蘇丹三七區(qū)油田鋼管樁陰極保護(hù)的改進(jìn)

王兆軍，王銘偉，袁振昆，王世華，李 穎

（1.中國石油工程建設(shè)公司哈薩克斯坦分公司，北京 100011；2.中國石油工程建設(shè)公司蘇丹分公司，北京 100011；3.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司北京分院，北京 100101）

蘇丹三七區(qū)油田鋼管樁陰極保護(hù)的改進(jìn)

王兆軍1，王銘偉2，袁振昆2，王世華1，李 穎3

（1.中國石油工程建設(shè)公司哈薩克斯坦分公司，北京 100011；2.中國石油工程建設(shè)公司蘇丹分公司，北京 100011；3.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司北京分院，北京 100101）

蘇丹三七區(qū)油田一期Palogue電站項(xiàng)目的設(shè)備基礎(chǔ)、廠房基礎(chǔ)和工藝管道基礎(chǔ)全部采用鋼管樁，其陰極保護(hù)采用淺埋陽極、均勻分布的形式。投產(chǎn)后，廠區(qū)內(nèi)不同的樁管陰極保護(hù)電位相差很大，保護(hù)效果不理想。為此對(duì)鋼管樁陰極保護(hù)存在的問題進(jìn)行了分析，并根據(jù)三七區(qū)油田鋼管樁陰極保護(hù)實(shí)際，提出了改進(jìn)意見，將淺埋陽極地床改為深井陽極地床，同時(shí)對(duì)陽極輸出回路進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)踐表明，采取改進(jìn)措施后，鋼管樁的陰極保護(hù)效果顯著提高，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，效果十分理想。

油田；鋼管樁；陰極保護(hù)；淺埋陽極地床；深井陽極地床

1 蘇丹三七區(qū)油田一期陰極保護(hù)存在的問題

蘇丹三七區(qū)一期Palogue電站項(xiàng)目，是中國石油工程建設(shè)公司在三七區(qū)油田承擔(dān)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，該項(xiàng)目設(shè)備基礎(chǔ)、廠房基礎(chǔ)和工藝管道基礎(chǔ)全部采用鋼管樁。鋼樁基礎(chǔ)具有鋼管樁數(shù)量多、距離近、密集等特點(diǎn)，該電站鋼管樁數(shù)量及埋深見表1。鋼管樁無任何其他防腐涂層，全部采用外加電流陰極保護(hù)方式，整個(gè)電站廠區(qū)共設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)5套；每個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)配2臺(tái)整流器 （一開一備）。為了保證陰極保護(hù)電流均勻分布，在每個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)陽極回路多達(dá)7個(gè)。陽極采用淺埋陽極地床形式，均勻分布在樁管之間。

表1 Palogue電站鋼管樁數(shù)量及埋深

Palogue電站陰極保護(hù)系統(tǒng)投產(chǎn)后，對(duì)廠區(qū)內(nèi)樁管陰極保護(hù)電位進(jìn)行了測試，具有代表性的陰極保護(hù)系統(tǒng)R01、R02保護(hù)區(qū)域內(nèi)鋼管樁陰極保護(hù)電位測試結(jié)果見表2。

表2 鋼管樁陰極保護(hù)電位測試結(jié)果 （相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）

鋼管樁陰極保護(hù)電位測試具有代表性的結(jié)果為：廠區(qū)內(nèi)不同的樁管陰極保護(hù)電位相差很大，最高達(dá)到-2.15 V，處于過保護(hù)狀態(tài)，最低保護(hù)電位只有-0.63 V，接近樁管自然電位?，F(xiàn)場調(diào)查表明，那些電位達(dá)到陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的鋼管樁都距離陽極地床較近，而沒有達(dá)到陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的鋼管樁，大多數(shù)都距離陽極地床很遠(yuǎn)。

由于一套陰極保護(hù)系統(tǒng)有多個(gè)陽極回路，每個(gè)陽極回路的輸出電流會(huì)有所差別，這也會(huì)造成鋼管樁陰極保護(hù)電位的差異，為此我們對(duì)兩套陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極回路輸出電流進(jìn)行了測試，陽極回路電流輸出見表3和表4。現(xiàn)場測試證明，每一個(gè)陽極回路的電流輸出相差很大，這必然造成電站內(nèi)鋼管樁陰極保護(hù)電位的分布極不平衡。

表3 陽極組 （A01）電流輸出測試結(jié)果

表4 陽極組 （A02）電流輸出測試結(jié)果

電站陰極保護(hù)電位測試之時(shí)，正值當(dāng)?shù)氐暮导荆瑲鉁馗?，土壤干燥。通過現(xiàn)場分析，我們認(rèn)為，不同陽極回路電流輸出不均衡與土壤干燥程度有直接關(guān)系，由于旱季土壤異常干燥，同時(shí)陽極在廠區(qū)內(nèi)分布位置不同，其接觸的土壤干燥程度的不同，會(huì)造成陽極接地電阻有很大差距，進(jìn)而造成不同陽極回路電流產(chǎn)生很大差別。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一分析結(jié)果，我們?cè)诂F(xiàn)場對(duì)陽極進(jìn)行了灌水處理，以保持土壤濕潤，降低陽極接地電阻。灌水后，陽極組A01和A02各回路電流輸出見表5和表6。

表5 陽極組 （A01）灌水后電流輸出測試結(jié)果

表6 陽極組 （A02）灌水后電流輸出測試結(jié)果

陽極灌水后，陽極回路輸出電流測試結(jié)果表明，陽極接地電阻大大降低，而且各陽極回路電流輸出驅(qū)于均勻，其結(jié)果有利于陰極保護(hù)電位的分布。

2 改進(jìn)措施

2.1 初步改進(jìn)

根據(jù)廠區(qū)鋼管樁陰極保護(hù)的實(shí)際情況，為了解決電站鋼管樁陰極保護(hù)電位分布不均勻的問題，順利實(shí)現(xiàn)電站陰極保護(hù)系統(tǒng)的移交，我們?cè)诂F(xiàn)場采取了如下方法，對(duì)鋼管樁陰極保護(hù)進(jìn)行改善。

（1）在整流器容量允許的范圍內(nèi)，提高陰極保護(hù)電流輸出。

（2）對(duì)陽極地床進(jìn)行灌水，降低陽極接地電阻。

（3）考慮到當(dāng)時(shí)為旱季，廠區(qū)土壤非常干燥，電阻率高，而且土壤電位梯度高，IR降將會(huì)影響陰極保護(hù)測試結(jié)果。因而，將通常采用的 “陰極保護(hù)電位為-0.85 V或更負(fù) （相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）”的陰極保護(hù)效果判定方法，改為采用 “鋼結(jié)構(gòu)陰極極化最低為100 mV”的方法，對(duì)陰極保護(hù)效果進(jìn)行判定。

采用上述方法后，鋼管樁達(dá)到了陰極保護(hù)效果（典型樁管陰極極化值見表7）。電站廠區(qū)陰極保護(hù)系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)了移交。但是，從樁管陰極極化值看出，不同樁管陰極保護(hù)極化值差距很大，這進(jìn)一步說明，采用淺埋、均勻布置的陽極埋設(shè)方式，陽極電場分布很不均勻，不利于樁管的陰極保護(hù)。

2.2進(jìn)一步改進(jìn)

通過對(duì)電站廠區(qū)內(nèi)鋼管樁陰極保護(hù)存在問題以及初步改進(jìn)效果的分析，對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)三七區(qū)油田鋼管樁的陰極保護(hù)提出如下意見：

（1）根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，遠(yuǎn)離陽極的樁管處于欠保護(hù)狀態(tài)，所以今后設(shè)計(jì)中陽極的分布需進(jìn)一步優(yōu)化，在條件允許的情況下，陽極地床的埋設(shè)方式采用深井陽極地床。

表7 典型樁管陰極極化值

（2）電站廠區(qū)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)為多個(gè)陽極回路由一臺(tái)整流器供電，由于每個(gè)陽極組回路電阻不能保證一致，因此出現(xiàn)有些陽極組回路電流過大，而有些陽極組回路電流過小的情況，嚴(yán)重影響了樁管的陰極保護(hù)效果。在今后鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中，可以考慮每一個(gè)陽極回路中加裝可調(diào)電阻，對(duì)每個(gè)陽極回路電流輸出進(jìn)行控制，以保證陰極保護(hù)的均勻性。也可以采用多臺(tái)小整流器，每個(gè)小整流器設(shè)計(jì)1個(gè)或2個(gè)陽極回路的方法，增加現(xiàn)場操作的靈活性，確保鋼管樁的陰極保護(hù)效果。

（3）整流器的選型還需優(yōu)化。由于蘇丹土壤旱季非常干燥，在此時(shí)會(huì)出現(xiàn)陽極接地電阻陡然升高的可能，如果整流器的額定電壓和電流輸出選擇不當(dāng)，就容易出現(xiàn)陰極保護(hù)電流不能按要求輸出的情況。

（4）鑒于當(dāng)?shù)赝寥涝诤导緯r(shí)非常干燥，陽極施工回填時(shí)應(yīng)采取降低陽極接地電阻的措施，以避免陽極接地電阻過大的情況出現(xiàn)，保證陰極保護(hù)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

針對(duì)三七區(qū)油田一期鋼管樁陰極保護(hù)出現(xiàn)的問題，在之后項(xiàng)目中鋼管樁的陰極保護(hù)上，我們將陽極埋設(shè)方式改為深井陽極地床，在每個(gè)陽極回路中加裝可調(diào)電阻，保證了陰極保護(hù)系統(tǒng)完成一個(gè)，順利投產(chǎn)一個(gè)，陰極保護(hù)效果良好，得到了PMC和業(yè)主方的好評(píng)。

表8為某集輸站內(nèi)鋼管樁陰極保護(hù)電位測試結(jié)果。該集輸站站內(nèi)廠房、設(shè)備和工藝管道等基礎(chǔ)全部采用鋼管樁。在鋼管樁的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，陽極埋設(shè)方式采用深井陽極地床，在每個(gè)陽極回路中都加裝了可調(diào)電阻。集輸站鋼管樁陰極保護(hù)測試結(jié)果表明，對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)后，鋼管樁陰極保護(hù)電位分布均勻，集輸站內(nèi)的所有樁管都能達(dá)到陰極保護(hù)要求。

表8 某集輸站鋼管樁陰極保護(hù)測試結(jié)果 （相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）

與早期的淺埋陽極地床相比，深井陽極地床的采用，使得陽極距離鋼管樁較遠(yuǎn)，陰極保護(hù)電路的分布更加均勻，因此鋼管樁的陰極保護(hù)電位更加平衡。同時(shí)，深井陽極地床埋深地下15 m以下，克服了土壤干燥程度的變化對(duì)陽極接地電阻的影響，使得陽極回路間的電流分布更加均衡。

3 結(jié)束語

蘇丹三七區(qū)油田鋼管樁陰極保護(hù)，從早期的淺埋陽極地床，改為后期的深井陽極地床后，鋼管樁的陰極保護(hù)效果大大提高，而且陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。總結(jié)和分析蘇丹三七區(qū)油田鋼管樁陰極保護(hù)情況，我們認(rèn)為：在進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)被保護(hù)體所處的環(huán)境有一個(gè)準(zhǔn)確的判定，進(jìn)而在施工條件和技術(shù)條件允許的前提下，對(duì)陰極保護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，就能確保陰極保護(hù)系統(tǒng)滿足使用要求。

[1]NACE RP0169，Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems（2002）[S].

[2]NACE TM0497，Measurement Techniques Related to Criteria for Cathodic Protection on Underground or Submerged Metallic Piping Systems（2002）[S].

Improvement of Steel Pipe Pile Cathodic Protection in Sudan 3-7 Region Oilfield

WANG Zhao-jun（Kazakstan Branch of China Petroleum Engineering and Construction Corp.,Beijing 100101， China），WANG Ming-wei，YUAN Zhen-kun，et al.

The foundations of equipment,factory buildings and process pipelines in the Palogue power station project of Sudan 3-7 Region Oilfield adopted totally steel pipe piles with cathodic protection of uniformly distributed and shallowly buried anodes.However,after the project was put into practice,the cathodic protection electric potentials among the pipe piles were very different and the protection effect was not ideal.Therefore,the protection problems were analyzed and improvement suggestions were offered such as applying deeply buried anode ground bed instead of shallowly buried anode ground bed and improving the anode output circuit.The practice showed that the system run steadily and those improvement measures raised obviously the cathodic protection effect.

oilfield;steel pipe pile;cathodic protection;shallowly buried anode ground bed;deeply buried anode ground bed

TE988

B

1001－2206（2011）05－0053－03

王兆軍 （1975-），男，遼寧莊河人，工程師，碩士研究生，2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué) （北京）應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事油田地面工程的設(shè)計(jì)、施工管理工作。

2011-05-27