王立偉1 胡亞楠2 黎建國2 倪偉斌2 張勇2

1.中石油西部管道公司烏魯木齊輸油氣分公司，2.中石油西部管道公司獨山子輸油氣分公司

管道保護過(guò)程中，外壁保護依靠防腐涂層與陰極保護聯(lián)合保護的方式，在長(cháng)輸管道的保護上取得了顯著(zhù)效果。然而對于站場(chǎng)內管道而言，若僅依靠防腐涂層保護，一方面由于很難進(jìn)行工廠(chǎng)機械化預制，站場(chǎng)管道大多采用現場(chǎng)涂裝，涂裝質(zhì)量存在一定不足，涂層本身缺陷也在所難免；另一方面由于站場(chǎng)內綠化需要，土壤環(huán)境較站外更為潮濕，腐蝕性相對較強，則缺乏陰極保護的情況下，極易發(fā)生腐蝕甚至穿孔泄漏。因此，對站場(chǎng)內管道進(jìn)行區域性陰極保護十分必要。

1 獨山子成品油站區域陰極保護現狀

獨山子成品油站建成于2008年，站內區域根據功能主要分為閥組區、泵房和成品油罐區。其中罐區的所有儲罐均采用罐底MMO網(wǎng)狀陽(yáng)極保護方式，其余埋地管道部分則采用深井陽(yáng)極保護方式。獨山子成品油站站內埋地管道系統主要包括站內工藝管道以及消防系統管道，其中工藝埋地管道外壁表面積約為7320㎡，管道防腐層采用聚乙烯膠粘帶。防腐層等級為加強級，結構分為三層，防腐層總厚度≥1.4mm。另有消防管線(xiàn)外壁總面積約5630㎡。

根據原設計說(shuō)明，閥組區和站內的所有埋地工藝及輔助管道系統均為保護對象。設計采用位于站外的一口預制式金屬氧化物深井陽(yáng)極實(shí)施保護，陽(yáng)極位于站外北側80m，埋深50m，陽(yáng)極為10節，總長(cháng)≥10m。

1.1 現場(chǎng)測試結果及分析

2011年7月，針對站隊區域陰極保護現狀，由第三方公司與站隊共同對站場(chǎng)內區域陰極保護相關(guān)數據密間距電位測量（CIS）進(jìn)行了測試。

測試根據設計圖紙及實(shí)際管道埋設情況，在站內選取了30個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行通斷電電位測試，以檢驗現有系統工作情況。測試工具采用萬(wàn)用表和便攜式參比電極進(jìn)行，利用現場(chǎng)測試樁內的零位接線(xiàn)點(diǎn)。

通過(guò)此次測試可以看出，整個(gè)站區管網(wǎng)基本上都在未保護狀態(tài)，相當一部分電位處于自然腐蝕范圍，通斷電位相差無(wú)幾。其中6、 7、 8三點(diǎn)位于站區泵房后，是站內埋地管道最為密集的區域，此三處電位幾乎等于自然電位，說(shuō)明站隊埋地管道的陰極保護系統急需改造。

為排除可能的情況，對深井陽(yáng)極與土壤電阻率進(jìn)行了測試，結果見(jiàn)表2、表3。

從測試結果可知，站區外面的深井陽(yáng)極附近，礫石較多且大，土壤露天，較干燥，易失水分，屬低腐蝕環(huán)境；站區內礫石多、較小，有混凝土地坪，土壤不易失水，屬中度腐蝕環(huán)境。深井陽(yáng)極系統阻值都正常，恒電位儀的輸出也正常，但根據現場(chǎng)測得電位看來(lái)，整個(gè)站區管網(wǎng)系統遠遠達不到保護狀態(tài)。

為檢驗外加電流的影響，將恒電位儀調整至滿(mǎn)負荷運轉的情況，針對30個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行第二次通斷電測試。結果見(jiàn)表4。

從上述結果可以得知，恒電位儀滿(mǎn)負荷運載后，輸出電流只上升了0.6安，電流大小不能滿(mǎn)足現場(chǎng)要求，對站區內管網(wǎng)保護電位的提高沒(méi)有明顯的作用，大多數管網(wǎng)仍處于保護不足的狀態(tài)，為解決此問(wèn)題，需要另外設計并安裝陰極保護系統。

通過(guò)此次實(shí)際測試情況來(lái)看，顯示主要站內工藝管道系統遠未達到設計的GB/T 21488 2008《埋地鋼制管道陰極保護技術(shù)規范》的-0.85~-1.5V的保護電位的要求，深井陽(yáng)極的設備輸出回路電阻為7.5Ω，屬于偏高的范圍，根據陽(yáng)極接地電阻值和恒電位儀的容量，當恒電位儀輸出電壓為40伏，回路電阻為2歐時(shí)，才能夠輸出電流20安，根據現有站場(chǎng)的實(shí)際情況，恒電位儀滿(mǎn)負荷工作時(shí)電流只能達到4.8安，不能夠滿(mǎn)足現場(chǎng)的要求。同時(shí)加之站產(chǎn)接地網(wǎng)的消耗，導致管網(wǎng)系統遠遠達不到保護狀態(tài)�？傊�結合深井陽(yáng)極的測試參數、陽(yáng)極床的位置、接地網(wǎng)的屏蔽作用及現有恒電位儀的容量不能夠匹配現有站場(chǎng)區域陰極保護的需求，都是導致站場(chǎng)埋地管網(wǎng)欠保護的直接原因。

2 對站區陰極保護問(wèn)題原因分析

由于目前區域陰極保護缺乏具體可供依據的規范，設計與施工多為依靠經(jīng)驗，且影響區域陰極保護效果的原因較多，較為復雜，難以得出確切的系統失效原因，本文依據目前國內外的區域陰極保護的主流技術(shù)與共同問(wèn)題，結合現場(chǎng)測量數據對獨山子成品油站區域陰極保護現狀進(jìn)行分析。

2.1 電流通過(guò)防雷接地系統流失

獨山子成品油站內陰極保護系統與避雷防靜電接地網(wǎng)相連，而目前認為區域陰極保護中，外界影響最嚴重、最直接的就是站場(chǎng)各種電接地系統。國內設計習慣為將管道、儲罐底板、混凝土基礎以及各種設備儀表接地構成統一的防雷接地網(wǎng)，然而依據相關(guān)研究顯示，這會(huì )造成陰極保護電流的大量散失，并且輔助陽(yáng)極的壽命減少到十分之一以上。此外，由于站場(chǎng)內管道防腐層為現場(chǎng)涂裝，隨著(zhù)時(shí)間增加，絕緣質(zhì)量差別較大，同樣造成電流消耗增大。根據國內資料統計，陰保 電流中超過(guò)85%流失于接地系統，僅不足15%的電流消耗在埋地管網(wǎng)與儲罐底板上。

圖2 獨山子成品油站接地網(wǎng)屏蔽示意圖

對接地網(wǎng)進(jìn)行電位測試（選取30個(gè)各區域代表性的測試點(diǎn)，采取斷開(kāi)接地線(xiàn)的方式進(jìn)行測試），目的是說(shuō)明接地網(wǎng)的屏蔽作用（測試結構理論上應該是接地網(wǎng)的電位在-0.85~-1.5V之間，處于別保護狀態(tài)）。同時(shí)對接地網(wǎng)的面積進(jìn)行計算，并按50mA/m2進(jìn)行計算接地網(wǎng)消耗的電流量，通過(guò)結果進(jìn)一步說(shuō)明我站大部分陰保電流被接地網(wǎng)消耗了，同時(shí)作為接下來(lái)計算電流需求量得理論依據。

2.2 屏蔽問(wèn)題

（1）獨立的陰極保護系統設計。獨山子成品油站內儲油罐區采用單獨的罐底鋪設網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護系統，站內埋地管道則為深井陽(yáng)極陰極 保護系統，這一設計同目前我國大多已建的站場(chǎng)區域陰極保護設計類(lèi)似，即對站內地下管道和地面儲油罐實(shí)施分開(kāi)獨立的陰極保護，但依據收集到的資料得知，這種設計很容易產(chǎn)生屏蔽和雜散電流腐蝕的問(wèn)題。解決這一問(wèn)題的一個(gè)行之有效的方法是將區域內所有要保護的構件和設施作為一個(gè)整體進(jìn)行區域陰極保護。

（2）深井陽(yáng)極。深井陽(yáng)極這一設計同樣會(huì )產(chǎn)生屏蔽問(wèn)題。依據美國防腐專(zhuān)家A.W.Peabody在其著(zhù)作 《Control of Pipeline Corrosion》“Shieldingin Congested Areas”一節中的相關(guān)試驗及其結論，由于站場(chǎng)內埋地構件眾多，結構密集區的管道可能會(huì )與接地系統、鋼筋混凝土基礎、電力系統、供水管線(xiàn)相將接觸，流向該區域的總電流足以在土壤中產(chǎn)生電位梯度，繼而產(chǎn)生屏蔽。根據實(shí)驗數據，屏蔽影響由邊緣向密集區的中央呈現增加趨勢，如果其中存在裸管，則屏蔽將非常嚴重。對照表1及4中測試數據，獨山子成品油站內保護電位最弱的點(diǎn)位于陰極保護系統中較為中心的位置，由于輸油泵站區域較大，地下管網(wǎng)較多，因此，區域陰保除靠近陽(yáng)極地床的區域配管外，相當一部分由于地下管道的相互電屏蔽及接地網(wǎng)的影響而沒(méi)有達到保護電位，屏蔽問(wèn)題的比較嚴重。

2.3 干擾問(wèn)題

對獨烏線(xiàn)0-76km范圍內保護電位進(jìn)行分析，發(fā)現出站4km內，保護電位明顯過(guò)高，具體數據如表5所示。

從此表可以看出，出站4km范圍內管道干線(xiàn)均存在過(guò)保護現象，特別是5km處，距離站場(chǎng)最近，其過(guò)保護現象最為嚴重。結合自然電位測量結果發(fā)現，當全線(xiàn)恒電位儀斷電后，測量此段管線(xiàn)的自然電位均在-1000mv左右，可以判定存在嚴重的電流干擾。

其中干擾分為控制點(diǎn)有電流流入與電流流出兩種。分析獨山子成品油站實(shí)際情況，站場(chǎng)近端存在嚴重的過(guò)保護，而遠端保護電流并無(wú)明顯不足，屬于控制點(diǎn)有電流流出的情況。即由于控制點(diǎn)電流流出，導致極化減小，為維持設定的控制電位，干線(xiàn)陰極保護系統自動(dòng)提高輸出電流，導致整個(gè)管段陰極極化增大，對管道近端形成過(guò)保護。

3 對現有系統的改造方案

在進(jìn)行具體的檢測后，北京鼎尚基業(yè)科技有限公司提出了在站內鋪設基于MMO/Ti的柔性陽(yáng)極的改造方案。

柔性陽(yáng)極開(kāi)發(fā)的目的就是用來(lái)解決傳統陰極保護難題的，尤其用來(lái)解決陰極保護中因屏蔽而造成保護不足和過(guò)保護同時(shí)存在的難題，以及對外界金屬構筑物特別是對干線(xiàn)管道的干擾問(wèn)題。

圖3為柔性陽(yáng)極與傳統的深井陽(yáng)極和分布式淺埋陽(yáng)極的特點(diǎn)對比，圖3中紅、黑、白三條曲線(xiàn)分別代表柔性陽(yáng)極、分布式陽(yáng)極以及深井陽(yáng)極等保護系統在管采用柔線(xiàn)上的電位分布形態(tài)。柔性陽(yáng)極電位分布為-0.9-- -1.0V；分布式陽(yáng)極電位分布為-0.79-- -1.3V；深井陽(yáng)極保護情況下的電位分布為-0.7V-- -1.6V。不難看出，柔性陽(yáng)極的電位分布最為均衡，能很好地避免保護不足和過(guò)保護的問(wèn)題，過(guò)保護對管道防腐層和管道材質(zhì)，尤其是對X80鋼的危害不容忽視。

針對獨山子成品油站內的土壤條件、管網(wǎng)復雜程度和管道防腐層的可能破損情況，以及可能存在的屏蔽與干擾現象，柔性陽(yáng)極是較為合理的選擇。

4 結語(yǔ)與建議

1、獨山子成品油站保護結構復雜，埋地管網(wǎng)陰極保護系統存在電流大量流失、屏蔽、干擾等可能性。

2、采用增加陽(yáng)極的辦法對系統進(jìn)行改造是比較有針對性的方法，其中柔性陽(yáng)極具有較大優(yōu)勢。

3、區域陰極保護作為站場(chǎng)管道防腐的重要保證，正日益被重視，但當前技術(shù)水平發(fā)展較為緩慢，缺乏相關(guān)的規范，僅依靠經(jīng)驗設計，數值型模型是目前的研究方向。 

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作者簡(jiǎn)介：王立偉，工程師，1979年生，2005年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，國家級注冊安全工程師，現主要從事基層站隊安全生產(chǎn)管理。

2014年第1期（總第14期）