輪南集油站的區(qū)域性陰極保護

王 東，廖柯熹，李月霄，薛 劍

(1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院 四川 成都 610500;2.塔里木油田公司油氣運銷部，新疆 庫爾勒 841000)

國內(nèi)主要油氣干線均采用了陰極保護技術(shù)防腐，取得了良好的經(jīng)濟效益。近年來隨著區(qū)域陰極保護技術(shù)發(fā)展，國內(nèi)對于已建站場增加了陰極保護，對于新建的站場在設(shè)計時即考慮了站內(nèi)陰極保護。由于站場內(nèi)保護對象數(shù)量較多，管線錯綜復(fù)雜，區(qū)域陰極保護技術(shù)還需進一步發(fā)展［1］。

輪南儲運站集油站屬塔里木油田一級風(fēng)險站庫，承擔(dān)著油田70%以上的原油外輸任務(wù)，擁有6 座5 萬m3的原油儲罐。輪南集油站有5 套強制電流陰極保護系統(tǒng)保護該站內(nèi)儲罐與管線，共有10 臺恒電位儀，2 臺控制柜，5 臺恒電位儀處于運行狀態(tài)，剩下5 臺恒電位儀處于備用狀態(tài)。

1 站場陰極保護系統(tǒng)調(diào)查與分析

1.1 恒電位儀運行工況測試

恒電位儀是站場區(qū)域強制電流陰極保護的核心設(shè)備之一，對恒電位儀進行調(diào)查，掌握站場上應(yīng)用的恒電位儀的型號規(guī)格、運行參數(shù)和歷史工況數(shù)據(jù)。

輪南集油站10 臺恒電位儀型號全部為PS-1型恒電位儀，恒電位儀輸出電流、電壓連續(xù)可調(diào)，恒電位儀所使用的參比電極均為單陶長效飽和硫酸銅參比電極。其中管控1 號到6 號陽極井的YBB36—YBB41 號6 臺恒電位儀是三相電源恒電位儀，保護9 號、10 號儲罐的4 臺恒電位儀是單相電源恒電位儀。

PS-1 型恒電位儀應(yīng)用十分廣泛，恒電位儀數(shù)字顯示輸出電流、輸出電壓、給定電位和保護電位值。對恒電位儀的運行狀況進行了測試并記錄數(shù)據(jù)(見表1)。由表1 可知，其中三臺保護5 號到8號罐區(qū)的恒電位儀顯示的參比電位都不在規(guī)定的-0.85～-1.2 V內(nèi)，未達到站內(nèi)管線保護的要求。經(jīng)調(diào)試后，電位儀運行正常。YBB36 恒電位儀顯示的輸出電壓誤差較大。

YBB36，YBB39 和YBB40 恒電位儀輸出電流明顯大于YBB47 和YBB42 的輸出電流。因為YBB47 和YBB42 兩臺恒電位儀輸出電流保護9號和10 號罐，兩個儲罐均采用罐底板網(wǎng)狀陽極，說明罐底板網(wǎng)狀陽極保護方式所需保護電流較小。輪南集油站兩條出站管線沒有安裝絕緣法蘭，造成區(qū)域陰極保護的負荷較大。

收集輪南集油站內(nèi)5 套陰保系統(tǒng)的運行工況歷史記錄，整理后發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)5 套陰保系統(tǒng)的保護電位輸出都比較平穩(wěn)，均能達到規(guī)定的-0.85 V～-1.2 V，但是發(fā)現(xiàn)輸出電壓與輸出電流的波動幅度比較大。

表1 輪南集油站恒電位儀運行參數(shù)

1.2 保護電位測試

管地電位是陰極保護技術(shù)中一個重要參數(shù)，無論管道腐蝕態(tài)勢和保護狀況，都可根據(jù)測得的管地電位進行分析、判斷，是進行管道保護情況分析、判斷的依據(jù)。輪南集油站內(nèi)有測試樁21 個，均為鋼制。測試樁測試電纜的一端與被監(jiān)測的儲油罐或管道連接，另一端從測試樁底板的傳線孔穿出并連接到接線板上。根據(jù)GB/T 21246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法》，將電壓表與管道及硫酸銅電極相連接，將硫酸銅電極放置在管頂正上方地表的潮濕土壤上，保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好;將電壓表調(diào)至適宜的量程上，讀取數(shù)據(jù)，作好管地電位值及極性記錄，注明該電位值的名稱。在完全斷電24 h 后，測量管道自然電位。

在通電狀況下對21 個測試樁進行保護電位測試，所測得數(shù)據(jù)見表2。由于9 號和10 號罐沒有安裝測試樁，只能使用便攜式飽和硫酸銅參比電極測試儲罐四個方向的邊緣電位。由測試樁保護電位測試數(shù)據(jù)可得出，測試樁保護電位均在保護范圍之內(nèi)，測試樁測得管地電位都處于-0.85～-1.2 V，達到保護狀態(tài)，保護效果良好。便攜式飽和硫酸銅參比電極測得的電位與測試樁自身埋設(shè)的長效硫酸銅參比電極測得的電位差值在3～140 mV。在完全斷電24 h 后，對未施加陰極保護電流的管道自然電位進行測量，測得的自然電位保持在-500～-750 mV。測試過程中，發(fā)現(xiàn)6 號罐的10 號測試樁與8 號罐的2 號測試樁得不到數(shù)據(jù)，檢查后發(fā)現(xiàn)是測試樁與大罐底板連接點處斷開。儲罐邊緣的測試樁的長效參比全部埋設(shè)在儲罐邊緣部位，所以只能測得儲罐底板邊緣的電位值，不能測試儲罐底板中心的電位值。

表2 輪南集油站陰極保護電位測試

續(xù)表2 輪南集油站陰極保護電位測試

1.3 陽極井調(diào)查

結(jié)合5 號到8 號儲油罐區(qū)實際情況，6 座陽極深井均勻布置在罐區(qū)外圍，井深45 m。陽極體材質(zhì)為混合物金屬氧化物，每座安裝混合物金屬氧化物陽極8 支，共48 支。接線箱位于陽極深井旁，陽極引線電纜另一端牢固接入接線箱內(nèi)，同時陽極主電纜從接線箱引出牢固接入恒電位儀。主電纜規(guī)格為VV22-1 000 V/1×35 mm2銅芯鎧裝聚氯乙烯電力電纜，并外套φ50 mm 鋼管。陽極引線電纜一端與陽極體相接，為VV-1 000 V/1 ×10 mm2的銅芯聚氯乙烯電力電纜并附加耐氯腐蝕處理，陽極引線電纜套管為φ63 mm 的PVC 管。

在陽極表面進行電極反應(yīng)時會產(chǎn)生氯氣和氧氣，氣體產(chǎn)生的量與輸出電流量成正比，若氣體不能及時排走，氣體包圍陽極，會降低陽極同電解質(zhì)的接觸，增加了電阻，降低了陽極電流的釋放。由于存在氣阻，大大影響了深井陽極的正常工作，在陽極井內(nèi)安裝排氣裝置—陽極排氣管，使陽極產(chǎn)生的氣體迅速導(dǎo)出井外。陽極排氣管為φ50 mm的PVC 管。陽極深井中的陽極體與陽極深井壁之間用焦炭填料填實至21 m，焦炭粒徑5～10 mm，21 m 處至井口填充礫石，礫石粒徑10～20 mm。

對1 號到6 號陽極井的接地電阻進行測試，測試結(jié)果見表3。測試過程中發(fā)現(xiàn)6 號陽極井接線盒內(nèi)的一個陽極體的接頭斷開。1 號到6 號陽極井的接地電阻都比較小，保持在0.542～0.745 Ω內(nèi)，說明6 個陽極井的氣阻現(xiàn)象不嚴重，陽極井工作正常。9 號、10 號儲油罐陰極保護系統(tǒng)較5 號到8 號儲油罐陰極保護系統(tǒng)有所不同，9號、10 號儲油罐陰極保護系統(tǒng)輔助陽極布置沒采用罐旁深井式，而是采用罐底網(wǎng)狀陽極。

表3 輪南集油站陽極井接地電阻

2 站內(nèi)屏蔽問題

管道位于開闊地區(qū)，土壤不會對陰極保護電流產(chǎn)生屏蔽。但對于站場，一定的區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)密集，當管道的防腐涂層存在缺陷的時候，容易發(fā)生屏蔽問題。如果被保護的管道附近有其它埋地金屬結(jié)構(gòu)，而且該金屬結(jié)構(gòu)防腐層有缺陷，一部分陰極保護電流就會沿該結(jié)構(gòu)流動，并在靠近被保護管道的地段流出進入被保護管道，這樣就會影響了陰極保護電流的流動，使被保護管道得不到有效的陰極保護，出現(xiàn)電流屏蔽。由于該金屬結(jié)構(gòu)的屏蔽作用，可能會導(dǎo)致部分管段陰極保護不充分［2］。

輪南集油站內(nèi)埋地管道密度較大，結(jié)構(gòu)密集，在相對狹窄的區(qū)域內(nèi)集中了眾多的金屬結(jié)構(gòu)，如儲罐底板、消防管線、工藝管線、避雷防靜電接地系統(tǒng)等。輪南集油站內(nèi)的3 臺連接深井陽極的恒電位儀的輸出電流遠大于其他站場恒電位儀的輸出電流。對于輪南集油站儲罐和閥組區(qū)安裝有大量接地，會消耗大部分的陰極保護電流，只有很少的保護電流消耗在埋地金屬管道上。流向該區(qū)域的電流就會在土壤中產(chǎn)生電位梯度，導(dǎo)致屏蔽效應(yīng)。被保護管線與接地金屬存在電性接觸，會分流大部分的陰極保護電流，從而使管道無法獲得足夠的保護電流，極化程度低，不能滿足陰極保護要求。采用鋅合金接地極可以保證接地功能不受影響，又能成功地將埋地管網(wǎng)與接地系統(tǒng)隔離，減小陰極保護電流需求，從而減輕由接地金屬結(jié)構(gòu)引起的屏蔽問題［3］。

輪南集油站閥組區(qū)內(nèi)增加了犧牲陽極輔助保護減輕屏蔽效應(yīng)，使儲罐閥組區(qū)管線也能得到有效的保護。這種遠、近陽極相結(jié)合的方式可以有效減輕結(jié)構(gòu)密集區(qū)的屏蔽問題。為準確得到閥組區(qū)內(nèi)管道的保護電位，參比電極盡量靠近測點，是消除土壤IR 降來修正被測電位的一種有效的方法，對儲罐閥組區(qū)內(nèi)位于儲罐閥組區(qū)的西側(cè)的18號測試樁和儲罐閥組區(qū)的北側(cè)的17 號測試樁進行開挖測試，通過參比電極緊鄰被測管道表面，測得保護電位分別為-967 mV 和-1 127 mV，均能達到規(guī)定的-0.85～-1.2 V。

3 站內(nèi)干擾問題

在保護系統(tǒng)運行之后，保護電流是由陰極經(jīng)大地回流到被保護金屬結(jié)構(gòu)。如果靠近該體系有其它地下管道，那么陰極保護電流可能在該管道涂層破損處流入管道，在別的地方流出管道而進入大地，這些電流流出點的管道金屬將被腐蝕。這種腐蝕與雜散電流腐蝕有相同的特點，腐蝕將導(dǎo)致管道快速穿孔［4］。

電流對金屬產(chǎn)生腐蝕的原因，同電解時的情況基本一樣。電流從土壤進入金屬管道的陰極區(qū)，若陰極區(qū)的電位過負時，管道表面上會析出大量的氫，造成防腐絕緣層破裂、剝落。當電流由管道的陽極區(qū)流出。陽極區(qū)的管道以鐵離子的形式溶解，陽極區(qū)的管道易受到腐蝕［5］。

輪南集油站安裝深井陽極地床6座，接近深井陽極的地方可以消除陽極干擾，但是距離深井陽極距離較遠的地方，深井陽極不能消除陽極干擾，所以深井陽極不能完全消除陽極干擾。但是深井陽極保護電流不均勻，有些區(qū)域保護不到，容易對站內(nèi)未納入陰極保護的消防管線產(chǎn)生干擾腐蝕。陽極井施工復(fù)雜，技術(shù)要求高，單井造價貴處于惡劣的工作條件下，容易過早損壞。除了6 座深井陽極外，9 號和10 號罐還安裝了罐底網(wǎng)狀陽極，陽極網(wǎng)距離罐底板距離非常近，有效避免了保護電流對其他金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾。

4 結(jié)論與建議

通過對輪南集油站內(nèi)區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的測試，得到以下結(jié)論:

(1)最好在場站設(shè)計時同時考慮區(qū)域陰極保護的設(shè)計，包括選擇陰極保護的方式、陽極類型、通電點位置、接地材料等。

(2)對于儲罐底板外側(cè)的陰極保護，應(yīng)盡量采用罐底板網(wǎng)狀陽極的方式，可以減小電流的消耗，提高罐底板保護效果，減小對其它結(jié)構(gòu)的干擾。

(3)對于由于屏蔽作用而未能達到有效保護的位置，可以增加了犧牲陽極輔助保護減輕屏蔽效應(yīng)。

［1］W.V.貝克曼，W.施文克，W.普林茲.陰極保護手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:196-198.

［2］王燕.某油庫區(qū)域陰極保護實踐［J］.腐蝕與防護，2011，32(7):562-563.

［3］吳萌順，曹備.陰極保護與陽極保護［M］.北京:中國石化出版社，2007:183-184.

［4］胡士信.陰極保護工程手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999:255-257.

［5］杜艷霞，張國忠.輸油泵站區(qū)域性陰極保護實施中的問題［J］.腐蝕與防護，2006，17(8):417-421.