—数字万用表
采用与管道相同材质的钢片制作一个检查片 作为辅助电极，片面除一面中心留下一个 10mm直径的裸露孔外，其余部分全部被防 腐层覆盖，埋设于管道附近冻土线以下的土 壤中。埋设时裸露孔朝上，覆盖1~2mm细土 层后，将长效硫酸铜参比电极底部置于裸露
孔பைடு நூலகம்方，然后回填至地平面。辅助电极的导
线和长效硫酸铜参比电极的导线分别接于测 试桩
＜1m 埋地管道
管道保护电位测量接线示意图
1、在管道测试桩附近的1m范围内，选择地 表相对潮湿的土壤插入参比电极。
2、插入土中的参比电极应垂直地面、稳定、 可靠地与土壤接触，底部不能垫有草叶或草 根。遇有干燥土壤时，应用携带的淡水润湿 其周边的土壤，使参比电极与土壤保持良好 接触。以防止因接触不好影响读数的准确性。
表屏上显示的数据就是测得的管地电位。
读取数据，在测试记录上做好记录，注明该 电位值的测试桩号及测试值。
埋地管道的阴极保护 PPT课件
2020/3/31
西南石油学院储运研究所
24
计算出钢的保护电位与钢在该电解液中 的初始电位值之差，即可认为是阴极极化值 或负向偏移。例如，钢在干燥土壤中的自然 电位Vx=-0.3V（SHE），其阴极极化值计算 得：
根据电化学理论，阴极保护判据是多因 素决定的，相当复杂。但-0.85V（CSE）是 既有理论基础，又有实践依据，已为世界各 国所接受。
流从其上流出，就需进一步将阴
极极化到使总电位降至等于阳极
的电要初达流始到值电完为位全IPE。保AO从护，图，此上外时可加外以的加看保的出护保护，电
流2要020/比3/31原来的腐蚀电西流南石大油学得院储多运研。究所
5
显然，保护电流IP与最大腐蚀电流IC的差 值决定于腐蚀电池的控制因素。受阴极极化 控制时，二者的差值要比受阳极极化时小得 多。因此，采用阴极保护的经济效果较好。
2020/3/31
西南石油学院储运研究所
4
通上外加电流后，由电解质流
入阴极的电流量增加，由于阴极
的进一步极化，其电位将降低。
如 降
流至入E′阴，极此电时流由为原ID来，的则阳其极电流位
出与I的′腐的蚀差电值流就将是由由I辅C降助至阳I极′流。出ID
的外加电流量。为了使金属构筑
物得到完全保护，即没有腐蚀电
式中
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E
0 Fe
/
Fe—2 —铁的标准电极电位；
R——气体常数；
T——绝对温度；
F——法拉第常数；
Fe2 ——靠近电极的电解液层中铁离
子的活度。
西南石油学院储运研究所
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当 pH ＞ 5.5 时 ， Fe2和 OH 作 用 生 成 难 溶
3.测量管道保护电位
第二种方法：选择50V 档位
1、刻度值：20+7*1=27V 2、倍率：500/50=10V 3、读数：27*10v=270V
电阻读数练习
已知：档位调至电阻档Rx10
1、刻度值：15+3.8*1=18.8Ω 2、倍率：x10 3、读数：18.8*10Ω=188 Ω
注意：
利用电阻档可检测电路短路和开路
正确使用MF500-B型万用表
（2）转换开关 转换开关的作用是选择测量的项目及量程。 万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关。用来选择测量项目和量程。一般的 万用表测量项目包括：“mA”，直流电流；“V”，直流电压；“V”，交流电压； “Ω”：电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程以供选择。 ①直流电压 有2.5V 10V 250V 500V五个量程挡位。 ②交流电压 有10V 50V 250V 500V四个量程挡位。
正确使用MF500-B型万用表
（1）表头 万用表的表头是灵敏电流计。表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数 值。符号A一V一Ω表示这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表。表 盘上印有多条刻度线，其中右端标有“Ω”的是电阻刻度线，其右端为零， 左端为∞，刻度值分布是不均匀的。符号“－”或“DC”表示直流，“～” 或“AC”表示交流，“～”表示交流和直流共用的刻度线。刻度线下的几 行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。 表头上还设有机械零位调整旋钮，位于表盘下部中间的位置，用以校正 指针在左端指零位。 MF500型多用表有4条刻度线。从上往下数，第一条刻度线是测量电阻 时读取电阻值的欧母刻度线。第二条刻度线是用于交流和直流的电流、电压 读数的共用刻度线。第三条刻度线是测量10V以下交流电压的专用刻度线。 第四刻度线是测量音频电平（Audio level) -10~+22dB 。
管道阴极保护电位检查片测试方法及应用技术知识
管道阴极保护电位检查片测试方法及应用河南邦信防腐材料有限公司技术部2017年3月根据相关标准规定，钢制埋地管道阴极保护效果评价应采用断电电位指标，现场测试通常使用同步中断法，但其并不适用于无法同步中断管中阴极保护电流，以及受杂散电流干扰的管段。
阴极保护电位检查片可以解决这一难题，通过模拟管道防腐层漏点，利用检查片的瞬间断开电位实现近似管道断电电位的测量。
本文详细介绍了管道阴极保护电位检查片的适用范围、设计、安装、测试及分析等内容，通过具体实施案例明确了数据记录的规范性，并验证了测试方法的可行性，为该方法的推广应用奠定实践基础。
钢质埋地管道通常是采用防腐层和阴极保护联合保护的方式，防腐层作为第一层堡垒，利用其良好的绝缘性、抗渗透性及机械性能达到防腐目的；阴极保护系统作为第二道防线，可在防腐层破损或存在微孔处，通过保护电流对管道施加阴极极化，从而减缓或消除管壁腐蚀。
根据GB/T 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》，管道阴极保护效果评价应采用断电电位指标，现场测试通常使用GPS同步中断法，但其并不适用于无法同步中断管中阴极保护电流，以及受杂散电流干扰的管段。
阴极保护电位检查片可以解决这一难题，通过模拟管道防腐层漏点，利用检查片的瞬间断开电位实现近似管道断电电位的测量。
阴极保护电位检查片是用于模拟被调查管道阴极极化后电位的检查片，将其埋设在管道测试点处，检查片部分裸露，其余部分有防腐层，检查片的埋设状态、材质均与管道相同，通过电缆与管道连接起来，这样检查片的裸露部分就模拟了管道的一个防腐层漏点。
当管道处于阴极保护状态时，管道被保护电流极化的同时，检查片也会被极化为与管道相同的程度，只需测量检查片的瞬时断开电位，即可代表管道测量点的断电电位。
NACE SP0502-2010《管道外腐蚀直接评价方法》认为检查片的断电电位近似于管道防腐层漏点处的阴极保护电位，能够评估管道阴极保护效果。
1 适用范围阴极保护电位检查片能够评价埋地钢制管道阴极保护效果，只要能将检查片连接在管道上便可应用，尤其适用于同步中断法受限制的下列情况：（1）不能同步中断保护系统内多台恒电位仪提供的阴极保护电流；（2）存在外部阴极保护系统影响，难以中断该保护系统的恒电位仪；（3）存在直接连接的、不能中断的牺牲阳极；（4）存在直流杂散电流影响，导致断电电位不能代表阴极保护电位；（5）采用管道阴极极化衰减或极化形成判断管道阴极保护效果；（6）公共走廊内存在多条管道，彼此造成干扰影响。
管道阴极保护电位数值测量及杂散电流治理原则
管道阴极保护电位数值测量及杂散电流治理原则河南汇龙合金材料有限公司(1) 地表参比法该法是埋地金属构筑物的常规测量方法，该法的测试要点是将参比电极放在地下金属构筑物的顶部地面上，并确保参比电极和土壤电接触良好。
用从金属构筑物上引出地面的测试导线的参比电极引线同时接入高阻电压表，直接测取读数。
该法可用于测试桩处的定点测量，也可用于管道顶部的长距离闭路测量，测量所得的数据代表了正对参比电极处的管／地电位。
(2)近参比法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。
此法的测量要点是把参比电极（通常用长效硫酸铜电极或测试探头）尽量靠近被测构筑物表面，如果被测表面带有良好的覆盖层，参比电极对应处应是覆盖层的露铁点，否则意义不大。
对于热油管道，采用近参比法时要注意管道的热地场对参比电极的不良影响，用辅助试片拉出一定距离，便可解决。
(3)滑动参比法此法主要用于大型储罐底板外壁阴极保护电位分布的测量。
对于新建储罐，一般可不用滑动参比法，而是在设计期间，在罐底中心及半径上每5～lOm布置一支参比电极（通常用长效硫酸铜电极或带填料的锌参比电极），如同近参比法，测知罐底板的电位分布。
对于已建储罐，滑动参比法可能是一种可行的方案。
杂散电流腐蚀也叫干扰腐蚀。
是指在工程实际中，从其它电源来的直流或交流电流，由于某种特殊的原因，流经被干扰管道，在电流流入的地方，金属结构不会发生腐蚀问题，但是在电流流出的地方（经常是漏点，电阻比较小的地方），由于是失去电子，金属会发生严重的腐蚀。
导致杂散电流腐蚀的电流源的形式很多，如电气化铁路、电解工厂的直流电源、交、直流高压输电系统的接地极、通信基站，相邻的阴极保护设施等。
油管接近高压输电线时，由于电磁耦合而在油管上感应交流电压，产生交流干扰，其危害在于高压输电线故障时产生瞬间危险电压，它既威胁人身安全，又可能击穿油管，或者在接触不良处产生电火而造成危害。
阴保参数测量方法
由于测试地点都在野外，一旦有一样工具损
坏或短缺，都可能导致测试工作难以为继， 测试前准备好这些工具包括辅助工具都是为 了节约时间，更好完成电位测试工作所必须 的。 测试前的检查 测试前首先要检查以下项目 1、携带的饱和硫酸铜参比电极内溶液液位是 否在铜电极的2/3以上，硫酸铜溶液中是否有 硫酸铜结晶体。如果参比电极的液位低于铜 电极的2/3，要适量加注纯净水，并轻轻摇动 参比电极，直至溶液均匀；摇动后的均匀溶 液中如果没有硫酸铜结晶体，尚需向溶液中 添加一定量的晶体硫酸铜，以保证溶液处于 饱和状态。
远参比法的接线示意图如下：
4
V 测 试 桩 牺牲阳极 或辅助阳极
阳极
3
5
5
5 5—参比电极 2—管道 3—测试桩 4—数字万用表
将硫酸铜参比电极朝远离地电场的方向逐次 安放在地表上，第一个安放点距管道测试点 不小于10m，以后逐次移动10m。用数字万 用表按上图所示测试管地电位，当相邻两个
阴保参数测量方法 （一）
管地保护电位测量方法 管地自然电位测量方法 管道负偏移电位的测量
埋地管道保护电位的测量方法
埋地管道管地电位是腐蚀防护——阴极保护技术中
一个重要参数，无论管道腐蚀态势、保护状况，都 可根据测得的管地电位进行分析、判断，是直接、 明确、唯一进行管道保护情况分析、判断的依据。 管地电位是管道保护电位。我们知道，没有强制电 流保护的管道，管地电位负的地方表示管道处于金 属活性强的区域，有阳极区存在，腐蚀性较强；有 强制性电流保护的管道，阴极保护管地电位较正的 地方表示阴极保护较弱，防腐涂层可能有破损，如 果管地电位在－850mV以下（绝对值），意味着管 道存在被腐蚀危险；到目前为止，管道企业还没有 提出能替代电位分析和判断埋地管道腐蚀态势的新 方法和新技术指标。
埋地钢质管道阴极保护参数测量方法.
埋地钢质管道阴极保护是一种常用的防护措施，用于防止管道腐蚀。
测量阴极保护参数的方法有多种，下面我将介绍一种常用的测量方法：
1. 收集必要的工具和设备，包括阴极保护测试仪、测试电缆、标准参比电极、电压表和接地线。
2. 准备工作：确保测量仪器和设备的正常工作，检查电缆和接地线的连接是否牢固，标准参比电极是否清洁和完好。
3. 选择测量点：根据具体情况选择要进行测量的管道表面位置。
通常，在管道的进出地下的地方以及管道的接头处是常见的测量点。
4. 连接测试仪器：将测试电缆的一端连接到标准参比电极上，另一端连接到阴极保护测试仪上。
确保连接稳固和正确。
5. 测量电位：将测试电极插入到埋地管道的表面，确保电极和管道有良好的接触。
观察测试仪器上的测量值，记录下来。
6. 测量接地电阻：将接地线与标准参比电极连接，并将其插入到接地点。
使用电阻测量仪测量接地电阻的数值。
7. 分析和评估测量结果：将测量到的阴极保护电位与建议的标准值进行比较，并根据测量结果评估阴极保护的效果。
如果测量结果与标准要求不符合，则需要采取相应的维护和修正措施。
请注意，上述方法是一种常见的测量阴极保护参数的方法，但具体的操作步骤可能会因不同的具体情况而有所差异。
在进行测量工作之前，建议参考相关的标准和指南，并遵循相关的安全操作规程，确保测量的准确性和安全性。
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油气管道阴极保护电位测量方法
河南邦信防腐材料有限公司
2017年3月整理
1、概述
阴极保护是一种减缓或抑制金属电化学腐蚀的方式，是一种基于电化学腐蚀机理的保护方法。
通过给腐蚀电池补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面发生阴极极化，电极电位趋于同一负电位，从而减小管道表面的电位差，减缓或抑制腐蚀电池的电化学反应。
阴极保护的实现方式有两种：一种是牺牲阳极法；另一种是强制电流法。
牺牲阳极阴极保护方式是选择一种电极电位比被保护管道金属更负的活泼金属或合金（如镁、锌），将其与被保护管道相连并置于同一电解质环境中，活泼金属或合金在腐蚀电池中称为阳极优先腐蚀溶解，为被保护管道提供阴极保护保护电流。
阳极释放出的电子转移到被保护管道表面，使被保护管道发生阴极极化，从而抑制腐蚀实现保护。
阳极由于被腐蚀消耗，故称之为牺牲阳极（见图1）。
图1 牺牲阳极阴极保护示意图
强制电流阴极保护是利用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接被保护管道，将电源的正极接至辅助阳极，在阴极保护电流的作用下，使管道表面整体发生充分的阴极极化，从而减缓或抑制管道的腐蚀实现保护（见图2）。
图2强制电流阴极保护示意图
管道与其相邻电解质（土壤）的电位差称为管地电位。
管地电位是用来评价埋地管道阴极保护系统的运行状况及其有效性的重要指标。
因此掌握管地电位的测量方法是很必要的。
常用的管地电位测量内容主要有通电电位、断电电位、牺牲阳极接入点的管地电位以及极化探头（试片）电位的测量。
2、常用管地电位测量方法
2.1测量连线
一般采用直流数字式电压表测量管地电位，测量时将电压表的负接线柱（COM）与参比电极（一般采用铜-饱和硫酸铜参比电极，CSE)连接，正接线柱（V）与管道连接，测（见图3）。
仪表指示的是管道相对于硫酸铜参比电极电极的电位值，正常情况下显示负值。
图3 数字万用表管地电位测量接线图
2.2通电电位测量（Von）
阴极保护系统持续运行时测量的管道对土壤的电位叫通电电位，该电位包括管道极化电位与回路中其它所有电压降（IR降）的和。
a)测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化。
b)测量时，将硫酸铜电极放置在管道上方地表的潮湿土壤上，应保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。
c)通电电位测量接线见图3。
d)将电压表调至适宜的量程上（没有杂散电流干扰时一般选2V档），读取数据，并作好管地电位值及极性记录，注明该电位值的名称。
2.3断电电位测量（Voff）
在断开施加阴极保护电流的所有电源的瞬间测量出的管道对土壤的电位叫断电电位。
断电电位是判断管道阴极保护有效性的指标。
该方法不适用于保护电流不能同步中断（多组牺牲阳极、牺牲阳极与管道直接连接、存在不能被中断的外部强制电流设备）或受直流杂散电流干扰的管道。
所测得的断电电位是消除了由保护电流所引起的IR降后的管道保护电位。
a)在测量之前，应确认阴极保护正常运行，管道已充分极化。
b)对测量区间有影响的阴极保护电源应安装电流同步断续器，并设置合理的通/断周期，同步误差小0.1s。
合理的通/断周期和断电时间设置原则是：断电时间应有足够长的时间在消除冲击电压影响后采集数据，读取平缓的断电电位，同时应避免过度去极化；管道上设置有用于干扰防护的电容类元件的去耦合装置时，应考虑设置较长的断电时间。
测试过程中应保持设备输出电流的稳定，当发现相同测试点各通/断周期断电电位出现持续衰减现象，应调整通/断周期。
c)将硫酸铜电极放置在管道上方地表的潮湿土壤上，应保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。
d)断电电位测量接线见图3。
e)将电压表调至适宜的量程上，读取数据，读数宜在通/断电0.5s之后进行或读取断电后万用表的第二个数值。
f)记录下通电电位（Von）和断电电位（Voff）以及相对于硫酸铜电极的极性。
g)如果对冲击电压的影响存在怀疑时，应使用脉冲示波器或高速记录仪测量冲击电压的影响大小和持续时间，对所测结果进行核实。
2.4牺牲阳极接入点的管地电位测量
该方法适用于消除牺牲阳极工作时，产生的地电位正偏移所引起的管地电位测量误差。
该误差可采用远参比法消除，使参比电极离开阳极一段距离或断开该测试桩的牺牲阳极进行测量。
测量方法如下：
a)远参比法的测量接线见图4。
b)将硫酸铜电极朝远离牺牲阳极的方向逐次安放在地表上。
将数字万用表调至适宜的量程上，读取数据，做好电位值和极性记录。
c)第一个安放点距管道测量点不小20m，以后逐次向远方移5m。
当相邻两个安放点测量的管地电位相差小于2.5mV时，硫酸铜电极不再往远方移动，取最远处的管地电位值作为该测量点的管道对远方大地的电位值。
（一般情况下，参比电极离开阳极10m，并位于管道正上方，即可消除阳极电场的影响）。
图4 远参比法测试接线图
2.5极化探头（试片）电位测量
在某些情况下，由于作用在管道上的所有电流是无法同步中断的（如牺牲阳极保护管道、存在杂散电流干扰等），这时可用极化探头（试片）进行管道断电电位测量。
其测量原理是用与管道材质类似的试片（试片裸露面积一般在25px2～100 cm2之间）来模拟管道防腐层缺陷点，该试片的埋深及回填状况与管道相同，平时通过测试桩与管道连接，得到同样的阴极保护。
测量时，在断开与管道接线的瞬间读取电位值，这样就可以测量到试片的断电电位而不需要对管道上的所有电源进行中断。
试片的电位反映的是同一位置、同样大小的防腐层缺陷点的保护电位。
试片法断电电位测量有两种形式，一种是将参比电极与试片组装在一起，称为极化探头法（见图5）；另一种是将参比固定在土壤管上，利用便携式参比电极进行测量，称为土壤管试片法（见图6）。
图5 极化探头测试接线图
图6 土壤管试片法测试接线图
极化探头（试片）电位测量时应注意以下事项：
a)试片保护情况只代表管道上防腐层缺陷点面积小于试片面积的漏点保护状况。
b）采用土壤管时，土壤管中的土壤要填充密实。
3、结语
日常管道阴保电位的测试方法比较简单，一般人员通过培训即可掌握。
目前不少管道上还安装了智能阴保系统。
智能阴保系统通过现场就地埋设阴保电位测试设备，并通过4G信号、光纤等途径将测试结果传回室内，通过后台管理界面查询和分析，能更好的监测阴保电位，并降低阴保电位测试的工作量。
当管道遭受杂散电流干扰时，需要采用更专业的测试设备，宜由专业技术人员进行管地电位的测量和评价。
作者简介：陈洪源，1975年生，高级工程师，毕业于西南石油大学，长期从事油气管道腐蚀防护的研究与应用工作。