新型深井陽極地床的施工

丁繼峰，張 波，張成鋼

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島266071)

管道采用外加電流陰極保護，具有可靠性強、壽命長、輸出電壓電流可調(diào)及維護保養(yǎng)簡便等特點［1］。外加電流系統(tǒng)的重要組成部分-陽極地床，分為淺埋型和深井型［2］。淺埋型地床又分為水平式和立式兩種，其具有施工簡單、維護方便、造價低等優(yōu)點，但也具有受地表土壤電阻率影響大、征地困難和對鄰近埋地金屬構(gòu)筑物有干擾等缺點。深井型地床一般將陽極埋設(shè)在地表15 m以下，其接地電阻穩(wěn)定，不易遭到破壞，占地面積小，對鄰近金屬構(gòu)筑物干擾較小，但造價高，不便維護。

目前深井陽極施工都是照圖施工，設(shè)計上一般是參考當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪?，先設(shè)定陽極地床的接地電阻值，再設(shè)計一定深度，多采用的是預(yù)組裝陽極，安裝完陽極后再測量陽極地床的接地電阻，與設(shè)計比對。這種做法有幾個局限性，一是設(shè)計所取的土壤電阻率并不能反映實際深度土壤的電阻率情況;二是預(yù)組裝陽極一般直徑都較大，有些地區(qū)在陽極井的目標(biāo)深度上會碰到巖層，打預(yù)組裝陽極直徑這么大的井既增加成本又拖延工期還存在風(fēng)險;三是由于土壤電阻率取的不準(zhǔn)，陽極又采用的是預(yù)組裝形式的，因此必然設(shè)計時算得的陽極地床接地電阻會與實際不符。上述三點會給深井陽極地床現(xiàn)場施工及后續(xù)系統(tǒng)運行帶來不必要的麻煩。本文對深井陽極地床現(xiàn)場施工提出了新的方法。

1 深井陽極地床施工

1.1 前期現(xiàn)場勘測

對目標(biāo)陽極地床區(qū)域先用四極法測量該地區(qū)不同深度的土壤電阻率［3］，并用WinSev軟件模擬地層分布情況。南方某天然氣管線某站場用四極法測得的不同深度的土壤電阻率數(shù)據(jù)見表1。

表1 土壤電阻率測試值Table 1 Soil resistivity test

利用WinSev軟件將上述數(shù)據(jù)模擬之后，地層電阻率分布情況見圖1。

圖1 土壤分層擬合電阻率Fig.1 Resistance of soil layer

由軟件擬合情況看，0～1.5 m平均土壤電阻率為78.9 Ω·m，1.5～2.4 m平均土壤電阻率為53.8 Ω·m，2.4～6.9 m平均土壤電阻率為70.5 Ω·m，6.9 ～ 10m 平 均 土 壤 電 阻 率為77.4 Ω·m，10～48 m平均土壤電阻率為86.7 Ω·m。該區(qū)域土壤電阻率都不大，可以考慮做深井陽極地床，土壤電阻率分層情況有待成井后測試驗證。

1.2 鉆井作業(yè)

由于該陽極井受用地限制，距離工藝管線較近，因此陽極活性區(qū)位置應(yīng)較深。該陽極地床預(yù)計安裝MMO(混合金屬氯化物)陽極6支，井口直徑127 mm，深度預(yù)計50 m?，F(xiàn)場以長度為0.3 m，直徑為0.04 m的鐵棒作為測試棒，每鉆進10 m用FLUKE1625接地電阻測試儀以三極法來測試鐵棒在井內(nèi)不同深度的接地電阻，進而由式R反推出該層的土壤電阻率。

1.3 陽極安裝及測試

成井后土壤電阻率測試詳細(xì)記錄見表2。由表2數(shù)據(jù)可以看出有幾個土壤電阻率較低的層適合于安放陽極。由于該陽極地床距離管道較近，因此陽極活性區(qū)的位置應(yīng)盡量深一些，陽極密集安裝會產(chǎn)生相互干擾，增大陽極地床的接地電阻，綜合上述兩個因素，6支陽極分別安裝在表2中突出顯示的位置。

表2 成井后土壤電阻率測試表Table 2 Soil resistivity test after the well completion

續(xù)表2

陽極安裝完成，井內(nèi)回填焦炭后，用三極法分別對每支陽極的接地電阻進行測量，再對6支陽極并聯(lián)后的總電阻進行測量。陽極安裝完成后接地電阻測量結(jié)果見表3。

表3 陽極安裝完成后接地電阻測量結(jié)果Table 3 Soil resistivity test after the the anode installation

陽極地床投用后，MMO陽極得到充分極化，由恒電位儀上的輸出電壓、輸出電流讀數(shù)，可得系統(tǒng)回路總電阻為2.8 Ω，為保證每支陽極輸出電流相同，對6支陽極做電阻平衡處理，電阻平衡后由設(shè)備讀得系統(tǒng)總回路電阻為3.6 Ω。

2 結(jié)果與討論

(1)將圖1土壤分層擬合圖和表2成井后土壤電阻率測試結(jié)果比較，擬合圖中由于受到地表測量數(shù)據(jù)的限制，只顯示0～48 m的土壤分層情況，土壤電阻率一般在70～80 Ω·m;從表2數(shù)據(jù)中可以得出16.7～47.9 m的平均土壤電阻率為78.9 Ω。說明用WinSev軟件模擬出的土壤電阻率分布情況是具有一定可信度的，對陽極地床的安裝具有一定的指導(dǎo)意義。

(2)井內(nèi)陽極宜并聯(lián)安裝，并做電阻平衡，確保每支陽極接地電阻相同。這樣每支陽極的輸出電流相同，消耗率也相同，能夠確保陽極地床的電流均勻輸出并能保證陽極地床壽命。

(3)對于較深的陽極地床或可能碰到巖層的深井，陽極宜采用現(xiàn)場組裝式，能夠確保陽極安裝在土壤電阻率較低的層位，有效降低陽極地床的接地電阻。

3 結(jié)論

深井陽極施工前的現(xiàn)場勘查是很有必要的，有利于摸清該地區(qū)的土壤電阻率分布情況，并判斷是否適合鉆井。成井后的土壤電阻率的測試能將陽極有目的的安裝在土壤電阻率低的層位，使陽極地床有較低的接地電阻，保證電流穩(wěn)定釋放。因此，現(xiàn)場組裝式的陽極雖然施工麻煩，但現(xiàn)場很方便保證陰極保護系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行，施工前、施工過程中及陽極安裝后的測試也是必不可少的。

［1］ 胡士信.陰極保護工程手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999:175-189.

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

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