典型站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾的檢測(cè)及處理方法
來(lái)源:《管道保護(hù)》雜志 作者:楊永和 胡江鋒 李振軍 方衛(wèi)林 吳思憲 王晉中 時(shí)間:2018-7-4 閱讀:
楊永和 胡江鋒 李振軍 方衛(wèi)林 吳思憲 王晉中
中國(guó)石油西部管道分公司
壓氣站作為天然氣生產(chǎn)和輸送中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),站內(nèi)一般包含了工藝管網(wǎng)、防雷接地網(wǎng)等在內(nèi)的多種埋地金屬構(gòu)筑物。為了保護(hù)站內(nèi)埋地管網(wǎng)及防雷接地網(wǎng)的安全長(zhǎng)效運(yùn)行,近年來(lái)區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展迅速[1-2]。由于站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)所保護(hù)的埋地構(gòu)筑物多為裸鋼或防腐層較差的鋼結(jié)構(gòu),而站外陰極保護(hù)系統(tǒng)所保護(hù)的干線防腐層較好,站內(nèi)、外兩套陰極保護(hù)系統(tǒng)所需的保護(hù)電流存在較大差異,因此常采用絕緣接頭將站內(nèi)、外管線電隔離,即站場(chǎng)內(nèi)外各自采用獨(dú)立的陰極保護(hù)系統(tǒng)。由于站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)通常距離站外干線較近,如果設(shè)計(jì)不合理,站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)會(huì)對(duì)站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,引起干線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出異常,無(wú)法達(dá)到保護(hù)效果,目前國(guó)內(nèi)對(duì)于不同陰極保護(hù)系統(tǒng)間干擾問(wèn)題的檢測(cè)和處理仍處于研究探索階段[3-4]。
某壓氣站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)采用淺埋陽(yáng)極地床的外加電流保護(hù)方式,通過(guò)3路淺埋陽(yáng)極地床來(lái)保護(hù)站場(chǎng)內(nèi)的接地網(wǎng)、埋地工藝管線及壓縮機(jī)區(qū)域埋地金屬構(gòu)筑物,F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn),站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后,引起該站所轄干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流為零,同時(shí)下游出站端管線極化電位較正常保護(hù)下管線的極化電位正移0.5 V左右。通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試驗(yàn)明確了干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾源,并進(jìn)行了有效治理,將干線恒電位儀的輸出參數(shù)恢復(fù)至干擾前的水平。
1 站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾排查
某壓氣站站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由1套4路恒電位儀、柔性陽(yáng)極地床、高硅鑄鐵淺埋輔助陽(yáng)極地床、參比電極、饋流點(diǎn)和測(cè)試點(diǎn)、分流箱、連接電纜等構(gòu)成。每路的設(shè)計(jì)保護(hù)區(qū)域:第1回路保護(hù)站區(qū)接地系統(tǒng);第2回路保護(hù)工藝裝置區(qū)、收發(fā)球筒區(qū)、放空區(qū)及其周?chē)芫W(wǎng);第3回路保護(hù)壓縮機(jī)區(qū)及其周?chē)芫W(wǎng);第4回路備用。設(shè)備采用福建三明PS-3F型恒電位儀,額定輸出功率為50 V/30 A。
站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后,干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流即為零,為確認(rèn)是區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的哪一路對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)存在干擾,將3路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀分別通斷,觀察線路陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出,見(jiàn)表1:
表1 干線陰保恒電位儀輸出值
由上表可以看出,第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟后,干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流變?yōu)榱,這是因?yàn)榫路控制參比電極一般放置在出站絕緣接頭站外側(cè)附近,且處于第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極地床的陽(yáng)極電場(chǎng)影響區(qū),導(dǎo)致有雜散電流從該段管道上流入,雜散電流的流入導(dǎo)致極化增大,恒電位儀為維持設(shè)定的控制電位,輸出電壓和輸出電流自動(dòng)降低為零。干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀無(wú)輸出,最終導(dǎo)致站場(chǎng)上下游管線實(shí)際得不到陰極保護(hù),增大了管線發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。
2 干擾及緩解措施的數(shù)值模擬分析
根據(jù)該站的平面布置圖、埋地管網(wǎng)分布圖、接地網(wǎng)分布圖情況建立了陰極保護(hù)電位分布數(shù)值模擬及干擾模擬計(jì)算的三維幾何模型,通過(guò)計(jì)算控制參比電極的可能移動(dòng)位置來(lái)保證線路陰極保護(hù)系統(tǒng)能以恒電位模式正常工作,為下一步的調(diào)整和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供一定的借鑒指導(dǎo)作用。
該站的平面分布圖、管網(wǎng)分布圖及站內(nèi)接地網(wǎng)分布圖如圖1~3所示。
根據(jù)圖1~3所示的基礎(chǔ)資料建立了該站區(qū)域陰極保護(hù)數(shù)值模擬及干擾模擬計(jì)算的三維模型,并進(jìn)行了邊界元網(wǎng)格劃分,如圖4和5所示。
利用軟件對(duì)站內(nèi)外干擾模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,研究陽(yáng)極干擾區(qū)的距離。
首先模擬計(jì)算了不存在干擾時(shí),站場(chǎng)附近線路的陰極保護(hù)電位分布,如圖6所示。由圖可見(jiàn),不存在干擾時(shí),站場(chǎng)附近線路能受到良好的陰極保護(hù),且保護(hù)電位能達(dá)到-1.0 V左右,對(duì)應(yīng)云圖中色塊的顏色為淡綠色。
當(dāng)存在干擾時(shí),即站場(chǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)輸出電流為30 A時(shí),站場(chǎng)附近出站和進(jìn)站線路的陰極保護(hù)電位分布分別如圖7和圖8所示。由圖可見(jiàn),存在干擾時(shí),站場(chǎng)附近線路由于受到陽(yáng)極干擾的影響而發(fā)生電位負(fù)移,但未發(fā)生過(guò)保護(hù)的情況。以淡綠色為無(wú)干擾時(shí)的正常電位標(biāo)志,由圖可見(jiàn)該陽(yáng)極干擾的影響距離可能達(dá)到200~300 m,此時(shí)應(yīng)將參比電極移動(dòng)到300 m以外。
3 干擾程度及范圍
3.1 干擾程度
為保證站場(chǎng)上下游管線得到有效的陰極保護(hù),需改變目前線路陰極保護(hù)系統(tǒng)控制參比電極的位置,使線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀能夠正常恒電位工作。盡管改變控制參比電極的位置,能夠使恒電位儀能夠正常工作,但位于區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極地床影響區(qū)的管線仍然受陽(yáng)極干擾[5-6],為考察影響區(qū)內(nèi)的管線受干擾的程度,調(diào)整區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出,見(jiàn)表2:
同時(shí)調(diào)整干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出,使得其輸出電流維持在未受干擾的水平,然后與區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀同步通斷,測(cè)得干線進(jìn)出站絕緣接頭兩端的電位如表3所示:
測(cè)試結(jié)果表明,若將干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的控制參比電極移動(dòng)到陽(yáng)極干擾區(qū)之外,同時(shí)維持干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電流在未受干擾的水平,測(cè)得干線出站絕緣接頭站外管段極化電位為-1.20 V,干線未發(fā)生過(guò)保護(hù)的情況,這說(shuō)明區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)未對(duì)站外管線的極化電位產(chǎn)生影響。
3.2 干擾范圍
為考察區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍,將區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀調(diào)整為通斷運(yùn)行,沿管線出站下游方向測(cè)量干線不同點(diǎn)的通電電位,見(jiàn)下表:
由上表可以看出,當(dāng)便攜式參比電極放置在距出站絕緣接頭下游350 m處時(shí),站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀通斷電運(yùn)行不會(huì)引起干線通電電位的變化,說(shuō)明區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍為出站350 m以內(nèi),與模擬計(jì)算結(jié)果相一致。
4 干擾問(wèn)題處理
根據(jù)前期測(cè)試及模擬計(jì)算結(jié)果,為消除區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾,需將線路控制參比電極沿出站管線下游方向移動(dòng)350 m,并重新敷設(shè)參比電纜,與原有參比電纜連接。由于原有參比電纜出站后無(wú)法準(zhǔn)確定位埋深及走向,且站內(nèi)外落差有6m,因此不宜在站外開(kāi)挖查找電纜。在站內(nèi)管線出站位置,沿管線開(kāi)挖便于查找原有參比電纜。
線路控制參比電極遷移前后,區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀及線路陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出參數(shù)如下表:
由上表可以看出,線路控制參比遷移后,線路陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀基本不受區(qū)域陰保系統(tǒng)的影響。
5 結(jié)論
(1)第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟后,干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流為零,說(shuō)明第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)存在陽(yáng)極干擾;
(2)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)站外陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽(yáng)極干擾未引起站外管線的極化電位過(guò)負(fù)的現(xiàn)象;
(3)經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試,區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍為出站350 m以內(nèi);
(4)干線控制參比遷移后,干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀基本不受區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響。 ◢
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(作者簡(jiǎn)介:楊永和,西部管道公司管道處處長(zhǎng),高級(jí)工程師)
2014年第3期(總第16期)
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