Đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ Cathode cho các công trình đường ống ngầm bằng kỹ thuật đo phân bố điện thế (CIPS) và đo chênh lệch điện thế (DCVG)

bố điện thế và đo chênh lệch điện 
thế dọc theo hệ thống đường ống ngầm
Phương pháp kết hợp đo phân bố điện thế và đo 
chênh lệch điện thế cho phép theo dõi điện thế bảo vệ và 
chênh lệch điện thế dọc theo hệ thống đường ống ngầm 
mà không cần tiếp cận trực tiếp. Về nguyên tắc, kỹ thuật 
đo phân bố điện thế và đo chênh lệch điện thế dựa trên 
nguyên tắc đo điện thế công trình ngầm.
3.1. Kỹ thuật đo điện thế bảo vệ [3]
Sử dụng đồng hồ vạn năng hoặc vôn-kế kiểm tra điện 
thế bảo vệ đường ống ngầm theo nguyên tắc đo hiệu 
điện thế giữa đường ống ngầm và điện cực so sánh sulfate 
đồng trong môi trường đất như sơ đồ mạch điện Hình 2.
Khi hệ thống bảo vệ cathode đang cấp dòng bảo vệ, 
giá trị điện thế đo được hiển thị trên vôn-kế (Vm) chính là 
giá trị hiệu điện thế VON:
 Vm = VON = Vp+ IR (4)
Trong đó: 
Vp: Điện thế phân cực của công trình ngầm (điện thế 
bảo vệ);
IR: Điện thế rơi. 
Với:
I: Cường độ dòng điện trong hệ thống;
R: Tổng điện trở tiếp xúc và điện trở đất... của hệ thống. 
Để xác định điện thế bảo vệ đường ống cần phải giảm 
điện thế rơi IR → 0, khi đó giá trị điện thế đo Vm → Vp.
Trong thực tế, tại các trạm kiểm tra điện thế (Test 
post/Test station), có thể sử dụng 2 cách để giảm thiểu 
điện thế rơi IR:
 - Điện cực so sánh được đặt ngay sát đường ống 
nhằm giảm thiểu tối đa điện trở đất (R → 0)
 - Hoặc/và sử dụng mẫu thử (coupon) để có thể ngắt 
dòng điện tạm thời (I → 0), điện thế đo được ngay tại thời 
điểm ngắt dòng (Instant off potential) tương ứng với điện 
thế bảo vệ công trình ngầm. Hình 2. Sơ đồ đo điện thế bảo vệ trên đường ống
Hình 1. Sơ đồ nguyên tắc hệ thống bảo vệ cathode sử dụng dòng điện ngoài
PETROVIETNAM
47DẦU KHÍ - SỐ 4/2015 
3.2. Đo sự phân bố điện thế dọc theo hệ thống đường 
ống ngầm 
Trên nguyên tắc đo điện thế bảo vệ, di chuyển điện 
cực so sánh trên mặt đất dọc theo hệ thống đường ống 
ngầm đã được xác định, lặp lại phép đo điện thế với 
khoảng cách định trước (Hình 3). Tập hợp các giá trị điện 
thế cho phép xác định được sự phân bố điện thế dọc theo 
hệ thống đường ống. 
Đo phân bố điện thế được thực hiện trên thiết bị 
đo điện thế được kết nối đồng bộ với thiết bị ngắt dòng 
(interrupter) điều khiển qua hệ thống GPS toàn cầu cho 
phép đo điện thế EON và EOFF dọc theo đường ống ngầm. 
Các kết quả đo điện thế cho phép xác định điện thế và 
hiệu quả của hệ thống bảo vệ cathode đối với hệ thống 
đường ống ngầm.
3.3. Phương pháp khảo sát sự chênh lệch điện thế bề 
mặt dọc theo đường ống 
Xung quanh các vị trí màng sơn bị bong tróc, khuyết 
tật xuất hiện trường điện tích (Hình 5), đo sự chênh lệch 
điện thế giữa hai điện cực so sánh đặt vuông góc hoặc 
song song trên bề mặt đường ống cho phép xác định vị trí 
và diện tích lớp sơn bị bong tróc hoặc phá hủy.
- Trường hợp 1 (DCVG song song): Đo sự chênh lệch 
điện thế giữa hai điện cực so sánh được đặt trên mặt đất 
dọc theo chiều dài tuyến đường ống ngầm. Khi có hiện 
tượng bong tróc lớp phủ, sự chênh lệch điện thế có dạng 
như Hình 6.
- Trường hợp 2 (DCVG vuông góc): Đo sự chênh lệch 
điện thế giữa điện cực so sánh bên trái được đặt trên mặt 
đất phía trên đường ống ngầm và điện cực so sánh bên 
phải được đặt cách điện cực thứ nhất khoảng 1m, trên 
đường thẳng vuông góc với đường ống ngầm (Hình 7). 
Khi có hiện tượng bong tróc lớp phủ, sự chênh lệch điện 
thế có dạng như Hình 8.
4. Khảo sát thực tế tuyến ống ngầm được bảo vệ cath-
ode bằng phương pháp CIPS và DCVG
4.1. Điều kiện thực nghiệm
Tuyến ống khảo sát gồm 3 đoạn đường ống dẫn 
nước Pipe 01-SA, Pipe 02-SA và Pipe 03-SA được chôn sâu 
khoảng 3m, bên ngoài được bảo vệ bằng lớp phủ chống 
ăn mòn kết hợp với hệ thống bảo vệ cathode sử dụng 
dòng ngoài. Anode trơ được sử dụng là anode phủ oxide 
hỗn hợp kim loại titan (MMO), được mắc nối tiếp với nhau 
và phân bố dọc theo đường ống cho phép cung cấp dòng 
bảo vệ cho đường ống ngầm. 
Hình 3. Kỹ thuật khảo sát phân bố điện thế bằng hai điện cực CuSO4
Hình 5. Kỹ thuật khảo sát sự chênh lệch điện thế bề mặt DCVG
Hình 4. Nguyên tắc đo sự phân bố điện thế dọc theo đường ống ngầm
CÔNG NGHỆ - CÔNG TRÌNH DẦU KHÍ
48 DẦU KHÍ - SỐ 4/2015 
Sử dụng thiết bị xác định đường ống ngầm (RD8000 
Radiodetection’s universal precision locator) tìm và 
đánh dấu vị trí của tuyến ống dưới mặt đất. Thiết bị ngắt 
dòng tự động (GPS - Synchronized Current Interrupters - 
M.C.Miller); thiết bị đo điện thế và lưu dữ liệu tự động (Gx 
Data-Logger - M.C.Miller) kết nối với các điện cực so sánh 
sulfate đồng cho phép đo phân bố điện thế bảo vệ và đo 
chênh lệch điện thế dọc theo đường ống. 
4.2. Kết quả đo phân bố điện thế và đo chênh lệch điện thế 
Đo điện thế bảo vệ đường ống Pipe 01-SA, Pipe 02-SA, 
Pipe 03-SA tại các trạm kiểm tra tương ứng TP1-SA, TP2-
SA, TP3-SA cho các kết quả điện thế EON, EOFF và điện thế 
tự nhiên (điện thế ăn mòn) Ecorr của mẫu thép (Bảng 1).
Kết quả đo điện thế cho thấy 3 đường ống khảo sát 
đều có giá trị điện thế bảo vệ âm hơn -850 mV/CSE, đáp 
ứng yêu cầu về điện thế bảo vệ. Tuy nhiên, giá trị đo điện 
thế thu được chỉ phản ánh hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn 
của hệ thống bảo vệ cathode cho các vị trí đường ống gần 
trạm kiểm tra. Để khảo sát điện thế của toàn bộ tuyến ống 
phải đo phân bố điện thế và đo chênh lệch điện thế của 3 
đường ống trên (Hình 9 - 11). 
Kết quả khảo sát cho thấy dọc theo 3 đường ống khảo 
sát, điện thế phân bố không đồng nhất. Các vị trí gần 
anode có điện thế rất âm còn các vị trí ở xa anode có nhiều 
vị trí điện thế dương hơn -850mV, chưa đáp ứng được yêu 
cầu về điện thế bảo vệ. Đường ống Pipe 01-SA điện thế 
phân bố dọc theo đường ống đều âm hơn -850mV, trong 
khi đó các đường ống Pipe 02-SA và Pipe 03-SA vẫn có các 
vị trí điện thế dương hơn -850mV. 
Các kết quả đo chênh lệch điện thế tương thích tốt 
với các kết quả đo phân bố điện thế. Dọc theo đường ống 
ngầm, các vị trí đường ống có điện thế quá âm thường 
xuất hiện gần anode, nơi tập trung dòng điện lớn. Khi 
điện thế quá âm, quá trình khử nước trong đất có thể xảy 
ra trên bề mặt đường ống, gây ra hiện tượng giải phóng 
hydro kéo theo hiện tượng bong tróc lớp phủ, tương ứng 
với gradient điện thế lớn. Mặt khác, nguyên tử hydro tạo 
ra có kích thước nhỏ, có khả năng đi vào mạng lưới tinh 
thể làm giòn kim loại và tạo ra các vết nứt ứng lực đối với 
các công trình ngầm. Khi lớp phủ bị bong tróc, diện tích 
TT Trạm kiểm tra 
Điện thế (V/CSE) Nhận xét EON EOFF ECORR 
1 TP1-SA -1,051 -0,867 -0,145 Đạt điện thế bảo vệ 
2 TP2-SA -1,926 -1,035 -0,318 Đạt điện thế bảo vệ 
3 TP3-SA -2,389 -1,205 -0,059 Đạt điện thế bảo vệ 
Bảng 1. Kết quả đo điện thế bảo vệ tại các trạm kiểm tra
Hình 8. Phân bố DCVG vuông góc tại vị trí lớp sơn phủ khuyết tật
Hình 7. Kỹ thuật DCVG vuông góc
Hình 6. Phân bố DCVG song song tại vị trí lớp sơn phủ khuyết tật
PETROVIETNAM
49DẦU KHÍ - SỐ 4/2015 
hoạt hóa của đường ống ngầm tăng lên, do đó phải cung 
cấp dòng điện cao hơn để có thể đáp ứng yêu cầu của hệ 
thống bảo vệ cathode.
Trên cơ sở các kết quả đo chênh lệch điện thế có thể 
lựa chọn được vị trí lớp phủ có khả năng khuyết tật, bong 
tróc cao nhất để kiểm chứng thực tế. Hình 12 cho thấy lớp 
phủ có khuyết tật, bị bong tróc và hở kim loại nền. Kết quả 
thu được khẳng định độ chính xác của kỹ thuật đo phân 
bố điện thế và chênh lệch điện thế.
5. Kết luận
Sử dụng kết hợp phương pháp đo phân bố điện thế 
và chênh lệch điện thế giúp khảo sát và đánh giá nhanh, 
chính xác, hiệu quả tình trạng bảo vệ chống ăn mòn của 
hệ thống bảo vệ cathode đối với đường ống ngầm. 
Kết quả khảo sát thực tế tại hiện trường cho thấy bên 
Hình 9. Kết quả đo phân bố điện thế (a) và chênh lệch điện thế (b) 
của đường ống Pipe 01-SA
Hình 10. Kết quả đo phân bố điện thế (a) và chênh lệch điện thế (b) 
của đường ống Pipe 02-SA
Hình 11. Kết quả đo phân bố điện thế (a) và chênh lệch điện thế (b) 
của đường ống Pipe 03-SA
Hình 12. Kết quả kiểm chứng thực tế bong tróc lớp phủ
(a)
(a)
(a)
(b)
(b)
(b)
CÔNG NGHỆ - CÔNG TRÌNH DẦU KHÍ
50 DẦU KHÍ - SỐ 4/2015 
cạnh việc kiểm tra thường xuyên điện thế tại các trạm 
kiểm tra, cần kiểm tra định kỳ tổng thể điện thế dọc 
theo hệ thống đường ống ngầm để kịp thời phát hiện 
sự cố (nếu có), đảm bảo hệ thống bảo vệ cathode hoạt 
động hiệu quả, hệ thống đường ống ngầm vận hành 
an toàn.
Kỹ thuật đo phân bố điện thế và chênh lệch điện thế 
có khả năng áp dụng rộng rãi nhằm khảo sát và đánh 
giá hiệu quả hệ thống bảo vệ cathode chống ăn mòn 
cho các công trình dầu khí, đặc biệt đối với các công 
trình ngầm.
Tài liệu tham khảo
1. NACE RP0169-2002. Control of external corrosion 
on underground or submerged metallic piping systems. 
2. ISO 15589-1-2003. Petroleum and natural gas 
industries - Cathodic protection of pipeline transportation 
systems - Part 1: On land pipelines. www.iso.org.
3. Ronald L.Bianchetti. Survey methods and evaluation 
techniques. Peabody’s Control of Pipeline Corrosion (2nd 
edition). National Association of Corrosion Engineers. 
2001; p. 65 - 100.
Summary
The Close Interval Potential Survey (CIPS) technique is targeted at assessing the cathodic protection eff ectiveness 
over the entire length of the pipeline. Direct Current Voltage Gradient (DCVG) survey, based on measuring the voltage 
gradients in the soil above a cathodically protected pipeline, is the most accurate method available to size and locate 
pipe coating defects without direct access. In this paper, the authors present the principles of combining DCVG and 
CIPS techniques for actual assessment of buried pipeline’s cathodic protection eff ectiveness and the results obtained 
by using this technique.
Key words: Cathodic protection, close interval potential survey, direct current voltage gradient.
Effectiveness assessment of buried pipeline’s cathodic 
protection system by CIPS and DCVG techniques
Phan Cong Thanh, Pham Ngoc Hieu 
Truong Quang Truong, Nguyen Thi Le Hien
Vietnam Petroleum Institute