輸油站場區(qū)域陰極保護(hù)

趙常英

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552）

輸油站場區(qū)域陰極保護(hù)

趙常英

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552）

站場的區(qū)域陰極保護(hù)由于被保護(hù)體多、分布復(fù)雜、電流需求量大、邊界條件復(fù)雜，其設(shè)計和實施存在較大難度。文章介紹了達(dá)坂城中間熱泵站區(qū)域陰極保護(hù)的設(shè)計思路、方式選擇和實施過程，并對實施后的陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場測試。測試結(jié)果表明，對于已建采用接地模塊作為接地的站場，接地模塊雖然泄漏一定量的陰極保護(hù)電流，但可以通過增加陽極系統(tǒng)的數(shù)量進(jìn)行抵消，不必進(jìn)行拆除。此外，采用邊設(shè)計、邊施工、邊測量、邊調(diào)整的做法，既可以有效控制工程費用，又可達(dá)到很好的保護(hù)效果。

輸油站場；區(qū)域陰極保護(hù)；接地模塊

0 引言

對于輸油站場，采用陰極保護(hù)對站內(nèi)管道和埋地鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)未列入國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此采用陰極保護(hù)系統(tǒng)的實例較少。近年來，各輸油氣站場配管系統(tǒng)腐蝕的事例不斷出現(xiàn)，且站內(nèi)設(shè)備接地以及管道品類較多，站內(nèi)腐蝕泄漏的危害遠(yuǎn)比干線高。雖然站內(nèi)埋地管道有防腐涂層保護(hù)，但防腐涂層不可避免地會存在缺陷，從而導(dǎo)致腐蝕泄漏事故的發(fā)生。國家某重點工程建成4年后，相關(guān)單位對該工程部分站場的防腐狀況進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：被調(diào)查站場中，沒有一個站場的埋地管道外防腐層完全有效，其中70%站場的埋地管道外防腐層失效，需盡快進(jìn)行全面大修，另外30%站場的埋地管道外防腐層雖短期有效，但也應(yīng)制訂外防腐層中遠(yuǎn)期維修或大修計劃，并逐步實施。由此可見，僅靠涂層無法滿足埋地管道的防腐要求。越來越多的看法認(rèn)為，對站內(nèi)埋地管道采取陰極保護(hù)是十分必要的。

在2008年，經(jīng)過業(yè)主和設(shè)計方共同探討后，決定對達(dá)坂城中間熱泵站站場內(nèi)的埋地管網(wǎng)進(jìn)行陰極保護(hù)。站場原采用了垂直接地模塊（ZGD-I-3型Φ 260 mm×1 000 mm），由于接地模塊主要材料是碳粉，從理論上來說，雖然排流能力較強(qiáng)，但會使部分陰極保護(hù)電流從接地極流入大地，從而可能造成陰極保護(hù)系統(tǒng)失效。

本文介紹達(dá)坂城中間熱泵站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計方法，以及如何解決接地模塊可能存在的漏流失效問題的設(shè)計思路。在系統(tǒng)運行后，進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果確定了站場的最終陰極保護(hù)方案。

1 達(dá)坂城站場基礎(chǔ)資料及陰極保護(hù)設(shè)計

1.1 基礎(chǔ)資料及概況

達(dá)坂城中間熱泵站于2007年3月動工，同年8月投產(chǎn)，該站建于山坡上，占地面積19 930 m2，站內(nèi)有加熱爐區(qū)、閥組區(qū)和油罐區(qū)，并設(shè)有SCADA系統(tǒng)。站內(nèi)土壤電阻率約為150 Ω·m，地下水位深度約為20 m。

該站的主要保護(hù)對象是站內(nèi)閥組區(qū)及加熱爐區(qū)的工藝、熱力、消防等埋地管網(wǎng)，由于此范圍內(nèi)的接地?zé)o法與管網(wǎng)斷開，故也列入保護(hù)范圍內(nèi)。而變電區(qū)內(nèi)由于沒有埋地管網(wǎng)，所以不在保護(hù)范圍內(nèi)。目前變電站尚未建設(shè)，為了防止變電區(qū)接地對陰極保護(hù)電流的泄漏，將變電區(qū)接地與場區(qū)內(nèi)的接地斷開，并各自設(shè)有獨立的接地網(wǎng)。達(dá)坂城站內(nèi)埋地管網(wǎng)及罐底表面積900 m2，接地體鍍鋅扁鋼表面積317 m2，接地模塊120根。

1.2 接地模塊對陰極保護(hù)的影響及處理思路

場區(qū)內(nèi)的垂直接地采用接地模塊（ZGD-I-3型Φ260 mm×1 000 mm），接地模塊主要材料是碳粉，鋼鐵的自然電位約為-0.5 V（SHE），而碳的自然電位約為0.02～0.3 V（SHE），從理論上說，接地模塊消耗的陰極保護(hù)電流要比鋼鐵大得多。由于站內(nèi)的接地模塊已經(jīng)埋地，如果全部進(jìn)行更換，需要大量的土方開挖，開挖后恢復(fù)原貌，不僅工程量大，而且影響站場的規(guī)格化管理。因此，在無法確定接地模塊具體電流泄漏量的前提下，暫不拆除接地模塊。區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)投運后，對陰極保護(hù)系統(tǒng)的效果進(jìn)行檢測，如果系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計要求，則不再更換接地模塊。如果接地模塊消耗的保護(hù)電流很大，采用大功率的恒電位儀尚無法保證區(qū)域陰極保護(hù)的需求，則需對接地模塊系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1.3 區(qū)域陰極保護(hù)方式選擇

區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展落后于長輸管道陰極保護(hù)技術(shù)。長輸管道的陰極保護(hù)有較為成熟的計算公式，而區(qū)域保護(hù)被保護(hù)體多、分布復(fù)雜、電流需求量大、邊界條件復(fù)雜，電位與電流密度呈非線性關(guān)系，目前國際上尚無較有效的計算公式及計算軟件。

目前國內(nèi)外區(qū)域陰極保護(hù)大部分采用外加電流方式，主要是考慮站內(nèi)接地系統(tǒng)較多，又無法與被保護(hù)體斷開，對陰極保護(hù)電流的需要量很大。而犧牲陽極系統(tǒng)驅(qū)動電壓差小，輸出電流量較少，且不適用于達(dá)坂城站這樣的高土壤電阻率地區(qū)（土壤電阻率高達(dá)150 Ω·m），因此最終選用了外加電流陰極保護(hù)的方式。

區(qū)域陰極保護(hù)中，有85%的電流用在保護(hù)混凝土中的鋼筋及防雷防靜電接地，僅有15%的電流是用于保護(hù)埋地管道。因此，陽極地床的選擇及分布至關(guān)重要。區(qū)域陰極保護(hù)中外加電流的輔助陽極有深井陽極、淺埋陽極及柔性陽極，三種輔助陽極各有其特點及應(yīng)用環(huán)境。

深井陽極地床適用于地表土壤電阻率高的環(huán)境，其占地面積小，電流分布范圍廣且均勻（見圖1）。

淺埋陽極適用于土壤電阻率低的環(huán)境，其占地面積大，保護(hù)電流分布范圍?。ㄒ妶D2），易造成電流分布不均勻及屏蔽現(xiàn)象。

圖2 淺埋陽極應(yīng)用示意

柔性陽極與管道平行敷設(shè)，輸出電流均勻，避免了過保護(hù)和保護(hù)不足的問題，不受土壤電阻率大小的影響（見圖3），但造價高，一般只在關(guān)鍵地方且土壤電阻率極高的部分區(qū)域使用。

圖3 柔性陽極敷設(shè)應(yīng)用示意

通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面的綜合對比，達(dá)坂城中間熱泵站區(qū)域陰極保護(hù)原設(shè)計中外加電流的輔助陽極采用深井陽極與淺埋陽極相結(jié)合的陽極地床方式。先通過現(xiàn)場做饋電試驗初步確定電流量，在適當(dāng)?shù)胤绞┕ど罹枠O，然后邊施工邊調(diào)試，如果確認(rèn)保護(hù)效果不能達(dá)到設(shè)計要求，可以在保護(hù)欠缺處輔以淺埋地床。

1.4 區(qū)域陰極保護(hù)施工

達(dá)坂城中間加熱站站外有2條管道（1條原油管道及1條成品油管道），2條管道同溝敷設(shè)，該站是對原油進(jìn)行加熱的換熱站，成品油管道只在該站設(shè)置了截斷閥，所以原油管道進(jìn)出站均安裝了絕緣接頭，而成品油管道沒有安裝絕緣接頭。深井陽極位置選擇時充分考慮了對站外系統(tǒng)的干擾問題，盡量遠(yuǎn)離縱穿站場的成品油管道。

由于現(xiàn)場不具備做饋電試驗的條件，故施工時調(diào)整了方案，采用邊施工邊調(diào)試的做法。供電設(shè)備選用2臺50A/50V的恒電位儀，每臺設(shè)備均具備斷電測試功能。首先在加熱爐區(qū)打1口陽極井，井深為60 m，井內(nèi)安裝預(yù)包裝金屬氧化物陽極（MMO），在站場內(nèi)均勻分布10個測試點。陰極保護(hù)投運前測試自然電位，并根據(jù)測量結(jié)果對陰極保護(hù)系統(tǒng)和接地系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，必要時，可以安裝第2口陽極井。如果2口陽極井仍然不能達(dá)到設(shè)計要求，則考慮對接地系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 站場陰極保護(hù)系統(tǒng)投運及調(diào)整

2.1 第1口深井陽極投用后的系統(tǒng)運行狀況

在第1口深井的陰極保護(hù)系統(tǒng)投運后，測試通電電位，測試結(jié)果見圖4。

圖4 第1口陽極井投運后站場內(nèi)各測試點的保護(hù)電位

由圖4可見，當(dāng)僅施工1口深井時，有8處測試點的保護(hù)電位未達(dá)到設(shè)計要求（≤-0.85 V即滿足設(shè)計要求，相對于銅/硫酸銅參比電極）。經(jīng)分析，認(rèn)為有相當(dāng)部分的保護(hù)電流從接地極漏走，但仍有2點的保護(hù)效果達(dá)到設(shè)計要求，且部分測量點保護(hù)電位有負(fù)移的傾向。因此，決定再安裝第2口深井陽極系統(tǒng)，加大對管道的保護(hù)。

2.2 第2口深井陽極投用后的系統(tǒng)運行狀況

在施工了第2口陽極井后，立即對系統(tǒng)的保護(hù)電位進(jìn)行了測量。測量結(jié)果見圖5。

從圖5可見，當(dāng)施工2口深井時，保護(hù)電位全部達(dá)到了設(shè)計要求。2周后，即一般認(rèn)為管道達(dá)到完全極化后，對測試點進(jìn)行通—斷電測試，測量系統(tǒng)的斷電電位。測試結(jié)果見圖6。此時，1#恒電位儀的輸出電流為7.9 A，輸出電壓為41.2 V，保護(hù)電位為-1.11 V。2#恒電位儀的輸出電流為8.7 A，輸出電壓為45.1 V，保護(hù)電位為1.19 V。

圖6 極化后的各測試點保護(hù)電位通斷電測試結(jié)果

從測量的結(jié)果可以看出，10個測試點的通電及斷電電位均滿足保護(hù)要求。從測量結(jié)果也可以推斷出，接地系統(tǒng)的漏流在可控制范圍之內(nèi)，陰極保護(hù)系統(tǒng)運行良好，因此，不必對接地系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 結(jié)論及建議

根據(jù)達(dá)坂城中間加熱站區(qū)域陰極保護(hù)工程的設(shè)計、調(diào)整及運行情況，可以得出以下結(jié)論：

（1） 對于保護(hù)對象復(fù)雜的站場埋地管網(wǎng)區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)，采用邊設(shè)計、邊施工、邊測量、邊調(diào)整的做法，既可以有效地控制工程費用，又可達(dá)到很好的保護(hù)效果。

（2） 增加深井陽極，可以抵消接地模塊對陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響，每個接地模塊泄漏電流的情況需要通過測試來確定。

（3） 通過工程的實際運行可以看出，本工程的設(shè)計思路可供同類工程參考借鑒。

[1] SYJ 4006-1990，長輸管道陰極保護(hù)工程施工及驗收規(guī)范[S].

[2] GB/T 21447-2008，鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范[S].

[3] GB/T 21448-2008，埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB/T 21246-2007，埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法[S].

Abstract:The design and implementation of cathodic protection in oil gathering station zone are difficult because many devices and equipment need to be protected and their allocation is complex,current required is strong and boundary conditions are complicated.In this paper,the design thoughts,mode selection and implementation procedure of cathodic protection for the intermediate heat pumping station zone in Daban City are described.The field detection of the cathodic protection parameters is carried out,which indicates that for the station already using grounding module,a certain amount of cathodic protection current may leak out from the grounding module,but it can be compensated by increasing the quantity of anode system without needing dismantlement of grounding module.Besides,adopting the associated working method of design,construction,measuring and adjustment is able to not only control engineering costs,but also obtain good protection effects.

Key words:oil gathering station;local cathodic protection;grounding module

（48）Cathodic Protection Applied for Oil Gathering Station Zone

ZHAO Chang-ying（Huabei Branch of CNPC Engineering Design Co.,Ltd.,Renqiu 062552，China）

TE988 U177.1

B

1001－2206（2010）05－0048－03

趙常英（1968-），女，河北遷西人，高級工程師，1989年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，從事石油石化行業(yè)儲罐、管道、站場的防腐蝕設(shè)計工作。

2010-01-18；

2010-07-14