熊金根

西部管道公司科技信息服務(wù)中心

摘要：接地系統在油氣站場(chǎng)內分布較廣，站內埋地管道受其影響導致區域陰極保護失效而發(fā)生腐蝕甚至穿孔。分析了接地系統對站內埋地管道的影響及與陰保系統的關(guān)系，介紹了西部管道部分站場(chǎng)接地系統對區域陰極保護的影響及典型腐蝕案例，提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：接地系統；區域陰極保護；屏蔽；油氣站場(chǎng)

區域陰極保護技術(shù)自20世紀70年代在國內部分油氣站場(chǎng)實(shí)施取得了很好的保護效果。但由于接地系統在油氣站場(chǎng)內分布較廣，并與埋地管道防腐層差異較大，對埋地管道陰極保護效果及腐蝕的影響也日益凸顯[1]。為此，開(kāi)展了接地系統對區域陰極保護的影響分析。

1  概述

接地系統對站內埋地管道的影響主要體現在三個(gè)方面：①銅、石墨等自腐蝕電位較管道電位高的接地體與管道電連接后，由于電偶腐蝕效應導致管道腐蝕速率增大；②裸露且結構復雜的接地體（水平和垂直接地體）對埋地管道陰極保護產(chǎn)生嚴重的干擾和屏蔽，導致管道電位分布不均和欠保護風(fēng)險高[2]；③由于采用聯(lián)合接地，管道極化電位測試困難，管道實(shí)際保護狀況無(wú)法得知。

長(cháng)期以來(lái)，由于專(zhuān)業(yè)不同，接地系統與區域陰極保護系統都是單獨設計，且由不同專(zhuān)業(yè)人員負責。銅接地極由于其良好的導電和耐腐蝕性能而被認為是首選的接地材料，但是隨著(zhù)國內外頻繁出現的因接地導致的埋地管道腐蝕案例，其對埋地管道的影響逐步受到重視。20世紀60年代初Husock提出：要使陰極保護系統達到較好的保護效果，應盡可能使被保護結構物遠離銅接地極。E L Kirkpatrick也指出了接地系統與管道陰極保護系統之間存在的矛盾：對于接地系統而言，地下結構物的相互聯(lián)結可有效降低發(fā)生電擊的風(fēng)險；但對于管道陰極保護系統而言，結構物相互聯(lián)結意味著(zhù)陰極保護電流需求量的增大。當接地極為裸銅線(xiàn)時(shí)，陰極保護電流的需求量將增大20多倍且銅接地極將消耗90%以上的陰極保護電流，管道涂層較好時(shí)陰極保護電流需求量會(huì )更大。

目前站場(chǎng)復雜埋地結構的電位測試主要采用恒電位儀同步斷電法測試埋地管道的斷電電位，鑒于站內大量接地的存在，所測電位為接地與管道的混合電位。而且多數站場(chǎng)存在大量無(wú)法斷開(kāi)的裸金屬接地，接地材料多為鍍鋅扁鋼。也就是說(shuō)，該法所測電位為鋅接地和管道的混合電位，與管道真正的極化電位存在一定誤差。

2  接地極對區域陰保的影響

歷年現場(chǎng)調查發(fā)現，蘭成首站、鄯蘭末站、鄯蘭成品油站、鄯蘭原油泵及原油加熱區等均采用了20支以上的石墨接地極。雙蘭線(xiàn)各站場(chǎng)和分輸站、閥室等采用了大量的石墨接地極。西一線(xiàn)部分站場(chǎng)也有大量采用銅接地極的情況。

通過(guò)現場(chǎng)調查、試驗及數值模擬計算得知：石墨、銅等電位偏正的接地極對周邊埋地管道陰極保護效果產(chǎn)生嚴重負面影響，一旦陰極保護電流供給不足，將會(huì )加速附近埋地管道防腐層失效處或破損處的外腐蝕，有時(shí)甚至會(huì )出現電偶腐蝕。石墨及銅接地極影響范圍較大，可達到5 m以上，相距埋地管道越近影響越嚴重。根據現場(chǎng)試驗，一支石墨接地極吸收0.5 A電流后，其極化電位可以達到﹣0.85 V.CSE，除非預先采取針對性措施在每支石墨接地極周邊布滿(mǎn)輔助陽(yáng)極，充分滿(mǎn)足石墨及銅接地極對陰保電流的需求后，才能避免臨近埋地管道的加速腐蝕現象。2020年3月24日鄯善站庫原油轉油泵至換熱器管線(xiàn)的腐蝕穿孔事件即為典型的由石墨接地極臨近埋地管道敷設引起電偶腐蝕導致的腐蝕穿孔。

3  屏蔽對區域陰保的影響

對區域陰保電流的屏蔽不僅局限于接地系統，站場(chǎng)內埋地小口徑管道及其密集處也存在屏蔽問(wèn)題。

某站場(chǎng)出站ESD閥[3]的排污管線(xiàn)由于外腐蝕穿孔泄漏，如圖 1所示。經(jīng)現場(chǎng)調研及測試發(fā)現，閥體周?chē)�用試片法測得斷電電位均滿(mǎn)足陰保準則要求。將試片埋設于排污管線(xiàn)及主閥體之間時(shí)，測得試片的斷電電位未達﹣0.85 V.CSE。

圖 1 閥門(mén)排污管線(xiàn)外腐蝕穿孔圖片

經(jīng)分析得知：①排污管線(xiàn)和主閥體距離太近，對陰保電流到達排污管線(xiàn)12點(diǎn)鐘位置存在一定的屏蔽，再加上回填土疏松和存在土壤空洞問(wèn)題，進(jìn)一步阻斷了陰保電流路徑，從而導致排污管線(xiàn)12點(diǎn)鐘位置存在欠保護；②由于施工條件限制，導致排污管線(xiàn)防腐層出現不均勻等施工缺陷，12點(diǎn)鐘位置厚度不足，從而降低了涂層的防護能力；③由于閥體存在裸露部分，雨水和溶解的雪水順閥體流至腐蝕穿孔處，導致該處土壤潮濕，甚至可能出現水土流失造成土壤疏松和空洞情況，一方面由于潮濕加快了管道自然腐蝕速度，另一方面因土壤疏松和空洞阻斷了陰保電流路徑抑制了該處陰極保護效果，從而加大了泄漏事件的發(fā)生概率；④出站ESD閥處輸送介質(zhì)溫度為45℃左右，高溫環(huán)境可加速管道自然腐蝕速度，進(jìn)一步加大了泄漏事件的發(fā)生風(fēng)險。

4  區域陰保電位測量

站內采用聯(lián)合接地時(shí)，由于無(wú)法斷開(kāi)埋地管道與接地網(wǎng)的電連接，通過(guò)恒電位儀斷電法測量得到的電位均為管道與接地網(wǎng)的混合電位。同時(shí)，恒電位儀斷電，由于接地網(wǎng)和管道極化水平不同，還存在不平衡電流流動(dòng)，因此無(wú)法反映管道真實(shí)的保護狀況。試片法是一種有效的管道極化電位測試方法，但在聯(lián)合接地狀況下如何運用試片法測量管道的極化電位仍然是一個(gè)棘手的問(wèn)題。因考慮如下因素：①試片面積的選擇確定；②斷電延遲時(shí)間的選擇確定；③參比電極位置的選擇確定；④接地產(chǎn)生的電場(chǎng)對管道極化電位測試的影響；⑤聯(lián)合接地狀況下埋地管道陰極保護測試位置的選取。

5  結論

（1）站場(chǎng)接地系統的接地極應避免使用石墨、銅等自然電位正于管線(xiàn)的材料。

（2）站場(chǎng)區域陰保輔助陽(yáng)極布置時(shí)，應充分考慮接地網(wǎng)的材料及分布位置對管線(xiàn)陰保的影響，輔助陽(yáng)極盡可能避開(kāi)接地網(wǎng)布置，必要時(shí)可采用數值模擬計算的方式優(yōu)化輔助陽(yáng)極的位置。

（3）站場(chǎng)區域陰保電位測試應盡可能采用試片斷電法，試片的安裝位置、面積、斷電時(shí)間選取應能夠全面真實(shí)地反映站場(chǎng)埋地管道的保護狀況。

參考文獻：

[1]吳廣春，杜艷霞，路民旭，姜子濤，唐德志，接地系統對區域陰極保護影響規律及解決措施研究現狀[J]. 腐蝕與防護，2014，11：1065-1068，1097.

[2]郭繼銀，韓文禮，周冰， 張盈盈，張貽剛.西部地區站場(chǎng)接地系統對陰極保護效果影響的評價(jià)分析[J]. 2015油氣站場(chǎng)智能化管理論壇，2015，09，23：56-58.

[3]汪世軍.Shafer氣液聯(lián)動(dòng)閥執行機構功能與維護[J]. 油氣儲運，2010，29(4)：296-298.

作者簡(jiǎn)介：熊金根，1965年生，本科，高級工程師，華中工學(xué)院電力系統及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，主要從事腐蝕防護及陰極保護工作。聯(lián)系方式：13199811851，2253688734@qq.com。