李振軍 王成 吳錦強 趙康

國家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道公司

 

摘要：通過對不同形式陽極地床保護(hù)下的站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行測試，評價各種形式陽極地床的區(qū)域陰極保護(hù)效果及對干線管道的干擾影響。結(jié)果表明，在埋地金屬結(jié)構(gòu)物密集區(qū)域，由于接地網(wǎng)的漏電和屏蔽作用，西部管道采用深井陽極地床難以使金屬結(jié)構(gòu)物密集區(qū)域的被保護(hù)管道達(dá)到有效的陰極保護(hù)；將分布式淺埋陽極埋設(shè)在被保護(hù)管道附近，陰保電流可通過較短的路徑到達(dá)被保護(hù)管道表面，使被保護(hù)管道得到有效的陰極保護(hù)。深井陽極地床電流分布范圍廣，極易從干線管道遠(yuǎn)離站場的位置流入管道、從絕緣接頭外側(cè)流出，回到站場內(nèi)部，會造成絕緣接頭外側(cè)電位偏正，形成陰極干擾；而分布式淺埋陽極和柔性陽極對干線管道造成的陰極干擾較小。

關(guān)鍵詞：區(qū)域陰極保護(hù)；分布式淺埋陽極；深井陽極；雜散電流干擾

 

區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)作為防止站場埋地金屬結(jié)構(gòu)物腐蝕的一種有效措施，已經(jīng)在國內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用[1,2]。區(qū)域性陰極保護(hù)是將站場內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物作為保護(hù)對象，依靠陽極地床的合理設(shè)計、保護(hù)電流的合理分配以及相鄰工作區(qū)的相對隔置，使得保護(hù)對象處于陰極保護(hù)準(zhǔn)則要求的范圍之內(nèi)。區(qū)域陰極保護(hù)主要有犧牲陽極方式和強制電流方式[3]。強制電流陰極保護(hù)方式中，陽極地床的形式和分布是決定系統(tǒng)設(shè)計成功與否的關(guān)鍵，在選擇輔助陽極地床時，需要基于站場特點，根據(jù)不同輔助陽極地床的特點進(jìn)行選擇，目前輔助陽極地床的形式主要有深井陽極，淺埋陽極和柔性陽極[1,3]。西部管道站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)對象繁多，陰極保護(hù)電流需求大，地下金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜，干擾和屏蔽問題突出[4]。本文對比不同輔助陽極地床形式的優(yōu)缺點，測試和分析采用不同陽極地床形式的站場區(qū)域陰極保護(hù)效果和對干線管道的干擾影響，提出本案例中區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的問題和治理措施，并進(jìn)一步測試經(jīng)治理后站場的區(qū)域陰極保護(hù)效果和干線管道受干擾情況。

1  站場陰極保護(hù)狀況及存在的問題

以西部管道某壓氣站為例，站場埋地管道區(qū)域分為：分離器區(qū)、收發(fā)球區(qū)、壓縮機區(qū)、循環(huán)空冷區(qū)和后置空冷區(qū)。2009年投運區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)，共有6臺恒電位儀，4臺運行2臺備用。4臺恒電位儀分別對應(yīng)保護(hù)區(qū)域為：1#分離器區(qū)、2#放空管線、3#收發(fā)球區(qū)和4#壓縮機及循環(huán)空冷區(qū)，保護(hù)區(qū)域分布情況見圖 1，恒電位儀的參數(shù)及運行狀態(tài)見表 1。站場內(nèi)有2口80 m深井陽極，位于站場西南側(cè)和南側(cè)，分別連接2#和4#恒電位儀，兩路恒電位儀保護(hù)站內(nèi)埋地管道；分離器區(qū)和收發(fā)球區(qū)埋設(shè)柔性陽極進(jìn)行保護(hù)，分別連接1#和3#恒電位儀，柔性陽極與埋地管道并行敷設(shè)；壓縮機區(qū)埋設(shè)分布式淺埋陽極進(jìn)行保護(hù)，連接4#恒電位儀，陽極位于空冷區(qū)北側(cè)（圖 1）。

表 1 恒電位儀的參數(shù)及運行狀態(tài)

圖 1 區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域和陽極地床分布圖

站場內(nèi)各個區(qū)域的管道極化電位和自然電位的測試結(jié)果見圖 2，對應(yīng)的測試點分布位置見圖 3。站場極化電位在﹣1.17 V～﹣0.38 VCSE之間，自然電位在﹣0.62 V～﹣0.31 VCSE之間。24處管道極化電位不滿足保護(hù)電位負(fù)于﹣0.85 VCSE電位準(zhǔn)則，陰極極化值40 mV～590 mV（圖 4），6處管道極化電位不滿足100 mV準(zhǔn)則，管道保護(hù)率為82.35%。欠保護(hù)區(qū)域分布在放空管線的7#測試點、收發(fā)球區(qū)的10#測試點、壓縮機和循環(huán)空冷區(qū)的21#測試樁和25#―27#測試點。對比不同區(qū)域的極化電位可以看出，采用柔性陽極保護(hù)的分離器區(qū)、收發(fā)球區(qū)和靠近分布式淺埋陽極區(qū)域的循環(huán)空冷區(qū)的測試點（如18#，20#，23#），管道極化效果較好，極化電位偏負(fù)，而僅靠深井陽極保護(hù)的壓縮機區(qū)域附近的測試點（如24#―28#）極化電位偏正，極化值小于100 mV，處于欠保護(hù)狀態(tài)。主要原因是附近接地網(wǎng)密集，造成電流大量漏失和屏蔽，使得深井陽極的電流無法達(dá)到此位置管道的表面。

圖 2 站場埋地管道極化電位和自然電位測試結(jié)果

圖 3 區(qū)域陰極保護(hù)測試點分布圖

圖 4 站場埋地管道極化值測試結(jié)果

基于以上問題，開展站場測試評價。逐個開啟站內(nèi)恒電位儀，測試進(jìn)出站絕緣接頭外側(cè)電位，分析區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對站外管道的干擾情況，測試結(jié)果見表 2。在2#恒電位儀和4#恒電位儀開啟時，進(jìn)出站管道電位均明顯正向偏移，在2#恒電位儀開啟時，進(jìn)站管道電位正向偏移1.153 V，出站管道電位正向偏移1.030 V，4#恒電位儀開啟時，進(jìn)站管道電位正向偏移0.870 V，出站管道電位正向偏移0.651 V，1#和3#恒電位儀開啟，對管道電位影響不明顯，表明2#和4#恒電位儀對站外管道造成干擾影響。2#和4#恒電位儀連接2口深井陽極，深井陽極保護(hù)范圍廣[5]，電流從干線管道遠(yuǎn)離站場的管道流入，沿管道往站場方向流動，在絕緣接頭外側(cè)流出，再流回區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)，如圖 5所示[6]，對干線管道造成陰極干擾，使絕緣接頭外側(cè)管道存在腐蝕風(fēng)險。以上測試結(jié)果表明，柔性陽極對干線管道造成的干擾小，而采用深井陽極造成的干擾較大。

表 2 站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)對站外管道干擾測試結(jié)果

圖 5 站外管道受區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)影響造成的陰極干擾示意圖

綜合以上測試結(jié)果和基礎(chǔ)資料顯示，站場陰極保護(hù)存在以下問題：①放空管線、收發(fā)球區(qū)、壓縮機和循環(huán)空冷區(qū)存在欠保護(hù)點，尤其是壓縮機區(qū)域的電位偏正；②區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對干線管道造成陰極干擾，絕緣接頭處存在腐蝕風(fēng)險；③分離器和收發(fā)球區(qū)的柔性陽極使用時間長，存在失效風(fēng)險。

2  站場陰極保護(hù)治理措施及效果測試

根據(jù)存在的問題，采取相應(yīng)的治理措施：①停用2口深井陽極；②廢棄分離區(qū)、收發(fā)球區(qū)損壞的柔性陽極地床；③在站場各個區(qū)域增設(shè)分布式淺埋高硅鑄鐵陽極,埋設(shè)情況為分離器區(qū)21支，收發(fā)球區(qū)25支，壓縮機區(qū)20支，后置空冷區(qū)15支，放空管區(qū)11支。分布式陽極距離管道約2 m，陽極間距5 m～9 m。

治理措施實施后，恒電位儀的運行狀態(tài)和管道的極化電位見表 3和圖 6。站場極化電位在﹣1.20 V～﹣0.67 VCSE之間，略微偏正的6處管道陰極極化值在140 mV～770 mV之間（圖 7），滿足陰極電位負(fù)向偏移至少100 mV準(zhǔn)則，管道保護(hù)率100%。對比治理前后管道極化電位可以看出，站場內(nèi)極化電位整體有明顯提升，在壓縮機區(qū)增設(shè)淺埋高硅鑄鐵陽極后，25#―28#測試點位置的電位明顯負(fù)向偏移，陰極極化值從70 mV～110 mV提升至310 mV～520 mV，表明在電流大量漏失和屏蔽區(qū)域，采用淺埋高硅鑄鐵陽極，可以有效提升屏蔽區(qū)域的管道極化電位水平。

表 3 治理措施實施后恒電位儀的參數(shù)及運行狀態(tài)

圖 6 治理措施實施后站場埋地管道極化值測試結(jié)果

圖 7 治理措施實施后站場埋地管道極化電位測試結(jié)果

逐個開啟站內(nèi)恒電位儀，測試進(jìn)出站絕緣接頭外側(cè)電位，分析治理措施實施后區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對站外管道的雜散電流干擾情況，測試結(jié)果見表 4。在開啟站內(nèi)4路恒電位儀時，進(jìn)出站管道的電位變化不明顯，表明采用分布式淺埋陽極對干線管道的干擾影響小。

表 4 治理后陰極保護(hù)系統(tǒng)對站外管道干擾測試結(jié)果

3  陽極地床應(yīng)用對比結(jié)論

深井陽極占地小、保護(hù)范圍大、接地電阻小、保護(hù)電流分布均勻，能夠為站場提供較大面積的陰極保護(hù)。但其在西部應(yīng)用受到地質(zhì)條件影響，地下巖層影響了其作用的發(fā)揮。此外，對于電流需求量大的金屬結(jié)構(gòu)物密集區(qū)位置，深井陽極無法提供足夠的陰極保護(hù)電流，造成密集區(qū)極化效果差[6]。深井陽極影響范圍大，區(qū)域陰極保護(hù)電流容易流入干線管道，對干線管道造成雜散電流干擾。

淺埋陽極地床施工簡單，維修更換容易，不易損壞，保護(hù)電流分布范圍較深井陽極小,適合用于接地較多或結(jié)構(gòu)物復(fù)雜區(qū)域[7]。但其設(shè)計、施工對人員技術(shù)要求高，需要熟悉管線情況，在新建管線施工階段，需要采用邊施工、邊饋電、邊調(diào)整的方式才能夠達(dá)到有效保護(hù)。

柔性陽極地床電流分布均勻，不存在密集管網(wǎng)屏蔽問題[8]，在土壤電阻率較大時依舊能夠有效保護(hù)管道，對站外陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾小。但其線電流及陽極擊穿電壓較小，輸出電流有限，區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)電流需求量大時，過電流易造成陽極失效。同時，施工或開挖時的不規(guī)范操作或不合理敷設(shè)，常會導(dǎo)致陽極絲斷裂，使得部分陽極失效，又難以排查斷點。

4  改進(jìn)措施及管理建議

（1）站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果和對干線管道的雜散電流干擾，主要由陽極地床的選擇及具體分布決定。本案例研究結(jié)果顯示，西部管道站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)采用分布式淺埋陽極地床為主，其他陽極地床為輔的敷設(shè)形式，保護(hù)效果好、造成的干擾影響小。

（2）需要定期對站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行測試評價，及時發(fā)現(xiàn)存在問題，并針對性整改。

（3）站場接地系統(tǒng)會漏失大部分陰極保護(hù)電流，日常運行維護(hù)、整改時需要重點關(guān)注。

（4）站場埋地金屬結(jié)構(gòu)物較多，情況復(fù)雜，需要管理單位摸清區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)狀況，建立基礎(chǔ)資料臺賬，持續(xù)不斷改進(jìn)。

（5）站場進(jìn)出站絕緣接頭區(qū)域易受到陰保系統(tǒng)間相互干擾，需要根據(jù)現(xiàn)場情況選擇陽極類型、調(diào)整陽極布置，減緩干擾影響。

 

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作者簡介：李振軍，1984年生，高級工程師，工程碩士，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），主要從事管道防腐管理工作。聯(lián)系方式：18963818228，lizj01@pipechina.com.cn。