楊百強 時(shí)春利 夏坤坤

北京管道天津輸油氣分公司

背景

位于天津市濱海新區某站場(chǎng)陰極保護系統于2015年投運，采用強制電流陰極保護系統，設計壽命為20年。輔助陽(yáng)極為金屬氧化物（MMO）柔性陽(yáng)極，站場(chǎng)處于沿海區域，站內土壤電阻率在1.25 Ω·m～2.00 Ω·m。2021年5月20日該站場(chǎng)恒電位儀輸出超壓報警。

根據現場(chǎng)調查和查閱相關(guān)資料，該站場(chǎng)內所有地下裸露接地扁鐵全部與管道相連接，接地扁鐵的外表面積198 m2，電流需求密度0.145 A/ m2，計算所需電流量28.7A，地下管道保護體的外表面積250 m2，管道所需電流密度1.5 μA/m2，所需電流量0.375 mA。          

該站場(chǎng)使用的柔性陽(yáng)極總鋪設長(cháng)度200 m，設計最大工作電流密度82 mA/m2，允許輸出電流量16.4 A，而實(shí)際接地扁鐵的電流需求量28.7 A，超出設計最大工作電流1.75倍，遠大于設計額定電流值。長(cháng)期滿(mǎn)負荷電流輸出導致柔性陽(yáng)極內保護氧化膜薄弱點(diǎn)被擊穿，形成單一電流流出點(diǎn)，通過(guò)接地扁鐵流回電源。同時(shí)沿海區域土壤電阻率低、腐蝕性強，柔性陽(yáng)極在電流流出點(diǎn)更快腐蝕，回路電阻升高，最終設備超壓報警。

次日開(kāi)挖發(fā)現，失效柔性陽(yáng)極出現“燒傷”情況（圖 1），說(shuō)明該處陽(yáng)極有大量電流流出或與其他地下構筑物搭接，形成短路。

圖 1 失效柔性陽(yáng)極出現“燒傷”情況

做法

（1）陰極保護系統是恒電位儀（整流器）通過(guò)陽(yáng)極輸出直流電流經(jīng)過(guò)被保護體（管道）裸露的金屬部分流回整流器，從而實(shí)現管道極化電位位于準則要求的﹣850 mV～﹣1200 mV（CSE），免受電化學(xué)腐蝕。陰保系統主要易損件為輔助陽(yáng)極，當站場(chǎng)強制電流陰保系統受到接地設施影響時(shí)，要正確選擇輔助陽(yáng)極，以使區域陰保系統發(fā)揮最佳狀態(tài)。

（2）輔助陽(yáng)極包括高硅鑄鐵陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極。高硅鑄鐵陽(yáng)極是單一的鐵質(zhì)材料，輸出電流高、耐腐蝕、節省地下空間、造價(jià)低。柔性陽(yáng)極主要包括導電聚合物陽(yáng)極和金屬氧化物MMO陽(yáng)極，前者是把導電塑料包覆在銅芯上，后者是在金屬鈦的線(xiàn)材上覆蓋活性貴金屬氧化物。柔性陽(yáng)極結構和外形與電纜極為相似，小電流穩定輸出，但其固有的缺陷使大電流的載流能力受限而易發(fā)生問(wèn)題，從而引起陰保系統失效。

（3）對該站場(chǎng)陰保系統實(shí)施維修改造，將原有柔性陽(yáng)極更換為高硅鑄鐵陽(yáng)極，預置電位﹣1200 mV，輸出電壓30.7 V，輸出電流29.1 A，且輸出電流電壓平穩，經(jīng)現場(chǎng)測試滿(mǎn)足陰極保護要求。

啟示

（1）沿海區域站場(chǎng)區域陰保系統因在土壤電阻率較低的環(huán)境中，更易發(fā)生接地扁鐵屏蔽被保護體電流或與被保護體處于類(lèi)似短路狀態(tài)，導致陰極保護系統90%以上電流流入裸露扁鐵形成回路，陰極保護效率進(jìn)一步降低。采樣控制點(diǎn)保護電位不達標，設備會(huì )自動(dòng)增加輸出電流以保證被保護體所需電流量，造成輔助陽(yáng)極的電流輸出增加，加大陽(yáng)極消耗。所以區域陰保系統的輔助陽(yáng)極選型非常重要。

（2）設計階段就應考慮不同地區的土壤電阻率差異和被保護體實(shí)際情況，選擇合適的輔助陽(yáng)極形式。施工過(guò)程中，應在地面對陽(yáng)極走向進(jìn)行清晰標記，在與其他埋地設施交叉時(shí)應采取絕緣措施。

（3）管道與接地扁鐵之間可加裝固態(tài)去耦合器，但要根據現場(chǎng)情況合理設計去耦合器的閾值。同時(shí)調整好管道、接地扁鐵、輔助陽(yáng)極的位置，避免管道被接地扁鐵屏蔽而影響陰極保護效果。 

作者簡(jiǎn)介：楊百強，1987年生，畢業(yè)于河北石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，線(xiàn)路工程師，目前主要從事管道陰保防腐工作。聯(lián)系方式：13591291917，clgdwhz@163.com。