王喜權 萇鵬 李江寧 孫俊偉 齊文海

北京管道內蒙古輸油氣分公司

 

摘要：壓氣站場(chǎng)陰極保護系統陽(yáng)極地床故障是影響陰極保護有效性的常見(jiàn)問(wèn)題之一。通過(guò)排查測試，發(fā)現輔助陽(yáng)極地床失效原因主要包括施工質(zhì)量不佳或地面沉降等造成的埋地陽(yáng)極線(xiàn)纜與陽(yáng)極連接點(diǎn)虛接或斷線(xiàn)、陽(yáng)極線(xiàn)纜破損腐蝕等。提出了故障整治方案，為相關(guān)陰極保護管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：埋地管道；陰極保護；恒電位儀；陽(yáng)極地床

 

某壓氣站場(chǎng)1#恒電位儀由3路MMO/Ti柔性陽(yáng)極和1路分布式淺埋高硅鑄鐵陽(yáng)極組成，主要負責保護過(guò)濾分離區、壓縮機進(jìn)出口匯管區和其他埋地附屬設施等；2#恒電位儀由1路柔性陽(yáng)極、1路分布式淺埋高硅鑄鐵陽(yáng)極、1路深井陽(yáng)極組成，主要負責保護站場(chǎng)工藝區、放空區和分離區埋地管道；站場(chǎng)所有輔助陽(yáng)極接入陽(yáng)極匯流箱，統一接入機柜間恒電位儀。運行中1#恒電位儀報警，經(jīng)查看設備運行參數異常。通過(guò)現場(chǎng)恒電位儀檢查調試、陽(yáng)極地床檢測等，分析故障原因為陽(yáng)極地床失效。輔助陽(yáng)極一旦發(fā)生故障將導致恒電位儀輸出異常，埋地管道和鋼結構附屬設施陰極保護出現欠保護，需采取整治措施。

1  現場(chǎng)排查及測試分析

1.1  恒電位儀檢查測試

恒電位儀為恒流方式運行，現場(chǎng)檢查測試結果如下。

（1）從運行參數看，1#恒電位儀第2回路電位﹣0.869 V，輸出電流6.96 A，預置電流10 A，輸出電壓52.4 V，運行異常。其他3個(gè)回路運行正常。

（2）從1#恒電位儀第2回路的陰極線(xiàn)、零位線(xiàn)、參比電極線(xiàn)測量結果看，陰極線(xiàn)、零位線(xiàn)管道電位均為﹣0.81V；陰極、零位間電阻為0.58 Ω；參比電極校準在正常允許范圍內。說(shuō)明陰極線(xiàn)、零位線(xiàn)、參比電極均處于正常狀態(tài)。

（3）1#恒電位儀各回路陰極、陽(yáng)極接地電阻測試結果見(jiàn)表 1�？梢钥闯�，第2回路陽(yáng)極接地電阻較大。其他回路運行正常。

表 1 1#恒電位儀陰極、陽(yáng)極接地電阻測試結果

（4）1#恒電位儀輸出調試記錄見(jiàn)表 2�？梢钥闯�，增大第2回路輸出電流設置，通電電位無(wú)明顯增高，表明陰極保護輸出回路出現故障。嘗試將第1回路陽(yáng)極、陰極、零位、參比線(xiàn)纜接入第2回路，該路設備運行正常。再切換第2回路接回第1回路，出現與第2回路相同的異常運行情況�？紤]到陰極測試結果無(wú)異常，說(shuō)明故障發(fā)生在陽(yáng)極或陽(yáng)極線(xiàn)纜。

表 2 1#恒電位儀第2回路運行參數調試記錄

1.2  陽(yáng)極地床接地電阻測試

在匯流箱處對站內每個(gè)支路陽(yáng)極接地電阻進(jìn)行詳測，結果見(jiàn)表 3�？梢钥闯�，現場(chǎng)2#支路陽(yáng)極存在多處斷點(diǎn)，結合恒電位儀輸出數據分析，輔助陽(yáng)極僅一小部分與電源連接起到提供電流作用。

表 3 1#恒電位儀陽(yáng)極地床接地電阻測試結果

1.3  陰極保護電位測試

壓氣站壓縮機進(jìn)出口匯管區域的管道電位測試結果見(jiàn)表 4，該區域埋地管道及其附屬設施電位明顯偏正，處于欠保護狀態(tài)。如圖 1所示。

表 4 壓縮機區管道通電電位測試結果

圖 1 壓縮機進(jìn)出口埋地管道欠保護區域示例

1.4  陽(yáng)極故障趨勢分析

通過(guò)查看遠程陰極保護管理系統數據，進(jìn)一步分析現場(chǎng)陽(yáng)極異常變化趨勢。圖 2為1#恒電位儀運行曲線(xiàn)圖，預置電流10 A，正常運行時(shí)回路電阻3 Ω，輸出電壓15 V，4月20日發(fā)生異常時(shí)輸出電壓超限，輸出電流7 A，回路電阻35 Ω。表明系統運行趨勢與現場(chǎng)測量結果相吻合。

圖 2 2022-04-01～ 04-20 1#恒電位儀運行曲線(xiàn)圖

2  陽(yáng)極失效原因分析

2.1  陽(yáng)極失效原因分析

該壓氣站所用柔性陽(yáng)極為鈦基混合金屬氧化物（MMO/Ti），由MMO/Ti陽(yáng)極芯絲、并行銅芯雙絕緣層電纜、專(zhuān)用高電導率焦炭、包裹耐酸織物和外部機械編織保護網(wǎng)格層五部分組成（圖 3）。形似較粗的電纜，可靈活彎折，電流分布均勻，不存在密集管網(wǎng)屏蔽問(wèn)題，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。但其對施工質(zhì)量和自身安全保護措施要求較高[1]。

圖 3 MMO/Ti柔性陽(yáng)極結構示意圖

查看2021年1月至2022年4月初恒電位儀運行數據，2#柔性陽(yáng)極的回路電阻由0.8 Ω緩慢升高至1.5 Ω，電阻變化范圍較小。期間陽(yáng)極地床區域無(wú)施工作業(yè)，可知故障不是由第三方施工導致。分析失效原因包括以下幾個(gè)方面。

（1）陽(yáng)極地床敷設施工或開(kāi)挖時(shí)不合理操作，可能導致陽(yáng)極絲斷裂，造成部分陽(yáng)極失效。

（2）柔性陽(yáng)極及其電纜節點(diǎn)連接不規范，密封不嚴密，不能有效隔離水氣滲入，增加陽(yáng)極及其電纜腐蝕斷線(xiàn)風(fēng)險。

（3）有關(guān)鈦基MMO陽(yáng)極擊穿電壓與恒電位儀輸出電壓及環(huán)境電阻率的關(guān)系目前沒(méi)有相關(guān)研究成果，陽(yáng)極被擊穿失效原因尚不清楚。

（4）壓氣站地處鹽堿地土壤環(huán)境，現場(chǎng)土壤電阻率為4 Ω。經(jīng)對局部柔性陽(yáng)極開(kāi)挖并進(jìn)行破壞性檢驗（圖 4），發(fā)現其內部銅芯發(fā)生輕微氧化可見(jiàn)銅銹，外層聚氯乙烯護套變黃硬化；柔性陽(yáng)極周邊0.3 m范圍土壤呈黃色pH值4～5，其他區域土壤正常pH值7～8偏中性。出現銅銹說(shuō)明陽(yáng)極電纜絕緣出現問(wèn)題，在堿性土壤環(huán)境中發(fā)生析氧和析氯反應導致土壤呈酸性，侵蝕銅芯雙絕緣層電纜。

圖 4 MMO/Ti柔性陽(yáng)極破壞性檢查示例

2.2  壓縮機區陽(yáng)極失效風(fēng)險

壓氣站壓縮機區出口管道運行壓力和溫度高，管體材料強度等級高。據統計，近90％的應力腐蝕開(kāi)裂發(fā)生在壓氣站下游溫度最高區段[2]。當該區域埋地設施陰極保護系統發(fā)生故障時(shí)，埋地管道出口管段發(fā)生應力腐蝕的可能性會(huì )更高。一旦發(fā)生應力腐蝕開(kāi)裂，存在天然氣泄漏、爆炸風(fēng)險。

3  故障整治思路及效果

2#支路柔性陽(yáng)極分布于壓縮機進(jìn)出口匯管區域，在此新增一定數量分布式高硅鑄鐵陽(yáng)極，同時(shí)開(kāi)挖陽(yáng)極坑找出原有柔性陽(yáng)極加以利用，所有陽(yáng)極線(xiàn)纜統一接到陽(yáng)極匯流箱。整治后，原壓縮機進(jìn)出口匯管區欠保護情況得到明顯改善，經(jīng)測量管地電位達標。

4  結論

壓氣站區域陰極保護陽(yáng)極地床故障的主要原因是現場(chǎng)埋地柔性陽(yáng)極地床出現多處斷點(diǎn)，造成回路接地電阻較大，導致恒電位儀設備無(wú)法正常輸出。柔性陽(yáng)極位于鹽堿土壤環(huán)境時(shí)發(fā)生析氧、析氯反應，生成酸性產(chǎn)物；現場(chǎng)柔性陽(yáng)極電纜耐氯性能差，遭受酸性侵蝕使其結構老化變黃且硬化。針對MMO/Ti柔性陽(yáng)極運維管理提出三點(diǎn)建議。

（1）敷設前嚴格檢查陽(yáng)極及其電纜外觀(guān)、電纜與陽(yáng)極節點(diǎn)防腐質(zhì)量，按規范安裝，回填時(shí)做好與其他埋地構筑物的隔離保護，并選用細土[3]。

（2）針對含氯離子的土壤環(huán)境選用耐氯離子老化的電纜材料。

（3）后續應開(kāi)展MMO/Ti柔性陽(yáng)極擊穿電壓與恒電位儀輸出電壓及環(huán)境電阻率相關(guān)關(guān)系的研究，以提供更多技術(shù)支持。

 

參考文獻：

[1]李振軍，王成，吳錦強，等.油氣管道站場(chǎng)區域陰保系統陽(yáng)極地床應用對比分析[J].管道保護，2021(6)：51-54.

[2]羅匯果.壓力容器和壓力管道應力腐蝕開(kāi)裂機理及影響因素分析[J].廣東化工，2017，44(6)：139-141.

[3]程明，屠海波，張平.線(xiàn)性陽(yáng)極在陽(yáng)曲壓氣站區域性陰極保護中的應用[J].腐蝕與防護，2012，33(4)：338-341.

作者簡(jiǎn)介：王喜權，1988年生，助理工程師，管道崗三級工程師，現從事管道本體安全、第三方施工、地質(zhì)災害防治等方面工作。聯(lián)系方式：15242322014，1294846132@qq.com。