已建站場(chǎng)增加區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)踐

蔡德強(qiáng) 何橋松 劉 念 胡紹磊 馮治宇 陳彬源

1. 中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦, 四川 瀘州 646000;2. 中國(guó)石油西南油氣田公司, 四川 成都 610041;3. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南管道昆明輸油氣分公司, 云南 昆明 650217;4. 中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

岳106井集氣站位于資陽市安岳縣石橋鋪鎮(zhèn)洪壩村2組,于2011年4月建站,場(chǎng)站設(shè)計(jì)壓力為6.4 MPa,設(shè)計(jì)集輸規(guī)模為30×104m3/d,目前主要集輸岳106井、岳101-53-X 2井、岳101-H 1井、岳101-5井組、岳137井、岳151井、岳142井、岳101-53-H 3井等氣井天然氣,是資陽市境內(nèi)重要的集氣站之一[1]。岳106井集氣站站內(nèi)主要埋地構(gòu)筑物為埋地管道和接地極,埋地管道主要有Φ 114.3埋地管道(材質(zhì)L 245,長(zhǎng)度186 m)、Φ 88.9 埋地管道(材質(zhì)L 245,長(zhǎng)度78 m)、Φ 60.3埋地管道(材質(zhì)L 245,長(zhǎng)度126 m)等,其中Φ 114.3埋地管道采用3 PE加強(qiáng)級(jí)防腐,Φ 88.9埋地管道和Φ 60.3埋地管道均采用聚乙烯膠粘帶特加強(qiáng)級(jí)防腐。站內(nèi)埋地接地極為鍍鋅扁鋼,規(guī)格多為25 mm×3 mm。

區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)是保障站內(nèi)埋地管道、設(shè)備安全運(yùn)行的重要措施。岳106井站在投產(chǎn)初期,未對(duì)站內(nèi)埋地管道實(shí)施區(qū)域陰極保護(hù),岳106井站管道埋深(平均2 m)處的土壤電阻率在12～18 Ω·m之間,土壤腐蝕性等級(jí)為強(qiáng),根據(jù)GB/T 35508-2017《場(chǎng)站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)》的規(guī)定(土壤的腐蝕性評(píng)價(jià)為強(qiáng)腐蝕等級(jí)時(shí),已建場(chǎng)站內(nèi)的埋地管道、設(shè)備及儲(chǔ)罐應(yīng)限期補(bǔ)加陰極保護(hù)措施,并在運(yùn)行期間始終保持)[2]決定在岳106井站內(nèi)增加一套區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)岳106井站內(nèi)埋地管道進(jìn)行保護(hù),以保障岳106井站埋地管道的安全運(yùn)行,該套區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由陽極地床、通電點(diǎn)、陰極保護(hù)設(shè)備等構(gòu)成。

1 陽極地床

1.1 陽極地床形式介紹

區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)常用的陽極地床形式有近陽極地床和遠(yuǎn)陽極地床兩種形式,當(dāng)被保護(hù)管道處于陽極地床的陽極電場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí),該類陽極地床為近陽極地床;被保護(hù)管道處于陽極地床的陽極電場(chǎng)范圍外時(shí),該類陽極地床為遠(yuǎn)陽極地床。近陽極地床保護(hù)的埋地管道范圍較小,而遠(yuǎn)陽極地床保護(hù)的埋地管道范圍較大[3]。

近陽極地床常見的有沿管道同溝敷設(shè)的線性陽極[4],高硅鑄鐵陽極等形式,遠(yuǎn)陽極地床常見的有深井陽極地床等形式。對(duì)于新建油氣場(chǎng)站,近陽極地床應(yīng)用較為普遍,因?yàn)樵诠艿缆裨O(shè)施工時(shí),可在管道附近根據(jù)設(shè)計(jì)要求埋設(shè)線性陽極或其他陽極材料,施工安裝較為方便,施工質(zhì)量容易控制,保護(hù)效果也較好[5]。

岳106井站為已建站場(chǎng),站場(chǎng)處于運(yùn)行生產(chǎn)狀態(tài),如采用近陽極地床形式,則必須將站內(nèi)所有埋地管道開挖出來,然后在管道附近敷設(shè)陽極材料,但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),岳106井站內(nèi)有很多設(shè)備基墩,工藝裝置區(qū)內(nèi)管道設(shè)備密集,同時(shí)各種埋地管道交錯(cuò)分布,異常復(fù)雜,因此如果岳106井站采用近陽極地床形式對(duì)埋地管道進(jìn)行保護(hù),開挖過程中存在很大的安全隱患,同時(shí)埋地管道被開挖出來以后處于露空狀態(tài)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行,管道的受力狀態(tài)可能發(fā)生變化,也存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn),不利于區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的施工。所以岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)不適宜采用近陽極地床形式,最后確定采用遠(yuǎn)陽極地床形式的深井陽極作為岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極地床[6]。

1.2 陽極地床的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

1.2.1 陽極地床的數(shù)量

采用深井陽極地床對(duì)站內(nèi)埋地管道實(shí)施陰極保護(hù)時(shí),部分埋地管道容易受到屏蔽,影響保護(hù)效果[6],為防止此類現(xiàn)象的發(fā)生,岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)施時(shí),首先確定應(yīng)盡量在站內(nèi)多布置幾口深井陽極,增加電流的分散性,盡量保證埋地管道四周均有深井陽極地床,防止屏蔽現(xiàn)象的發(fā)生[7]。

在岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)實(shí)施時(shí),根據(jù)岳106井站站內(nèi)設(shè)施布置圖和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),確認(rèn)了站內(nèi)埋地管道的位置、埋地管道的管徑、長(zhǎng)度以及站內(nèi)接地設(shè)施的材質(zhì)、數(shù)量和位置,同時(shí)對(duì)站內(nèi)擬選陽極地床的位置依據(jù)GB/T 21246-2016 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》規(guī)定的方法進(jìn)行了深層土壤電阻率測(cè)試,測(cè)試深度30 m和60 m,詳細(xì)測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 岳106井站深層土壤電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

測(cè)試點(diǎn)編號(hào)測(cè)試深度/m土壤電阻率/(Ω·m)1#陽極地床3032.51#陽極地床6026.22#陽極地床3033.82#陽極地床6025.53#陽極地床3032.03#陽極地床6025.24#陽極地床3033.34#陽極地床6026.0

根據(jù)GB/T 35508-2017《場(chǎng)站內(nèi)區(qū)域性陰極保護(hù)》的規(guī)定需對(duì)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的電流需求量進(jìn)行計(jì)算[8],再根據(jù)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)電流需求計(jì)算結(jié)果和岳106井站的土壤電阻率計(jì)算結(jié)果確定岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極體需求數(shù)量,最后根據(jù)陽極體需求數(shù)量確定陽極地床的數(shù)量。經(jīng)計(jì)算確定岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的深井陽極地床數(shù)量為4座,這樣一方面能保證陽極地床的接地電阻滿足要求,另一方面又保證站內(nèi)所有埋地設(shè)施不易受到屏蔽影響[9],都能得到足夠的陰極保護(hù)電流,保證區(qū)域陰極保護(hù)的有效性。同時(shí)使每座陽極地床的輸出電流最小,減小對(duì)站外埋地管道的陽極干擾影響[10]。

1.2.2 陽極地床的位置

作為區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的深井陽極地床距離外部管線較近且輸出電流較大時(shí),易對(duì)站外埋地管道形成陽極干擾[11],在實(shí)施過程中應(yīng)采取措施在保證站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)有效性的同時(shí)減少深井陽極地床對(duì)站外埋地管道的陽極干擾影響。當(dāng)深井陽極與站外埋地管道距離大于50 m,且輸出電流較小時(shí),可忽略其對(duì)站外埋地管道的陽極干擾影響[12]。因此深井陽極地床的位置選擇非常重要,在岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行陽極地床的位置選擇時(shí),首先采用PCM探管儀對(duì)站外埋地線路管道的位置進(jìn)行標(biāo)識(shí),了解可能受到影響的站外埋地管道,在下一步選擇深井陽極地床位置時(shí),保證陽極地床的位置遠(yuǎn)離站外埋地管道,同時(shí)根據(jù)岳106井站站內(nèi)設(shè)施布置圖和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)。確認(rèn)站內(nèi)埋地管道、電纜、光纜、接地體等埋地設(shè)施的位置,保證選擇的深井陽極位置均避開上述埋地設(shè)施或構(gòu)筑物,防止深井陽極鉆井施工時(shí)損壞上述埋地設(shè)施,影響站場(chǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行。為防止竣工圖紙與現(xiàn)場(chǎng)情況不一致的情況發(fā)生,在岳106井站深井陽極施工時(shí),首先采用PCM進(jìn)行探測(cè),然后采用人工鉆探的方式,鉆探至地下10 m深,保證地下沒有任何埋地管道、電纜、光纜后再采用機(jī)械鉆機(jī)進(jìn)行深井陽極鉆井施工[13]。在最后確認(rèn)深井陽極位置前還應(yīng)根據(jù)深井陽極地床的深度、站場(chǎng)位置的土壤電阻率計(jì)算陽極地床的接地電阻,確認(rèn)深井陽極地床接地電阻符合要求,同時(shí)保證所選位置處安裝的深井陽極輸出的電流能對(duì)站內(nèi)所有埋地管道進(jìn)行保護(hù),而又不會(huì)對(duì)站外埋地管道形成陽極干擾。最后確定的岳106井站陽極地床位置見圖1。

圖1 陽極地床布置圖

2 通電點(diǎn)的布置

通電點(diǎn)是區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分,通電點(diǎn)通常由長(zhǎng)效硫酸銅參比電極、通電電纜與管道的連接等構(gòu)成[14]。通電點(diǎn)的位置設(shè)置不當(dāng),將會(huì)影響區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果,所以通電點(diǎn)的位置選擇非常重要。

通電點(diǎn)在進(jìn)行位置選擇時(shí),首先應(yīng)考慮該通電點(diǎn)的保護(hù)范圍,并確定保護(hù)范圍內(nèi)管道與對(duì)應(yīng)的陽極地床之間的電流通道不會(huì)被屏蔽,保證陰極保護(hù)電流能均勻分布在被保護(hù)的埋地管道上；其次還要考慮通電點(diǎn)位置與附近接地體的距離,兩者距離越遠(yuǎn)越好；最后還應(yīng)考慮通電點(diǎn)附近埋設(shè)的長(zhǎng)效硫酸銅參比電極容不容易失效[15],是否方便日常管理和更換等。根據(jù)岳106井站站內(nèi)埋地管道設(shè)施布置情況,結(jié)合陽極地床設(shè)置位置,最后確定岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置通電點(diǎn)4個(gè),保證站內(nèi)埋地管道都能得到充足的陰極保護(hù)電流,同時(shí)在通電點(diǎn)附近安裝長(zhǎng)效硫酸銅參比電極的正上方設(shè)置檢查井,方便日常運(yùn)行維護(hù)管理過程中測(cè)試埋設(shè)的長(zhǎng)效硫酸銅參比電極是否失效,一旦失效,也方便更換。

3 陰極保護(hù)設(shè)備選擇

站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)設(shè)備通常包括陰極保護(hù)電源設(shè)備、測(cè)試箱、接線箱等。岳106井站為改造站場(chǎng),受站內(nèi)建筑物空間限制,上述設(shè)備只能放置在室外,所以上述設(shè)備都選用室外型設(shè)備,防護(hù)等級(jí)必須達(dá)到IP 55以上[16]。為防止陰極保護(hù)電源設(shè)備、各測(cè)試箱和接線箱在站場(chǎng)內(nèi)零星分布影響站場(chǎng)美觀,應(yīng)集中布置,方便區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常管理和維護(hù),同時(shí)由于陰極保護(hù)電源設(shè)備、測(cè)試箱、接線箱三者之間電纜接線復(fù)雜,為減少陰極保護(hù)設(shè)施之間電纜溝開挖工程量,保證電纜連接質(zhì)量,可采用陰極保護(hù)成套橇裝設(shè)備[14],該設(shè)備在工廠制造并完成所有設(shè)備之間的接線工作,既能保證施工接線質(zhì)量,又能大大減少現(xiàn)場(chǎng)施工工程量,其外觀也更加整潔、美觀,日常管理維護(hù)更簡(jiǎn)單,同時(shí)還具有運(yùn)輸方便,可重復(fù)使用的特點(diǎn),因此針對(duì)站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng),采用陰極保護(hù)成套橇裝設(shè)備對(duì)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常正常運(yùn)行和維護(hù)管理具有十分重要的意義[17]。

陰極保護(hù)電源設(shè)備是區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的一個(gè)設(shè)備,因此其選擇十分重要。陰極保護(hù)電源設(shè)備通常有恒電位儀型和整流器型兩種。恒電位儀設(shè)備通常能通過自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的輸出電流大小,來保證被保護(hù)埋地管道設(shè)備始終處于保護(hù)電位范圍內(nèi)(-0.85～-1.2 V,相對(duì)于Cu/CuSO4參比電極)[18],因此通常選用恒電位儀作為區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的電源設(shè)備。為方便調(diào)節(jié)每個(gè)通電點(diǎn)的保護(hù)電位,保證埋地管道處于保護(hù)范圍內(nèi),陰極保護(hù)電源設(shè)備應(yīng)具備對(duì)每個(gè)通電點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)的能力,因此陰極保護(hù)電源設(shè)備應(yīng)選擇具有多路輸出功能且每路獨(dú)立可調(diào)的陰極保護(hù)電源設(shè)備。岳106井站由于設(shè)置有4個(gè)通電點(diǎn),因此選擇了具有5路輸出(其中一路為備用)且每路輸出均可獨(dú)立調(diào)節(jié)的恒電位儀作為陰極保護(hù)電源設(shè)備[19]。

4 投運(yùn)與測(cè)試

岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)建成后,選取了站內(nèi)遠(yuǎn)離通電點(diǎn)和可能存在電流屏蔽的部位進(jìn)行了電位測(cè)試,經(jīng)測(cè)試各部位的管地電位均處于-0.85～-1.2 V(相對(duì)于 Cu/CuSO4參比電極)[20],完全符合GB/T 35508-2017《場(chǎng)站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)》相關(guān)規(guī)定,測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表2 岳106井站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)管道電位測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

測(cè)試點(diǎn)編號(hào)測(cè)試數(shù)值/V測(cè)試點(diǎn)位置1#-1.036工藝裝置區(qū)邊緣2#-1.015工藝裝置區(qū)邊緣3#-0.925工藝裝置區(qū)邊緣4#-0.955工藝裝置區(qū)中心5#-1.011工藝裝置區(qū)中心6#-1.043工藝裝置區(qū)中心

5 結(jié)論

已建站場(chǎng)增加區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí),陽極地床的選擇非常重要,選擇深井陽極地床方式,并確定好正確的位置,首先能大大減少現(xiàn)場(chǎng)開挖工程量,也能避免對(duì)站外埋地構(gòu)筑物的干擾,同時(shí)還能發(fā)揮非常好的效果。區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)中通電點(diǎn)的設(shè)置,一定要根據(jù)站內(nèi)埋地管道的分布情況進(jìn)行選擇,保證電流能均勻分布在埋地管道上,同時(shí)防止屏蔽現(xiàn)象的發(fā)生。通電點(diǎn)附近安裝的長(zhǎng)效硫酸銅參比電極的正上方可設(shè)置檢查井,方便檢查參比電極是否失效,參比電極一旦失效,也方便更換。對(duì)于站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)用設(shè)備可選用陰極保護(hù)成套橇裝設(shè)備,該設(shè)備將陰極保護(hù)電源設(shè)備、各類測(cè)試箱和接線箱集成在橇座上,具有美觀大方、可重復(fù)使用、運(yùn)輸方便的特點(diǎn),選用橇裝設(shè)備既能保證施工質(zhì)量,減少現(xiàn)場(chǎng)施工工程量,又方便區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)今后的日常維護(hù)管理。