李振军 王成 吴锦强 赵康

国家管网集团西部管道公司

 

摘要：通过对不同形式阳极地床保护下的站场区域阴极保护系统进行测试，评价各种形式阳极地床的区域阴极保护效果及对干线管道的干扰影响。结果表明，在埋地金属结构物密集区域，由于接地网的漏电和屏蔽作用，西部管道采用深井阳极地床难以使金属结构物密集区域的被保护管道达到有效的阴极保护；将分布式浅埋阳极埋设在被保护管道附近，阴保电流可通过较短的路径到达被保护管道表面，使被保护管道得到有效的阴极保护。深井阳极地床电流分布范围广，极易从干线管道远离站场的位置流入管道、从绝缘接头外侧流出，回到站场内部，会造成绝缘接头外侧电位偏正，形成阴极干扰；而分布式浅埋阳极和柔性阳极对干线管道造成的阴极干扰较小。

关键词：区域阴极保护；分布式浅埋阳极；深井阳极；杂散电流干扰

 

区域阴极保护技术作为防止站场埋地金属结构物腐蚀的一种有效措施，已经在国内外得以广泛应用[1,2]。区域性阴极保护是将站场内的金属结构物作为保护对象，依靠阳极地床的合理设计、保护电流的合理分配以及相邻工作区的相对隔置，使得保护对象处于阴极保护准则要求的范围之内。区域阴极保护主要有牺牲阳极方式和强制电流方式[3]。强制电流阴极保护方式中，阳极地床的形式和分布是决定系统设计成功与否的关键，在选择辅助阳极地床时，需要基于站场特点，根据不同辅助阳极地床的特点进行选择，目前辅助阳极地床的形式主要有深井阳极，浅埋阳极和柔性阳极[1,3]。西部管道站场区域阴极保护系统保护对象繁多，阴极保护电流需求大，地下金属结构复杂，干扰和屏蔽问题突出[4]。本文对比不同辅助阳极地床形式的优缺点，测试和分析采用不同阳极地床形式的站场区域阴极保护效果和对干线管道的干扰影响，提出本案例中区域阴极保护系统存在的问题和治理措施，并进一步测试经治理后站场的区域阴极保护效果和干线管道受干扰情况。

1  站场阴极保护状况及存在的问题

以西部管道某压气站为例，站场埋地管道区域分为：分离器区、收发球区、压缩机区、循环空冷区和后置空冷区。2009年投运区域阴极保护系统，共有6台恒电位仪，4台运行2台备用。4台恒电位仪分别对应保护区域为：1#分离器区、2#放空管线、3#收发球区和4#压缩机及循环空冷区，保护区域分布情况见图 1，恒电位仪的参数及运行状态见表 1。站场内有2口80 m深井阳极，位于站场西南侧和南侧，分别连接2#和4#恒电位仪，两路恒电位仪保护站内埋地管道；分离器区和收发球区埋设柔性阳极进行保护，分别连接1#和3#恒电位仪，柔性阳极与埋地管道并行敷设；压缩机区埋设分布式浅埋阳极进行保护，连接4#恒电位仪，阳极位于空冷区北侧（图 1）。

表 1 恒电位仪的参数及运行状态

图 1 区域阴极保护系统保护区域和阳极地床分布图

站场内各个区域的管道极化电位和自然电位的测试结果见图 2，对应的测试点分布位置见图 3。站场极化电位在﹣1.17 V～﹣0.38 VCSE之间，自然电位在﹣0.62 V～﹣0.31 VCSE之间。24处管道极化电位不满足保护电位负于﹣0.85 VCSE电位准则，阴极极化值40 mV～590 mV（图 4），6处管道极化电位不满足100 mV准则，管道保护率为82.35%。欠保护区域分布在放空管线的7#测试点、收发球区的10#测试点、压缩机和循环空冷区的21#测试桩和25#―27#测试点。对比不同区域的极化电位可以看出，采用柔性阳极保护的分离器区、收发球区和靠近分布式浅埋阳极区域的循环空冷区的测试点（如18#，20#，23#），管道极化效果较好，极化电位偏负，而仅靠深井阳极保护的压缩机区域附近的测试点（如24#―28#）极化电位偏正，极化值小于100 mV，处于欠保护状态。主要原因是附近接地网密集，造成电流大量漏失和屏蔽，使得深井阳极的电流无法达到此位置管道的表面。

图 2 站场埋地管道极化电位和自然电位测试结果

图 3 区域阴极保护测试点分布图

图 4 站场埋地管道极化值测试结果

基于以上问题，开展站场测试评价。逐个开启站内恒电位仪，测试进出站绝缘接头外侧电位，分析区域阴极保护系统对站外管道的干扰情况，测试结果见表 2。在2#恒电位仪和4#恒电位仪开启时，进出站管道电位均明显正向偏移，在2#恒电位仪开启时，进站管道电位正向偏移1.153 V，出站管道电位正向偏移1.030 V，4#恒电位仪开启时，进站管道电位正向偏移0.870 V，出站管道电位正向偏移0.651 V，1#和3#恒电位仪开启，对管道电位影响不明显，表明2#和4#恒电位仪对站外管道造成干扰影响。2#和4#恒电位仪连接2口深井阳极，深井阳极保护范围广[5]，电流从干线管道远离站场的管道流入，沿管道往站场方向流动，在绝缘接头外侧流出，再流回区域阴极保护系统，如图 5所示[6]，对干线管道造成阴极干扰，使绝缘接头外侧管道存在腐蚀风险。以上测试结果表明，柔性阳极对干线管道造成的干扰小，而采用深井阳极造成的干扰较大。

表 2 站内阴极保护系统对站外管道干扰测试结果

图 5 站外管道受区域阴极保护系统影响造成的阴极干扰示意图

综合以上测试结果和基础资料显示，站场阴极保护存在以下问题：①放空管线、收发球区、压缩机和循环空冷区存在欠保护点，尤其是压缩机区域的电位偏正；②区域阴极保护系统对干线管道造成阴极干扰，绝缘接头处存在腐蚀风险；③分离器和收发球区的柔性阳极使用时间长，存在失效风险。

2  站场阴极保护治理措施及效果测试

根据存在的问题，采取相应的治理措施：①停用2口深井阳极；②废弃分离区、收发球区损坏的柔性阳极地床；③在站场各个区域增设分布式浅埋高硅铸铁阳极,埋设情况为分离器区21支，收发球区25支，压缩机区20支，后置空冷区15支，放空管区11支。分布式阳极距离管道约2 m，阳极间距5 m～9 m。

治理措施实施后，恒电位仪的运行状态和管道的极化电位见表 3和图 6。站场极化电位在﹣1.20 V～﹣0.67 VCSE之间，略微偏正的6处管道阴极极化值在140 mV～770 mV之间（图 7），满足阴极电位负向偏移至少100 mV准则，管道保护率100%。对比治理前后管道极化电位可以看出，站场内极化电位整体有明显提升，在压缩机区增设浅埋高硅铸铁阳极后，25#―28#测试点位置的电位明显负向偏移，阴极极化值从70 mV～110 mV提升至310 mV～520 mV，表明在电流大量漏失和屏蔽区域，采用浅埋高硅铸铁阳极，可以有效提升屏蔽区域的管道极化电位水平。

表 3 治理措施实施后恒电位仪的参数及运行状态

图 6 治理措施实施后站场埋地管道极化值测试结果

图 7 治理措施实施后站场埋地管道极化电位测试结果

逐个开启站内恒电位仪，测试进出站绝缘接头外侧电位，分析治理措施实施后区域阴极保护系统对站外管道的杂散电流干扰情况，测试结果见表 4。在开启站内4路恒电位仪时，进出站管道的电位变化不明显，表明采用分布式浅埋阳极对干线管道的干扰影响小。

表 4 治理后阴极保护系统对站外管道干扰测试结果

3  阳极地床应用对比结论

深井阳极占地小、保护范围大、接地电阻小、保护电流分布均匀，能够为站场提供较大面积的阴极保护。但其在西部应用受到地质条件影响，地下岩层影响了其作用的发挥。此外，对于电流需求量大的金属结构物密集区位置，深井阳极无法提供足够的阴极保护电流，造成密集区极化效果差[6]。深井阳极影响范围大，区域阴极保护电流容易流入干线管道，对干线管道造成杂散电流干扰。

浅埋阳极地床施工简单，维修更换容易，不易损坏，保护电流分布范围较深井阳极小,适合用于接地较多或结构物复杂区域[7]。但其设计、施工对人员技术要求高，需要熟悉管线情况，在新建管线施工阶段，需要采用边施工、边馈电、边调整的方式才能够达到有效保护。

柔性阳极地床电流分布均匀，不存在密集管网屏蔽问题[8]，在土壤电阻率较大时依旧能够有效保护管道，对站外阴极保护系统干扰小。但其线电流及阳极击穿电压较小，输出电流有限，区域阴极保护系统电流需求量大时，过电流易造成阳极失效。同时，施工或开挖时的不规范操作或不合理敷设，常会导致阳极丝断裂，使得部分阳极失效，又难以排查断点。

4  改进措施及管理建议

（1）站场区域阴极保护系统的保护效果和对干线管道的杂散电流干扰，主要由阳极地床的选择及具体分布决定。本案例研究结果显示，西部管道站场区域阴极保护系统采用分布式浅埋阳极地床为主，其他阳极地床为辅的敷设形式，保护效果好、造成的干扰影响小。

（2）需要定期对站场区域阴极保护系统进行测试评价，及时发现存在问题，并针对性整改。

（3）站场接地系统会漏失大部分阴极保护电流，日常运行维护、整改时需要重点关注。

（4）站场埋地金属结构物较多，情况复杂，需要管理单位摸清区域阴极保护系统状况，建立基础资料台账，持续不断改进。

（5）站场进出站绝缘接头区域易受到阴保系统间相互干扰，需要根据现场情况选择阳极类型、调整阳极布置，减缓干扰影响。

 

参考文献：

[1]鲁丹平，杜艳霞，唐德志，段蔚.油气输送站场区域阴极保护研究现状及存在问题[J].腐蚀科学与防护技术，2018，30(01)：84-93.

[2]陈洪源，范志刚，刘玲莉，刘桂春，陈军，矫伟.区域性阴极保护技术在输气站场中的应用[J].油气储运，2005，24(05)：41-44+67-62.

[3]陈航.长输油气管道工艺站场的区域性阴极保护[J].腐蚀与防护，2008，29(08)：485-487.

[4]吴广春，杜艳霞，路民旭，姜子涛，唐德志.接地系统对区域阴极保护影响规律及解决措施研究现状[J].腐蚀与防护，2014，35(11)：1065-1068+1097.

[5]王飞.区域阴极保护电流密度及阳极地床设计探讨[J].工程技术研究，2017(06)：191-192.

[6]刘玲莉，陈洪源，刘明辉，刘桂春.输油气站区阴极保护中的干扰与屏蔽[J].管道技术与设备，2005(02)：31-33.

[7]刘玲莉，陈洪源，刘明辉，刘桂春.输油气站场区域性阴极保护技术[J].油气储运，2005，24(07)：28-32+61-64.

[8]陈振华，柳寅，王德吉，蓝卫.不同阳极形式在区域阴极保护中的应用效果[J].油气储运，2016，35(06)：629-633.

作者简介：李振军，1984年生，高级工程师，工程硕士，毕业于中国石油大学（华东），主要从事管道防腐管理工作。联系方式：18963818228，lizj01@pipechina.com.cn。