王立偉1 胡亞楠2 黎建國2 倪偉斌2 張勇2

1.中石油西部管道公司烏魯木齊輸油氣分公司，2.中石油西部管道公司獨(dú)山子輸油氣分公司

管道保護(hù)過程中，外壁保護(hù)依靠防腐涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)的方式，在長輸管道的保護(hù)上取得了顯著效果。然而對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)管道而言，若僅依靠防腐涂層保護(hù)，一方面由于很難進(jìn)行工廠機(jī)械化預(yù)制，站場(chǎng)管道大多采用現(xiàn)場(chǎng)涂裝，涂裝質(zhì)量存在一定不足，涂層本身缺陷也在所難免；另一方面由于站場(chǎng)內(nèi)綠化需要，土壤環(huán)境較站外更為潮濕，腐蝕性相對(duì)較強(qiáng)，則缺乏陰極保護(hù)的情況下，極易發(fā)生腐蝕甚至穿孔泄漏。因此，對(duì)站場(chǎng)內(nèi)管道進(jìn)行區(qū)域性陰極保護(hù)十分必要。

1 獨(dú)山子成品油站區(qū)域陰極保護(hù)現(xiàn)狀

獨(dú)山子成品油站建成于2008年，站內(nèi)區(qū)域根據(jù)功能主要分為閥組區(qū)、泵房和成品油罐區(qū)。其中罐區(qū)的所有儲(chǔ)罐均采用罐底MMO網(wǎng)狀陽極保護(hù)方式，其余埋地管道部分則采用深井陽極保護(hù)方式。獨(dú)山子成品油站站內(nèi)埋地管道系統(tǒng)主要包括站內(nèi)工藝管道以及消防系統(tǒng)管道，其中工藝埋地管道外壁表面積約為7320㎡，管道防腐層采用聚乙烯膠粘帶。防腐層等級(jí)為加強(qiáng)級(jí)，結(jié)構(gòu)分為三層，防腐層總厚度≥1.4mm。另有消防管線外壁總面積約5630㎡。

根據(jù)原設(shè)計(jì)說明，閥組區(qū)和站內(nèi)的所有埋地工藝及輔助管道系統(tǒng)均為保護(hù)對(duì)象。設(shè)計(jì)采用位于站外的一口預(yù)制式金屬氧化物深井陽極實(shí)施保護(hù)，陽極位于站外北側(cè)80m，埋深50m，陽極為10節(jié)，總長≥10m。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果及分析

2011年7月，針對(duì)站隊(duì)區(qū)域陰極保護(hù)現(xiàn)狀，由第三方公司與站隊(duì)共同對(duì)站場(chǎng)內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)密間距電位測(cè)量（CIS）進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)試根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及實(shí)際管道埋設(shè)情況，在站內(nèi)選取了30個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行通斷電電位測(cè)試，以檢驗(yàn)現(xiàn)有系統(tǒng)工作情況。測(cè)試工具采用萬用表和便攜式參比電極進(jìn)行，利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試樁內(nèi)的零位接線點(diǎn)。

通過此次測(cè)試可以看出，整個(gè)站區(qū)管網(wǎng)基本上都在未保護(hù)狀態(tài)，相當(dāng)一部分電位處于自然腐蝕范圍，通斷電位相差無幾。其中6、 7、 8三點(diǎn)位于站區(qū)泵房后，是站內(nèi)埋地管道最為密集的區(qū)域，此三處電位幾乎等于自然電位，說明站隊(duì)埋地管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)急需改造。

為排除可能的情況，對(duì)深井陽極與土壤電阻率進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見表2、表3。

從測(cè)試結(jié)果可知，站區(qū)外面的深井陽極附近，礫石較多且大，土壤露天，較干燥，易失水分，屬低腐蝕環(huán)境；站區(qū)內(nèi)礫石多、較小，有混凝土地坪，土壤不易失水，屬中度腐蝕環(huán)境。深井陽極系統(tǒng)阻值都正常，恒電位儀的輸出也正常，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得電位看來，整個(gè)站區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到保護(hù)狀態(tài)。

為檢驗(yàn)外加電流的影響，將恒電位儀調(diào)整至滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，針對(duì)30個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行第二次通斷電測(cè)試。結(jié)果見表4。

從上述結(jié)果可以得知，恒電位儀滿負(fù)荷運(yùn)載后，輸出電流只上升了0.6安，電流大小不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，對(duì)站區(qū)內(nèi)管網(wǎng)保護(hù)電位的提高沒有明顯的作用，大多數(shù)管網(wǎng)仍處于保護(hù)不足的狀態(tài)，為解決此問題，需要另外設(shè)計(jì)并安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)。

通過此次實(shí)際測(cè)試情況來看，顯示主要站內(nèi)工藝管道系統(tǒng)遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)的GB/T 21488 2008《埋地鋼制管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的-0.85~-1.5V的保護(hù)電位的要求，深井陽極的設(shè)備輸出回路電阻為7.5Ω，屬于偏高的范圍，根據(jù)陽極接地電阻值和恒電位儀的容量，當(dāng)恒電位儀輸出電壓為40伏，回路電阻為2歐時(shí)，才能夠輸出電流20安，根據(jù)現(xiàn)有站場(chǎng)的實(shí)際情況，恒電位儀滿負(fù)荷工作時(shí)電流只能達(dá)到4.8安，不能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的要求。同時(shí)加之站產(chǎn)接地網(wǎng)的消耗，導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到保護(hù)狀態(tài)。總之結(jié)合深井陽極的測(cè)試參數(shù)、陽極床的位置、接地網(wǎng)的屏蔽作用及現(xiàn)有恒電位儀的容量不能夠匹配現(xiàn)有站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)的需求，都是導(dǎo)致站場(chǎng)埋地管網(wǎng)欠保護(hù)的直接原因。

2 對(duì)站區(qū)陰極保護(hù)問題原因分析

由于目前區(qū)域陰極保護(hù)缺乏具體可供依據(jù)的規(guī)范，設(shè)計(jì)與施工多為依靠經(jīng)驗(yàn)，且影響區(qū)域陰極保護(hù)效果的原因較多，較為復(fù)雜，難以得出確切的系統(tǒng)失效原因，本文依據(jù)目前國內(nèi)外的區(qū)域陰極保護(hù)的主流技術(shù)與共同問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)獨(dú)山子成品油站區(qū)域陰極保護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

2.1 電流通過防雷接地系統(tǒng)流失

獨(dú)山子成品油站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)與避雷防靜電接地網(wǎng)相連，而目前認(rèn)為區(qū)域陰極保護(hù)中，外界影響最嚴(yán)重、最直接的就是站場(chǎng)各種電接地系統(tǒng)。國內(nèi)設(shè)計(jì)習(xí)慣為將管道、儲(chǔ)罐底板、混凝土基礎(chǔ)以及各種設(shè)備儀表接地構(gòu)成統(tǒng)一的防雷接地網(wǎng)，然而依據(jù)相關(guān)研究顯示，這會(huì)造成陰極保護(hù)電流的大量散失，并且輔助陽極的壽命減少到十分之一以上。此外，由于站場(chǎng)內(nèi)管道防腐層為現(xiàn)場(chǎng)涂裝，隨著時(shí)間增加，絕緣質(zhì)量差別較大，同樣造成電流消耗增大。根據(jù)國內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)，陰保 電流中超過85%流失于接地系統(tǒng)，僅不足15%的電流消耗在埋地管網(wǎng)與儲(chǔ)罐底板上。

圖2 獨(dú)山子成品油站接地網(wǎng)屏蔽示意圖

對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行電位測(cè)試（選取30個(gè)各區(qū)域代表性的測(cè)試點(diǎn)，采取斷開接地線的方式進(jìn)行測(cè)試），目的是說明接地網(wǎng)的屏蔽作用（測(cè)試結(jié)構(gòu)理論上應(yīng)該是接地網(wǎng)的電位在-0.85~-1.5V之間，處于別保護(hù)狀態(tài)）。同時(shí)對(duì)接地網(wǎng)的面積進(jìn)行計(jì)算，并按50mA/m2進(jìn)行計(jì)算接地網(wǎng)消耗的電流量，通過結(jié)果進(jìn)一步說明我站大部分陰保電流被接地網(wǎng)消耗了，同時(shí)作為接下來計(jì)算電流需求量得理論依據(jù)。

2.2 屏蔽問題

（1）獨(dú)立的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。獨(dú)山子成品油站內(nèi)儲(chǔ)油罐區(qū)采用單獨(dú)的罐底鋪設(shè)網(wǎng)狀陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)，站內(nèi)埋地管道則為深井陽極陰極 保護(hù)系統(tǒng)，這一設(shè)計(jì)同目前我國大多已建的站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)設(shè)計(jì)類似，即對(duì)站內(nèi)地下管道和地面儲(chǔ)油罐實(shí)施分開獨(dú)立的陰極保護(hù)，但依據(jù)收集到的資料得知，這種設(shè)計(jì)很容易產(chǎn)生屏蔽和雜散電流腐蝕的問題。解決這一問題的一個(gè)行之有效的方法是將區(qū)域內(nèi)所有要保護(hù)的構(gòu)件和設(shè)施作為一個(gè)整體進(jìn)行區(qū)域陰極保護(hù)。

（2）深井陽極。深井陽極這一設(shè)計(jì)同樣會(huì)產(chǎn)生屏蔽問題。依據(jù)美國防腐專家A.W.Peabody在其著作 《Control of Pipeline Corrosion》“Shieldingin Congested Areas”一節(jié)中的相關(guān)試驗(yàn)及其結(jié)論，由于站場(chǎng)內(nèi)埋地構(gòu)件眾多，結(jié)構(gòu)密集區(qū)的管道可能會(huì)與接地系統(tǒng)、鋼筋混凝土基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)、供水管線相將接觸，流向該區(qū)域的總電流足以在土壤中產(chǎn)生電位梯度，繼而產(chǎn)生屏蔽。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，屏蔽影響由邊緣向密集區(qū)的中央呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，如果其中存在裸管，則屏蔽將非常嚴(yán)重。對(duì)照表1及4中測(cè)試數(shù)據(jù)，獨(dú)山子成品油站內(nèi)保護(hù)電位最弱的點(diǎn)位于陰極保護(hù)系統(tǒng)中較為中心的位置，由于輸油泵站區(qū)域較大，地下管網(wǎng)較多，因此，區(qū)域陰保除靠近陽極地床的區(qū)域配管外，相當(dāng)一部分由于地下管道的相互電屏蔽及接地網(wǎng)的影響而沒有達(dá)到保護(hù)電位，屏蔽問題的比較嚴(yán)重。

2.3 干擾問題

對(duì)獨(dú)烏線0-76km范圍內(nèi)保護(hù)電位進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出站4km內(nèi)，保護(hù)電位明顯過高，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

從此表可以看出，出站4km范圍內(nèi)管道干線均存在過保護(hù)現(xiàn)象，特別是5km處，距離站場(chǎng)最近，其過保護(hù)現(xiàn)象最為嚴(yán)重。結(jié)合自然電位測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)全線恒電位儀斷電后，測(cè)量此段管線的自然電位均在-1000mv左右，可以判定存在嚴(yán)重的電流干擾。

其中干擾分為控制點(diǎn)有電流流入與電流流出兩種。分析獨(dú)山子成品油站實(shí)際情況，站場(chǎng)近端存在嚴(yán)重的過保護(hù)，而遠(yuǎn)端保護(hù)電流并無明顯不足，屬于控制點(diǎn)有電流流出的情況。即由于控制點(diǎn)電流流出，導(dǎo)致極化減小，為維持設(shè)定的控制電位，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)提高輸出電流，導(dǎo)致整個(gè)管段陰極極化增大，對(duì)管道近端形成過保護(hù)。

3 對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的改造方案

在進(jìn)行具體的檢測(cè)后，北京鼎尚基業(yè)科技有限公司提出了在站內(nèi)鋪設(shè)基于MMO/Ti的柔性陽極的改造方案。

柔性陽極開發(fā)的目的就是用來解決傳統(tǒng)陰極保護(hù)難題的，尤其用來解決陰極保護(hù)中因屏蔽而造成保護(hù)不足和過保護(hù)同時(shí)存在的難題，以及對(duì)外界金屬構(gòu)筑物特別是對(duì)干線管道的干擾問題。

圖3為柔性陽極與傳統(tǒng)的深井陽極和分布式淺埋陽極的特點(diǎn)對(duì)比，圖3中紅、黑、白三條曲線分別代表柔性陽極、分布式陽極以及深井陽極等保護(hù)系統(tǒng)在管采用柔線上的電位分布形態(tài)。柔性陽極電位分布為-0.9-- -1.0V；分布式陽極電位分布為-0.79-- -1.3V；深井陽極保護(hù)情況下的電位分布為-0.7V-- -1.6V。不難看出，柔性陽極的電位分布最為均衡，能很好地避免保護(hù)不足和過保護(hù)的問題，過保護(hù)對(duì)管道防腐層和管道材質(zhì)，尤其是對(duì)X80鋼的危害不容忽視。

針對(duì)獨(dú)山子成品油站內(nèi)的土壤條件、管網(wǎng)復(fù)雜程度和管道防腐層的可能破損情況，以及可能存在的屏蔽與干擾現(xiàn)象，柔性陽極是較為合理的選擇。

4 結(jié)語與建議

1、獨(dú)山子成品油站保護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，埋地管網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)存在電流大量流失、屏蔽、干擾等可能性。

2、采用增加陽極的辦法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造是比較有針對(duì)性的方法，其中柔性陽極具有較大優(yōu)勢(shì)。

3、區(qū)域陰極保護(hù)作為站場(chǎng)管道防腐的重要保證，正日益被重視，但當(dāng)前技術(shù)水平發(fā)展較為緩慢，缺乏相關(guān)的規(guī)范，僅依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，數(shù)值型模型是目前的研究方向。 

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作者簡介：王立偉，工程師，1979年生，2005年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，國家級(jí)注冊(cè)安全工程師，現(xiàn)主要從事基層站隊(duì)安全生產(chǎn)管理。

2014年第1期（總第14期）