工藝管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾問(wèn)題的檢測(cè)及處理

熊金根，李嵐鑫，孫冰冰

（1.中國(guó)石油西部管道公司科技信息服務(wù)中心，新疆烏魯木齊 830012；2.中國(guó)石油西部管道公司新疆輸油氣分公司，新疆烏魯木齊 830063）

0 引言

輸油氣站庫(kù)站內(nèi)一般包含了管網(wǎng)、儲(chǔ)罐和防雷接地網(wǎng)等在內(nèi)的多種埋地金屬結(jié)構(gòu)物。為了保護(hù)站庫(kù)內(nèi)埋地管網(wǎng)的安全，近年來(lái)區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展迅速[1-3]。由于站內(nèi)、外陰極保護(hù)系統(tǒng)所需保護(hù)電流及保護(hù)對(duì)象等存在較大差異，常采用絕緣法蘭將站內(nèi)、外管道電隔離，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)、外陰極保護(hù)系統(tǒng)相對(duì)距離較近，如果設(shè)計(jì)不合理，不同陰極保護(hù)系統(tǒng)之間可能會(huì)產(chǎn)生干擾問(wèn)題[4-8]，一般是站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)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。

鄯善商業(yè)儲(chǔ)備庫(kù) （以下簡(jiǎn)稱(chēng)儲(chǔ)備庫(kù)）工藝管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)采用深井陽(yáng)極的外加電流保護(hù)方式，通過(guò)4座深井陽(yáng)極地床來(lái)保護(hù)儲(chǔ)備庫(kù)內(nèi)的埋地輸油管道和消防管道?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后，引起西部原油成品油管道 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙蘭線）陰極保護(hù)恒電位儀輸出電流和電壓出現(xiàn)大幅增加，同時(shí)上下游管道電位出現(xiàn)明顯負(fù)移，通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和試驗(yàn)，對(duì)雙蘭線受干擾的原因進(jìn)行了分析確定，并對(duì)干擾解決方法進(jìn)行了探索。

1 儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾問(wèn)題

儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng) （以下簡(jiǎn)稱(chēng)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)）采用外加電流保護(hù)方式，該系統(tǒng)的陽(yáng)極地床為4座深井陽(yáng)極，分布在站內(nèi)東、南、西、北方向，其中用于保護(hù)消防管道的恒電位儀1臺(tái)，用于保護(hù)油管道的恒電位儀3臺(tái)。陽(yáng)極井深度超過(guò)200 m，每座深井埋設(shè)4組高硅鑄鐵輔助陽(yáng)極。設(shè)備采用4臺(tái)福建三明PC-1B-P型恒電位儀，每臺(tái)恒電位儀輸出額定功率為50 V×12.5 A。

工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)在建成之后未能正常投入使用，在排除設(shè)備和連接問(wèn)題之后，發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)開(kāi)啟之后，雙蘭線管道電位較正常值負(fù)移達(dá)0.6～0.7 V，管地電位值約為-1.7～-1.9 V（相對(duì)于銅/飽和硫酸銅參比電極，縮寫(xiě)為CSE）；同時(shí)開(kāi)啟站內(nèi)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)恒電位儀前后，雙蘭線陰保系統(tǒng)恒電位儀的輸出電壓和輸出電流都有明顯的增大，如表1所示。以上這些現(xiàn)象表明工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)對(duì)雙蘭線管道陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生了干擾。

表1 雙蘭線陰保系統(tǒng)恒電位儀屏顯值

2 工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)對(duì)雙蘭線干擾原因的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及排查

初步分析，工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)開(kāi)啟后引起雙蘭線陰保電位及恒電位儀輸出參數(shù)變化的原因可能有兩方面，一方面是工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)對(duì)雙蘭線造成了雜散電流干擾，導(dǎo)致一部分區(qū)域陰保電流從某處流入雙蘭線管道，又從其他位置流出，從而引起雙蘭線陰保電位及輸出參數(shù)的變化；另一方面是儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)和雙蘭線之間的絕緣失效，導(dǎo)致彼此之間有電連接，從而使得一部分區(qū)域陰保電流泄漏到雙蘭線上，引起雙蘭線電位偏移及輸出參數(shù)變化。為了明確產(chǎn)生干擾的根本原因，開(kāi)展了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和試驗(yàn)，通過(guò)檢測(cè)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來(lái)對(duì)干擾原因進(jìn)行排查。

2.1 絕緣失效導(dǎo)致區(qū)域陰極保護(hù)電流泄漏可能性的檢測(cè)與排查

鄯善站庫(kù)進(jìn)出站管道共設(shè)5個(gè)絕緣接頭，若出現(xiàn)絕緣性能失效，可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域陰保電流泄漏到雙蘭線中，故首先對(duì)絕緣接頭絕緣性能進(jìn)行了檢測(cè)。本次檢測(cè)采用PCM漏電率法對(duì)各絕緣接頭進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙蘭線原油出站的絕緣接頭存在一定的漏電現(xiàn)象，表2為鄯善站庫(kù)絕緣接頭PCM漏電率法測(cè)試結(jié)果。

表2 鄯善站庫(kù)絕緣接頭PCM漏電率法測(cè)試結(jié)果

除了對(duì)絕緣接頭進(jìn)行絕緣性能測(cè)試，還采用PCM電流衰減檢測(cè)法對(duì)雙蘭線進(jìn)出站場(chǎng)附近的管道電流衰減情況進(jìn)行了檢測(cè)，確定檢測(cè)管段是否出現(xiàn)異常點(diǎn) （破損點(diǎn)或分支等）可能構(gòu)成雜散電流流入的途徑。經(jīng)檢測(cè)雙蘭線出站管段出現(xiàn)電流衰減情況，如圖1所示。

圖1 雙蘭線出站管道PCM電流衰減檢測(cè)結(jié)果

由圖1可見(jiàn)，雙蘭線出站管段在30號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)電流急劇變化，說(shuō)明該處管段可能有外防腐層漏點(diǎn)。通過(guò)查看站場(chǎng)管網(wǎng)，該處也是雙蘭線與站內(nèi)工藝管網(wǎng)接近的區(qū)域。

由表2及圖1可見(jiàn)，雙蘭線漏點(diǎn)絕緣接頭及電流衰減突變點(diǎn)均出現(xiàn)在雙蘭線出站管段，若儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)影響雙蘭線陰保電位及恒電位儀參數(shù)的主要原因?yàn)閰^(qū)域陰保電流通過(guò)該處泄漏點(diǎn)泄漏到雙蘭線上，則斷開(kāi)雙蘭線陰保系統(tǒng)上下游跨接線后，雙蘭線上游管道 （進(jìn)站管道）將不再受到干擾，而下游管道 （出站管道）仍會(huì)受到干擾。按照上述方式對(duì)上下游管道電位進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3檢測(cè)結(jié)果表明，在開(kāi)啟工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)恒電位儀后，雙蘭線上游測(cè)試樁電位迅速負(fù)移，干擾依然存在；下游測(cè)試樁電位略有負(fù)移，但是負(fù)移程度很小。這說(shuō)明雙蘭線所受干擾并非主要由站內(nèi)區(qū)域陰保電流流失造成。而且現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步測(cè)試的數(shù)據(jù)顯示，工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟后，雙蘭線站內(nèi)絕緣接頭外側(cè)管地電位出現(xiàn)正向偏移，偏移量達(dá)到0.2～0.7 V，若雙蘭線所受影響是由于站場(chǎng)內(nèi)外絕緣失效導(dǎo)致區(qū)域陰保電流泄漏導(dǎo)致，則不會(huì)出現(xiàn)這種庫(kù)區(qū)附近管道電位正移的現(xiàn)象。

表3 工藝管網(wǎng)區(qū)域恒電位儀開(kāi)啟前后雙蘭線站外管地電位測(cè)試結(jié)果

綜合上面所作的各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及分析，可基本排除儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)和雙蘭線之間發(fā)生絕緣失效而使部分區(qū)域陰保電流泄漏到雙蘭線上的可能性。

2.2 工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)對(duì)雙蘭線造成雜散電流干擾的檢測(cè)與排查

雙蘭線陰極保護(hù)系統(tǒng)采用恒電位運(yùn)行模式，而控制參比電極通常設(shè)在絕緣接頭或絕緣法蘭外側(cè)，距離站內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)較近，因此易受到站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響。當(dāng)該處管道受到站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾時(shí)，就會(huì)由于附加極化或去極化而影響控制系統(tǒng)的信號(hào)反饋，從而使干線保護(hù)系統(tǒng)的輸出降低或增加，干線保護(hù)相應(yīng)受到影響。這種干擾通常分為兩種方式：干擾電流從控制參比電極位置流入或干擾電流從控制參比電極位置流出。圖2為兩種情況的示意圖。

將雙蘭線干線陰保系統(tǒng)恒電位儀關(guān)閉，測(cè)試工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟前后雙蘭線站內(nèi)絕緣接頭內(nèi)外側(cè)管地電位，如表4所示。

由表4可見(jiàn)，在工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)開(kāi)啟后，雙蘭線站內(nèi)絕緣接頭外側(cè)管道電位正移0.2～0.7 V，這種情況是典型的干擾電流從控制參比電極位置流出的現(xiàn)象，也稱(chēng)陰極干擾[9-10]。形成陰極干擾的主要原因是工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)采用深井陽(yáng)極地床形式。由于深井陽(yáng)極埋深較深，因此陽(yáng)極電場(chǎng)影響較小，主要是工藝管網(wǎng)陰極電場(chǎng)影響了雙蘭線靠近站場(chǎng)的管段，導(dǎo)致有雜散電流從該段管道上流出，由于控制參比電極一般設(shè)在該段管道上，雜散電流的流出導(dǎo)致極化減小，為維持恒電位儀設(shè)定的控制電位，雙蘭線陰保系統(tǒng)輸出電壓和輸出電流將自動(dòng)提高，導(dǎo)致雙蘭線上下游管道電位負(fù)移，這也正是儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)開(kāi)啟后引起雙蘭線上下游管道電位較正常值負(fù)移0.6～0.7 V的根本原因。

圖2 控制參比電極處干擾電流

表4 工藝管網(wǎng)陰保系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟前后雙蘭線絕緣接頭內(nèi)外側(cè)管地電位

3 儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)干擾問(wèn)題的處理

3.1 通過(guò)合理布置控制參比電極的埋設(shè)位置來(lái)消除恒電位儀所受干擾

由前面的分析可見(jiàn)，雙蘭線陰保系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓、輸出電流參數(shù)變化的主要原因是由于雙蘭線控制參比電極位置處受到陰極干擾導(dǎo)致，因此通過(guò)改變控制參比電極的位置可以緩解對(duì)恒電位儀的干擾。將雙蘭線控制參比電極位置由圖3（a）所示位置移至圖3（b）所示的站外302#測(cè)試樁附近，避開(kāi)站內(nèi)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)的影響區(qū)域，檢測(cè)測(cè)試雙蘭線上下游管道電位，結(jié)果見(jiàn)表5（工藝管網(wǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)處于開(kāi)啟狀態(tài)）。從表5可以看出改變雙蘭線控制參比電極位置后，雙蘭線上下游管道的管地電位恢復(fù)正常，同時(shí)恒電位儀的輸出也恢復(fù)到干擾前的水平。因此，通過(guò)合理布置控制參比電極的埋設(shè)位置可消除恒電位儀所受的干擾。

圖3 雙蘭線陰保系統(tǒng)控制參比電極位置

表5 雙蘭線陰保系統(tǒng)控制參比埋設(shè)在站外時(shí)，雙蘭線站外上下游管地電位測(cè)試結(jié)果

3.2 關(guān)于徹底消除管道電位正向偏移干擾問(wèn)題的設(shè)想

盡管通過(guò)改變雙蘭線控制參比電極的位置可以消除恒電位儀所受干擾，使雙蘭線上下游管道電位恢復(fù)正常，但在雙蘭線站內(nèi)絕緣接頭外側(cè)管道電位的正向偏移仍存在，說(shuō)明干擾問(wèn)題仍沒(méi)有完全消除。消除干擾的最終目標(biāo)是將恒電位儀的運(yùn)行參數(shù)及各個(gè)位置的管地電位均恢復(fù)至受干擾前的水平。由于正向偏移意味著雜散電流流出，腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)非常高，因此需盡快采取措施解決該問(wèn)題。要消除正向偏移問(wèn)題，需要結(jié)合區(qū)域陰極保護(hù)陽(yáng)極地床的優(yōu)化改造來(lái)進(jìn)行，必要時(shí)需采取適當(dāng)?shù)呐帕鞔胧?，如犧牲?yáng)極排流地床。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）儲(chǔ)備庫(kù)工藝管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后引起雙蘭線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電壓和電流增大，上下游管地電位負(fù)移0.6～0.7 V，站內(nèi)絕緣法蘭外側(cè)管地電位出現(xiàn)正向偏移，說(shuō)明工藝管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)雙蘭線陰保系統(tǒng)造成了明顯干擾。

（2）通過(guò)對(duì)絕緣接頭絕緣性能及管道電流衰減情況進(jìn)行PCM檢測(cè)，并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，排除了絕緣失效導(dǎo)致區(qū)域陰極保護(hù)電流泄漏引起雙蘭線干擾的可能性。通過(guò)理論分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)確定了雙蘭線受到干擾的根本原因是控制參比電極位置處受到站內(nèi)工藝管網(wǎng)陰極干擾，導(dǎo)致該位置處雜散電流流出，極化減小，為了維持設(shè)定的電位，系統(tǒng)輸出增大，使得上下游管道電位負(fù)向偏移。

（3）通過(guò)改變控制參比電極的位置，消除了恒電位儀所受干擾，使雙蘭線上下游管地電位恢復(fù)正常，但雙蘭線絕緣接頭外側(cè)管道電位正向偏移依舊存在，尚需要通過(guò)區(qū)域陰極保護(hù)地床的優(yōu)化布置或必要的排流措施來(lái)消除腐蝕隱患。

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