李振軍 王成 吳錦強 趙康

國家管網(wǎng)集團西部管道公司

 

摘要：通過(guò)對不同形式陽(yáng)極地床保護下的站場(chǎng)區域陰極保護系統進(jìn)行測試，評價(jià)各種形式陽(yáng)極地床的區域陰極保護效果及對干線(xiàn)管道的干擾影響。結果表明，在埋地金屬結構物密集區域，由于接地網(wǎng)的漏電和屏蔽作用，西部管道采用深井陽(yáng)極地床難以使金屬結構物密集區域的被保護管道達到有效的陰極保護；將分布式淺埋陽(yáng)極埋設在被保護管道附近，陰保電流可通過(guò)較短的路徑到達被保護管道表面，使被保護管道得到有效的陰極保護。深井陽(yáng)極地床電流分布范圍廣，極易從干線(xiàn)管道遠離站場(chǎng)的位置流入管道、從絕緣接頭外側流出，回到站場(chǎng)內部，會(huì )造成絕緣接頭外側電位偏正，形成陰極干擾；而分布式淺埋陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極對干線(xiàn)管道造成的陰極干擾較小。

關(guān)鍵詞：區域陰極保護；分布式淺埋陽(yáng)極；深井陽(yáng)極；雜散電流干擾

 

區域陰極保護技術(shù)作為防止站場(chǎng)埋地金屬結構物腐蝕的一種有效措施，已經(jīng)在國內外得以廣泛應用[1,2]。區域性陰極保護是將站場(chǎng)內的金屬結構物作為保護對象，依靠陽(yáng)極地床的合理設計、保護電流的合理分配以及相鄰工作區的相對隔置，使得保護對象處于陰極保護準則要求的范圍之內。區域陰極保護主要有犧牲陽(yáng)極方式和強制電流方式[3]。強制電流陰極保護方式中，陽(yáng)極地床的形式和分布是決定系統設計成功與否的關(guān)鍵，在選擇輔助陽(yáng)極地床時(shí)，需要基于站場(chǎng)特點(diǎn)，根據不同輔助陽(yáng)極地床的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，目前輔助陽(yáng)極地床的形式主要有深井陽(yáng)極，淺埋陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極[1,3]。西部管道站場(chǎng)區域陰極保護系統保護對象繁多，陰極保護電流需求大，地下金屬結構復雜，干擾和屏蔽問(wèn)題突出[4]。本文對比不同輔助陽(yáng)極地床形式的優(yōu)缺點(diǎn)，測試和分析采用不同陽(yáng)極地床形式的站場(chǎng)區域陰極保護效果和對干線(xiàn)管道的干擾影響，提出本案例中區域陰極保護系統存在的問(wèn)題和治理措施，并進(jìn)一步測試經(jīng)治理后站場(chǎng)的區域陰極保護效果和干線(xiàn)管道受干擾情況。

1  站場(chǎng)陰極保護狀況及存在的問(wèn)題

以西部管道某壓氣站為例，站場(chǎng)埋地管道區域分為：分離器區、收發(fā)球區、壓縮機區、循環(huán)空冷區和后置空冷區。2009年投運區域陰極保護系統，共有6臺恒電位儀，4臺運行2臺備用。4臺恒電位儀分別對應保護區域為：1#分離器區、2#放空管線(xiàn)、3#收發(fā)球區和4#壓縮機及循環(huán)空冷區，保護區域分布情況見(jiàn)圖 1，恒電位儀的參數及運行狀態(tài)見(jiàn)表 1。站場(chǎng)內有2口80 m深井陽(yáng)極，位于站場(chǎng)西南側和南側，分別連接2#和4#恒電位儀，兩路恒電位儀保護站內埋地管道；分離器區和收發(fā)球區埋設柔性陽(yáng)極進(jìn)行保護，分別連接1#和3#恒電位儀，柔性陽(yáng)極與埋地管道并行敷設；壓縮機區埋設分布式淺埋陽(yáng)極進(jìn)行保護，連接4#恒電位儀，陽(yáng)極位于空冷區北側（圖 1）。

表 1 恒電位儀的參數及運行狀態(tài)

圖 1 區域陰極保護系統保護區域和陽(yáng)極地床分布圖

站場(chǎng)內各個(gè)區域的管道極化電位和自然電位的測試結果見(jiàn)圖 2，對應的測試點(diǎn)分布位置見(jiàn)圖 3。站場(chǎng)極化電位在﹣1.17 V～﹣0.38 VCSE之間，自然電位在﹣0.62 V～﹣0.31 VCSE之間。24處管道極化電位不滿(mǎn)足保護電位負于﹣0.85 VCSE電位準則，陰極極化值40 mV～590 mV（圖 4），6處管道極化電位不滿(mǎn)足100 mV準則，管道保護率為82.35%。欠保護區域分布在放空管線(xiàn)的7#測試點(diǎn)、收發(fā)球區的10#測試點(diǎn)、壓縮機和循環(huán)空冷區的21#測試樁和25#―27#測試點(diǎn)。對比不同區域的極化電位可以看出，采用柔性陽(yáng)極保護的分離器區、收發(fā)球區和靠近分布式淺埋陽(yáng)極區域的循環(huán)空冷區的測試點(diǎn)（如18#，20#，23#），管道極化效果較好，極化電位偏負，而僅靠深井陽(yáng)極保護的壓縮機區域附近的測試點(diǎn)（如24#―28#）極化電位偏正，極化值小于100 mV，處于欠保護狀態(tài)。主要原因是附近接地網(wǎng)密集，造成電流大量漏失和屏蔽，使得深井陽(yáng)極的電流無(wú)法達到此位置管道的表面。

圖 2 站場(chǎng)埋地管道極化電位和自然電位測試結果

圖 3 區域陰極保護測試點(diǎn)分布圖

圖 4 站場(chǎng)埋地管道極化值測試結果

基于以上問(wèn)題，開(kāi)展站場(chǎng)測試評價(jià)。逐個(gè)開(kāi)啟站內恒電位儀，測試進(jìn)出站絕緣接頭外側電位，分析區域陰極保護系統對站外管道的干擾情況，測試結果見(jiàn)表 2。在2#恒電位儀和4#恒電位儀開(kāi)啟時(shí)，進(jìn)出站管道電位均明顯正向偏移，在2#恒電位儀開(kāi)啟時(shí)，進(jìn)站管道電位正向偏移1.153 V，出站管道電位正向偏移1.030 V，4#恒電位儀開(kāi)啟時(shí)，進(jìn)站管道電位正向偏移0.870 V，出站管道電位正向偏移0.651 V，1#和3#恒電位儀開(kāi)啟，對管道電位影響不明顯，表明2#和4#恒電位儀對站外管道造成干擾影響。2#和4#恒電位儀連接2口深井陽(yáng)極，深井陽(yáng)極保護范圍廣[5]，電流從干線(xiàn)管道遠離站場(chǎng)的管道流入，沿管道往站場(chǎng)方向流動(dòng)，在絕緣接頭外側流出，再流回區域陰極保護系統，如圖 5所示[6]，對干線(xiàn)管道造成陰極干擾，使絕緣接頭外側管道存在腐蝕風(fēng)險。以上測試結果表明，柔性陽(yáng)極對干線(xiàn)管道造成的干擾小，而采用深井陽(yáng)極造成的干擾較大。

表 2 站內陰極保護系統對站外管道干擾測試結果

圖 5 站外管道受區域陰極保護系統影響造成的陰極干擾示意圖

綜合以上測試結果和基礎資料顯示，站場(chǎng)陰極保護存在以下問(wèn)題：①放空管線(xiàn)、收發(fā)球區、壓縮機和循環(huán)空冷區存在欠保護點(diǎn)，尤其是壓縮機區域的電位偏正；②區域陰極保護系統對干線(xiàn)管道造成陰極干擾，絕緣接頭處存在腐蝕風(fēng)險；③分離器和收發(fā)球區的柔性陽(yáng)極使用時(shí)間長(cháng)，存在失效風(fēng)險。

2  站場(chǎng)陰極保護治理措施及效果測試

根據存在的問(wèn)題，采取相應的治理措施：①停用2口深井陽(yáng)極；②廢棄分離區、收發(fā)球區損壞的柔性陽(yáng)極地床；③在站場(chǎng)各個(gè)區域增設分布式淺埋高硅鑄鐵陽(yáng)極,埋設情況為分離器區21支，收發(fā)球區25支，壓縮機區20支，后置空冷區15支，放空管區11支。分布式陽(yáng)極距離管道約2 m，陽(yáng)極間距5 m～9 m。

治理措施實(shí)施后，恒電位儀的運行狀態(tài)和管道的極化電位見(jiàn)表 3和圖 6。站場(chǎng)極化電位在﹣1.20 V～﹣0.67 VCSE之間，略微偏正的6處管道陰極極化值在140 mV～770 mV之間（圖 7），滿(mǎn)足陰極電位負向偏移至少100 mV準則，管道保護率100%。對比治理前后管道極化電位可以看出，站場(chǎng)內極化電位整體有明顯提升，在壓縮機區增設淺埋高硅鑄鐵陽(yáng)極后，25#―28#測試點(diǎn)位置的電位明顯負向偏移，陰極極化值從70 mV～110 mV提升至310 mV～520 mV，表明在電流大量漏失和屏蔽區域，采用淺埋高硅鑄鐵陽(yáng)極，可以有效提升屏蔽區域的管道極化電位水平。

表 3 治理措施實(shí)施后恒電位儀的參數及運行狀態(tài)

圖 6 治理措施實(shí)施后站場(chǎng)埋地管道極化值測試結果

圖 7 治理措施實(shí)施后站場(chǎng)埋地管道極化電位測試結果

逐個(gè)開(kāi)啟站內恒電位儀，測試進(jìn)出站絕緣接頭外側電位，分析治理措施實(shí)施后區域陰極保護系統對站外管道的雜散電流干擾情況，測試結果見(jiàn)表 4。在開(kāi)啟站內4路恒電位儀時(shí)，進(jìn)出站管道的電位變化不明顯，表明采用分布式淺埋陽(yáng)極對干線(xiàn)管道的干擾影響小。

表 4 治理后陰極保護系統對站外管道干擾測試結果

3  陽(yáng)極地床應用對比結論

深井陽(yáng)極占地小、保護范圍大、接地電阻小、保護電流分布均勻，能夠為站場(chǎng)提供較大面積的陰極保護。但其在西部應用受到地質(zhì)條件影響，地下巖層影響了其作用的發(fā)揮。此外，對于電流需求量大的金屬結構物密集區位置，深井陽(yáng)極無(wú)法提供足夠的陰極保護電流，造成密集區極化效果差[6]。深井陽(yáng)極影響范圍大，區域陰極保護電流容易流入干線(xiàn)管道，對干線(xiàn)管道造成雜散電流干擾。

淺埋陽(yáng)極地床施工簡(jiǎn)單，維修更換容易，不易損壞，保護電流分布范圍較深井陽(yáng)極小,適合用于接地較多或結構物復雜區域[7]。但其設計、施工對人員技術(shù)要求高，需要熟悉管線(xiàn)情況，在新建管線(xiàn)施工階段，需要采用邊施工、邊饋電、邊調整的方式才能夠達到有效保護。

柔性陽(yáng)極地床電流分布均勻，不存在密集管網(wǎng)屏蔽問(wèn)題[8]，在土壤電阻率較大時(shí)依舊能夠有效保護管道，對站外陰極保護系統干擾小。但其線(xiàn)電流及陽(yáng)極擊穿電壓較小，輸出電流有限，區域陰極保護系統電流需求量大時(shí)，過(guò)電流易造成陽(yáng)極失效。同時(shí)，施工或開(kāi)挖時(shí)的不規范操作或不合理敷設，常會(huì )導致陽(yáng)極絲斷裂，使得部分陽(yáng)極失效，又難以排查斷點(diǎn)。

4  改進(jìn)措施及管理建議

（1）站場(chǎng)區域陰極保護系統的保護效果和對干線(xiàn)管道的雜散電流干擾，主要由陽(yáng)極地床的選擇及具體分布決定。本案例研究結果顯示，西部管道站場(chǎng)區域陰極保護系統采用分布式淺埋陽(yáng)極地床為主，其他陽(yáng)極地床為輔的敷設形式，保護效果好、造成的干擾影響小。

（2）需要定期對站場(chǎng)區域陰極保護系統進(jìn)行測試評價(jià)，及時(shí)發(fā)現存在問(wèn)題，并針對性整改。

（3）站場(chǎng)接地系統會(huì )漏失大部分陰極保護電流，日常運行維護、整改時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注。

（4）站場(chǎng)埋地金屬結構物較多，情況復雜，需要管理單位摸清區域陰極保護系統狀況，建立基礎資料臺賬，持續不斷改進(jìn)。

（5）站場(chǎng)進(jìn)出站絕緣接頭區域易受到陰保系統間相互干擾，需要根據現場(chǎng)情況選擇陽(yáng)極類(lèi)型、調整陽(yáng)極布置，減緩干擾影響。

 

參考文獻：

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作者簡(jiǎn)介：李振軍，1984年生，高級工程師，工程碩士，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），主要從事管道防腐管理工作。聯(lián)系方式：18963818228，lizj01@pipechina.com.cn。