區(qū)域陰極保護(hù)實(shí)踐與分析

李海坤 謝 濤 王 穎 王文忠

1.中國(guó)石油天然氣管道科學(xué)研究院，河北 廊坊 065000；

2.油氣管道輸送安全國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065000；

3.新地能源工程技術(shù)有限公司，河北 廊坊 065001

0 前言

目前區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外尚不太成熟，通常是設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料先設(shè)計(jì)主回路部分，主回路部分施工完成后進(jìn)行全站調(diào)試，然后根據(jù)調(diào)試結(jié)果再進(jìn)行下一部分的設(shè)計(jì)和施工。 用于區(qū)域陰極保護(hù)的陽(yáng)極地床一般包括深井陽(yáng)極地床、分布式淺埋陽(yáng)極地床和線性陽(yáng)極地床3 種， 設(shè)計(jì)單位一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況從中選擇1 到幾種實(shí)施區(qū)域陰極保護(hù)。 陽(yáng)極地床類(lèi)型的選擇和位置的確定是區(qū)域陰極保護(hù)方案最重要的部分，若設(shè)計(jì)不合理不僅會(huì)使站內(nèi)管道保護(hù)不充分且容易對(duì)其它埋地設(shè)施造成干擾［1］。

通過(guò)輸氣站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)實(shí)踐，分析了陽(yáng)極地床位置、接地系統(tǒng)對(duì)管/地電位分布和對(duì)干線管道電干擾的影響。 該輸氣站場(chǎng)分為輸氣工藝區(qū)和壓縮機(jī)工藝區(qū)，兩工藝區(qū)毗鄰建設(shè)。 站場(chǎng)埋地管道總長(zhǎng)度4 150 m，埋地管道總表面積3 000 m2，土壤電阻率100 Ω·m，設(shè)計(jì)電流密度6 mA/m2。 設(shè)計(jì)方案為2 口80 m 深井陽(yáng)極地床+分布式淺埋陽(yáng)極地床。 絕緣條件方面，由于該站是舊站改、擴(kuò)建工程，不能停產(chǎn)停輸，因此無(wú)法安裝區(qū)域陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中必要的絕緣設(shè)施，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)必要的技術(shù)隔離。

1 陽(yáng)極地床的安裝及測(cè)試

1.1 深井陽(yáng)極地床

1#、2#深井陽(yáng)極地床及測(cè)試點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。 深井陽(yáng)極地床安裝完畢后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，1#深井陽(yáng)極地床接地電阻0.49 Ω，2# 深井陽(yáng)極地床接地電阻0.48 Ω， 滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。 通電極化24 h 后進(jìn)行站場(chǎng)內(nèi)管/地保護(hù)電位測(cè)試，由于多路陽(yáng)極地床難以同時(shí)通斷， 且站場(chǎng)內(nèi)管道密集，不同部位極化程度不同，當(dāng)斷電時(shí)極化程度不同的管道間產(chǎn)生電流流動(dòng)， 導(dǎo)致極化程度高的管道去極化更快，所以難以獲得真實(shí)的斷電電位， 故僅測(cè)試了管道通電（on）電位，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1 可見(jiàn)，深井陽(yáng)極地床投運(yùn)后，站內(nèi)尤其是站區(qū)邊緣管地電位明顯提高， 放空區(qū)1# 測(cè)試點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到-1.162 V。 但是站內(nèi)中心區(qū)4#、5#、6# 測(cè)試點(diǎn)、輸氣工藝區(qū)和壓縮機(jī)工藝區(qū)中心測(cè)試點(diǎn)電位仍然不能滿(mǎn)足陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求，可見(jiàn)中心區(qū)域由于管道和接地體密集受屏蔽最嚴(yán)重。 此外，壓縮機(jī)工藝區(qū)整體電位分布由東南向西北逐漸變化，可能是由于壓縮機(jī)廠房下的埋地結(jié)構(gòu)分流了大部分深井陽(yáng)極地床的保護(hù)電流。

圖1 深井陽(yáng)極地床及測(cè)試點(diǎn)位置

表1 1#、2#深井陽(yáng)極地床全部投運(yùn)后管/地電位測(cè)試記錄

1.2 分布式淺埋陽(yáng)極地床

根據(jù)調(diào)試結(jié)果，在壓縮機(jī)工藝區(qū)及其與輸氣工藝區(qū)之間保護(hù)不足的站場(chǎng)中心區(qū)域分兩批次埋設(shè)36 支分布式淺埋陽(yáng)極地床， 通電極化24 h 后對(duì)站內(nèi)管/地保護(hù)電位進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 區(qū)域陰極保護(hù)管/地電位測(cè)試記錄

測(cè)試結(jié)果表明，全站管地保護(hù)電位基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，由于站內(nèi)中心區(qū)域空間有限，限制了淺埋陽(yáng)極地床的敷設(shè)位置，導(dǎo)致緊鄰壓縮機(jī)廠房的6#測(cè)試點(diǎn)保護(hù)電位只有-0.825 V。

2 區(qū)域陰極保護(hù)對(duì)干線管道的干擾

因干線管道常進(jìn)入?yún)^(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極影響區(qū)內(nèi)，故區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)往往會(huì)對(duì)附近干線管道產(chǎn)生干擾［2］。 部分國(guó)外公司在干線管道與站內(nèi)管道之間不設(shè)絕緣法蘭，從而避免了此類(lèi)干擾［3］。該站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，絕緣法蘭外側(cè)干線管/地電位達(dá)+1～+1.5 V，正向偏移2.5～3 V。顯然站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)電流經(jīng)遠(yuǎn)端流進(jìn)干線管道并在絕緣法蘭外側(cè)流出， 導(dǎo)致絕緣法蘭外側(cè)干線管道管/地電位正向偏移。 經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)1# 深井陽(yáng)極地床由于距離干線管道較近，對(duì)干線管道干擾最大。為排除區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)干線管道的干擾，采取了以下措施：

a）調(diào)低1#深井陽(yáng)極地床輸出電流；

b）在受1# 深井陽(yáng)極地床干擾較嚴(yán)重的上游絕緣法蘭外側(cè)安裝20 支鎂合金犧牲陽(yáng)極排流地床，地床基本與干線管道平行；

c）跨接進(jìn)站測(cè)試樁站內(nèi)和站外電纜，對(duì)站內(nèi)外實(shí)施聯(lián)合保護(hù)；

d）停運(yùn)臨近的閥室陰極保護(hù)設(shè)備。

采取以上措施后，對(duì)站內(nèi)外測(cè)試樁管/地保護(hù)電位進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，見(jiàn)表3。

表3 區(qū)域陰極保護(hù)管/地電位測(cè)試記錄

需要注意的是，站場(chǎng)管道的極化程度及電位分布與陽(yáng)極輸出電流、地層土壤電阻率、陽(yáng)極與管道的距離、管道的幾何結(jié)構(gòu)、防腐層狀況等有關(guān)，陽(yáng)極地床深度的確定要參照當(dāng)?shù)氐貙油寥离娮杪史植迹?］。且陽(yáng)極地床越深，其排流輻射的范圍越廣，一些本不希望構(gòu)成保護(hù)回路的設(shè)施就會(huì)成為保護(hù)電流大量漏失的通道［5］。 陽(yáng)極地床深度的增加還會(huì)增加施工難度和費(fèi)用，因此，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙油寥离娮杪史植己凸艿赖膸缀谓Y(jié)構(gòu)合理確定深井陽(yáng)極地床的最佳深度。

3 結(jié)論

在區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，深井陽(yáng)極地床傾向于把保護(hù)對(duì)象整體極化，但由于屏蔽效應(yīng)，保護(hù)區(qū)域邊緣極化程度較高，中心則因管道及接地體密集而極化程度較低，宜采用分布式淺埋陽(yáng)極地床局部補(bǔ)足。 陽(yáng)極地床應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離干線管道、大型接地裝置及其它非保護(hù)對(duì)象，并合理接近保護(hù)對(duì)象。 在站場(chǎng)較小情況下，可結(jié)合地層土壤電阻率探索把1 個(gè)深井陽(yáng)極地床分解成數(shù)個(gè)次深井陽(yáng)極地床的敷設(shè)方式。 合適的情況下可利用深井陽(yáng)極擴(kuò)散出去的部分電流保護(hù)干線管道。

［1］Pajak J T. 來(lái)自不協(xié)調(diào)的陰極保護(hù)站的風(fēng)險(xiǎn)不斷增大［J］. 天然氣與石油，2000，18（2）：70-72.Pajak J T. Risk from Uncoordinated Cathodic Protection Station is Increasing Continuously［J］.Natural Gas and Oil，2000，18 （2）：70-72.

［2］ 劉玲莉，陳洪源，劉明輝，等. 輸油氣站區(qū)陰極保護(hù)中的干擾與屏蔽［J］. 管道技術(shù)與設(shè)備，2005，（2）：31-33.Liu Lingli，Chen Hongyuan，Liu Minghui，et al. Interference and Shielding in Cathodic Protection at Oil and Gas Station ［J］.Pipeline Technology and Equipment，2005，（2）：31-33.

［3］ 陳彬源，張勝利，唐 強(qiáng).國(guó)內(nèi)外石油公司在外防腐保溫和陰極保護(hù)方面的差異［J］.天然氣與石油，2011，29（1）：51-53.Chen Binyuan，Zhang Shengli，Tang Qiang.Differences in External Corrosion Control and Heat Preservation and Cathodic Protection between Domestic and International Oil Companies［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（1）：51-53.

［4］ 杜艷霞，張國(guó)忠. 土壤電阻率對(duì)罐底外側(cè)陰極保護(hù)電位分布的影響［J］. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2007，20（1）：81-84.Du Yanxia，Zhang Guozhong.Effect of Soil Resistivity on External Cathodic Protection Potential Distribution in Tank Bottom ［J］. Journal of Petrochemical Universities，2007，20（1）：81-84.

［5］ 劉玲莉，劉嚴(yán)強(qiáng)，李紅旗. 輸油站區(qū)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題［J］. 油氣田地面工程，1999，18（4）：48-50.Liu Lingli，Liu Yanqiang，Li Hongqi. Considerations in Cathodic Protection System Design in Oil Station Area ［J］. Oil and Gas Field Surface Engineering，1999，18（4）：48-50.