陽極分布對區(qū)域陰極保護(hù)效果的影響

謝信軍

（國家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道有限責(zé)任公司（新疆輸油氣分公司），新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合使用是當(dāng)前埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕防護(hù)最為有效的方式[1,2]。隨著站場腐蝕危害日益嚴(yán)重，近年來區(qū)域陰極保護(hù)得到了迅猛發(fā)展，相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相繼制訂也將區(qū)域陰極保護(hù)逐步推上了強(qiáng)制實(shí)施的法制道路，并且實(shí)現(xiàn)了陰極保護(hù)和主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)，取得了顯著的效果[3,4]。

與線路陰極保護(hù)的保護(hù)對象單一、防腐層質(zhì)量較好、所需陰極保護(hù)電流較小不同，輸油氣站場內(nèi)管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，工藝管線、消防管線、排污管線、儲罐、接地網(wǎng)相互交叉鋪設(shè)，防腐層質(zhì)量參差不齊，且埋地金屬設(shè)施間相互存在電連接，極易造成電流分布不均以及電流屏蔽，導(dǎo)致陰極保護(hù)效果不理想[5]。

對于中大型輸油氣站場，區(qū)域陰極保護(hù)一般采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的方式，陽極地床的分布方式對陰極保護(hù)電流的分布以及保護(hù)效果影響較大。根據(jù)站場規(guī)模以及埋地金屬設(shè)施的分布，普遍使用的陽極地床形式包括遠(yuǎn)陽極地床以及近陽極地床[4]。其中遠(yuǎn)陽極地床一般采用深井陽極，陽極類型包括高硅鑄鐵陽極、貴金屬氧化物陽極等。近陽極地床一般采用分布式淺埋陽極，陽極類型包括高硅鑄鐵陽極、貴金屬氧化物陽極、線性陽極等[5-9]。

本文選擇西部地區(qū)某輸油站場，對其區(qū)域陰極保護(hù)效果進(jìn)行評價(jià)，根據(jù)評價(jià)結(jié)果對存在陰極保護(hù)不達(dá)標(biāo)的區(qū)域重新設(shè)計(jì)安裝陽極地床，隨后再次對陰極保護(hù)效果進(jìn)行評價(jià)，探究陽極地床分布對陰極保護(hù)效果的影響。

1 站場陰極保護(hù)初始運(yùn)行狀況

所選站場保護(hù)區(qū)域共分為成品油區(qū)、轉(zhuǎn)油泵區(qū)、加熱爐區(qū)、降凝劑區(qū)、換熱器區(qū)以及罐區(qū)六個(gè)功能區(qū)。原設(shè)計(jì)中，采用分布式淺埋陽極對站場埋地管道進(jìn)行保護(hù)，使用高硅鑄鐵陽極共計(jì)288根，設(shè)置陰極保護(hù)回路4個(gè)，陰極保護(hù)電源使用4臺恒電位儀。在運(yùn)維過程中，管理人員發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域陰極保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)。區(qū)域陰極保護(hù)原設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)圖

鑒于部分區(qū)域陰極保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)，首先對原運(yùn)行狀態(tài)下的陽極地床的運(yùn)行狀況以及陰極保護(hù)效果進(jìn)行檢測，檢測內(nèi)容包括各回路陽極的接地電阻以及全站場的通電電位、斷電電位以及極化電位。陽極地床測量結(jié)果如表1所示，站場電位測試結(jié)果如圖2所示及圖3所示。

表1 陰極保護(hù)回路陽極地床狀況統(tǒng)計(jì)表

圖2 站場測試點(diǎn)通斷電位曲線

圖3 站場測試點(diǎn)電位極化值曲線

從表1可知，成品油區(qū)第二支路陽極電纜疑似存在斷纜，第四支路接地電阻偏大；罐區(qū)埋地管道第三支路以及第四支路陽極電纜疑似斷纜。

從圖2以及圖3可知，成品油區(qū)埋地管道電位測試共計(jì)測量21處，其中滿足陰極保護(hù)指標(biāo)（斷電電位-0.85～-1.2V或100mV極化指標(biāo)）[10]只有6處，保護(hù)率僅為28.6%；轉(zhuǎn)油泵區(qū)共計(jì)測量11個(gè)測試點(diǎn)，保護(hù)電位均不達(dá)標(biāo)；加熱爐區(qū)共計(jì)測量11個(gè)測試點(diǎn)，保護(hù)電位均不達(dá)標(biāo)；降凝劑區(qū)共計(jì)測量15個(gè)測試點(diǎn)，保護(hù)電位均不達(dá)標(biāo)；換熱器區(qū)共計(jì)測量26個(gè)測試點(diǎn)，保護(hù)電位均不達(dá)標(biāo)；罐區(qū)埋地管道共計(jì)測量5個(gè)測量點(diǎn)，其中電位達(dá)標(biāo)4處，保護(hù)率為80%。綜上，該站場共計(jì)測量89處，其中電位達(dá)標(biāo)共計(jì)10處，站場陰極保護(hù)保護(hù)為11.2%，區(qū)域陰極保護(hù)效果不理想。

2 原因分析

結(jié)合該站初始區(qū)域陰極保護(hù)設(shè)計(jì)圖以及現(xiàn)場檢測結(jié)果，分區(qū)域分析站場陰極保護(hù)效果不理想的原因，具體分析結(jié)果如下：

（1）成品油區(qū)的閥組區(qū)：經(jīng)現(xiàn)場對陽極電纜檢測，該處陽極的第2以及第4回路電纜均存在斷纜，導(dǎo)致該區(qū)域陽極地床的部分陽極不能提供陰極保護(hù)電流，此外，該區(qū)域原有設(shè)計(jì)中分布式高硅鑄鐵陽極均在區(qū)域外圍布設(shè)，該區(qū)域地下管網(wǎng)密集，且存在大量的接地扁鐵，電流屏蔽效應(yīng)顯著，以上兩點(diǎn)應(yīng)是該區(qū)域陰極保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)的主要原因；

（2）轉(zhuǎn)油泵區(qū)：原有設(shè)計(jì)中，該區(qū)域并未設(shè)計(jì)安裝陽極，周邊區(qū)域陽極地床由于屏蔽效應(yīng)，保護(hù)電流很難流入該區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域埋地管線得不到有效保護(hù)；

（3）換熱器區(qū)、加熱爐區(qū)、降凝劑區(qū)：該三個(gè)區(qū)域原先設(shè)計(jì)中均在區(qū)域外圍布設(shè)了分布式淺埋陽極，但由于電流屏蔽，導(dǎo)致這三個(gè)區(qū)域內(nèi)的埋地管道均得不到有效保護(hù)；

（4）罐區(qū)：罐區(qū)整體陰極保護(hù)效果良好，經(jīng)檢測存在兩處陽極電纜斷纜，造成個(gè)別測試點(diǎn)的電位不達(dá)標(biāo)。

3 整改措施

根據(jù)以上分析，提出以下整改措施：

（1）成品油區(qū)：陽極接線箱保護(hù)成品油閥組區(qū)、成品油泵棚區(qū)、轉(zhuǎn)油泵區(qū)，在成品油閥組區(qū)根據(jù)管道走向新安裝9支高硅鑄鐵陽極，連接至原有第4支路上，新安裝陽極重點(diǎn)埋設(shè)在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)部管道周圍，避免電流屏蔽；

（2）轉(zhuǎn)油泵區(qū)：新安裝9支高硅鑄鐵陽極連接到原第2支路上；

（3）換熱器區(qū)、加熱爐區(qū)、降凝劑區(qū)：換熱器區(qū)陽極接線箱保護(hù)換熱器區(qū)、加熱爐區(qū)、降凝劑區(qū)埋地管道，在換熱器區(qū)西側(cè)新安裝15支高硅鑄鐵陽極，并連接到第1支路上，更換原第一支路上原有高硅鑄鐵陽極4支，更換斷裂的陽極，修復(fù)斷纜陽極電纜；降凝劑區(qū)新安裝27支高硅鑄鐵陽極，更換原降凝劑區(qū)26支高硅鑄鐵陽極，更換斷裂的陽極，修復(fù)斷纜陽極電纜；加熱爐區(qū)新安裝10支高硅鑄鐵陽極，作為單獨(dú)1個(gè)支路引入陽極分線箱。換熱器區(qū)域陰保系統(tǒng)共更換原有高硅鑄鐵陽極30支，新安裝高硅鑄鐵陽極22支。新安裝陽極重點(diǎn)埋設(shè)在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)部管道周圍，避免電流屏蔽；

（4）罐區(qū)：修復(fù)罐區(qū)陽極電纜斷纜2處；

（5）所有新安裝淺埋高硅鑄鐵陽極上方均安裝陽極地床注水孔，便于后期對陽極地床澆水維護(hù)；

（6）區(qū)域陰極保護(hù)整改平面布置詳如圖4所示。

圖4 區(qū)域陰極保護(hù)整改平面布置

4 整改效果

整改施工完成后，重新對輸油站區(qū)域陰極保護(hù)效果進(jìn)行評價(jià)，測量結(jié)果詳如圖5及圖6所示。

圖5 整改完成后站場陰極保護(hù)電位曲線

圖6 整改完成后站場測試點(diǎn)極化值曲線

從上圖可以看出：

站內(nèi)89個(gè)測試點(diǎn)有13個(gè)測試點(diǎn)不滿足-0.85~-1.2V電位標(biāo)準(zhǔn)，但所有點(diǎn) 均滿足100mV極化標(biāo)準(zhǔn)；

通過改變陽極分布可有效降低電流屏蔽，保證所有埋地管道均達(dá)到有效保護(hù)。

5 結(jié)語

區(qū)域陰極保護(hù)陽極地床的分布對保護(hù)效果影響較大，由于存在電流屏蔽，通過在被保護(hù)區(qū)域周邊埋設(shè)分布式淺埋陽極的方式往往導(dǎo)致保護(hù)區(qū)域內(nèi)部埋地管道得不到有效的保護(hù)。本文選擇某典型站場，通過對區(qū)域陰極保護(hù)效果的檢測分析，確定了站場陰極保護(hù)不均衡的主要原因，并制定了較為科學(xué)的陽極地床布設(shè)方案。整改完成后，站場電位均滿足了陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則要求，降低了站場埋地鋼質(zhì)管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。