王喜权 苌鹏 李江宁 孙俊伟 齐文海

北京管道内蒙古输油气分公司

 

摘要：压气站场阴极保护系统阳极地床故障是影响阴极保护有效性的常见问题之一。通过排查测试，发现辅助阳极地床失效原因主要包括施工质量不佳或地面沉降等造成的埋地阳极线缆与阳极连接点虚接或断线、阳极线缆破损腐蚀等。提出了故障整治方案，为相关阴极保护管理提供借鉴。

关键词：埋地管道；阴极保护；恒电位仪；阳极地床

 

某压气站场1#恒电位仪由3路MMO/Ti柔性阳极和1路分布式浅埋高硅铸铁阳极组成，主要负责保护过滤分离区、压缩机进出口汇管区和其他埋地附属设施等；2#恒电位仪由1路柔性阳极、1路分布式浅埋高硅铸铁阳极、1路深井阳极组成，主要负责保护站场工艺区、放空区和分离区埋地管道；站场所有辅助阳极接入阳极汇流箱，统一接入机柜间恒电位仪。运行中1#恒电位仪报警，经查看设备运行参数异常。通过现场恒电位仪检查调试、阳极地床检测等，分析故障原因为阳极地床失效。辅助阳极一旦发生故障将导致恒电位仪输出异常，埋地管道和钢结构附属设施阴极保护出现欠保护，需采取整治措施。

1  现场排查及测试分析

1.1  恒电位仪检查测试

恒电位仪为恒流方式运行，现场检查测试结果如下。

（1）从运行参数看，1#恒电位仪第2回路电位﹣0.869 V，输出电流6.96 A，预置电流10 A，输出电压52.4 V，运行异常。其他3个回路运行正常。

（2）从1#恒电位仪第2回路的阴极线、零位线、参比电极线测量结果看，阴极线、零位线管道电位均为﹣0.81V；阴极、零位间电阻为0.58 Ω；参比电极校准在正常允许范围内。说明阴极线、零位线、参比电极均处于正常状态。

（3）1#恒电位仪各回路阴极、阳极接地电阻测试结果见表 1。可以看出，第2回路阳极接地电阻较大。其他回路运行正常。

表 1 1#恒电位仪阴极、阳极接地电阻测试结果

（4）1#恒电位仪输出调试记录见表 2。可以看出，增大第2回路输出电流设置，通电电位无明显增高，表明阴极保护输出回路出现故障。尝试将第1回路阳极、阴极、零位、参比线缆接入第2回路，该路设备运行正常。再切换第2回路接回第1回路，出现与第2回路相同的异常运行情况。考虑到阴极测试结果无异常，说明故障发生在阳极或阳极线缆。

表 2 1#恒电位仪第2回路运行参数调试记录

1.2  阳极地床接地电阻测试

在汇流箱处对站内每个支路阳极接地电阻进行详测，结果见表 3。可以看出，现场2#支路阳极存在多处断点，结合恒电位仪输出数据分析，辅助阳极仅一小部分与电源连接起到提供电流作用。

表 3 1#恒电位仪阳极地床接地电阻测试结果

1.3  阴极保护电位测试

压气站压缩机进出口汇管区域的管道电位测试结果见表 4，该区域埋地管道及其附属设施电位明显偏正，处于欠保护状态。如图 1所示。

表 4 压缩机区管道通电电位测试结果

图 1 压缩机进出口埋地管道欠保护区域示例

1.4  阳极故障趋势分析

通过查看远程阴极保护管理系统数据，进一步分析现场阳极异常变化趋势。图 2为1#恒电位仪运行曲线图，预置电流10 A，正常运行时回路电阻3 Ω，输出电压15 V，4月20日发生异常时输出电压超限，输出电流7 A，回路电阻35 Ω。表明系统运行趋势与现场测量结果相吻合。

图 2 2022-04-01～ 04-20 1#恒电位仪运行曲线图

2  阳极失效原因分析

2.1  阳极失效原因分析

该压气站所用柔性阳极为钛基混合金属氧化物（MMO/Ti），由MMO/Ti阳极芯丝、并行铜芯双绝缘层电缆、专用高电导率焦炭、包裹耐酸织物和外部机械编织保护网格层五部分组成（图 3）。形似较粗的电缆，可灵活弯折，电流分布均匀，不存在密集管网屏蔽问题，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。但其对施工质量和自身安全保护措施要求较高[1]。

图 3 MMO/Ti柔性阳极结构示意图

查看2021年1月至2022年4月初恒电位仪运行数据，2#柔性阳极的回路电阻由0.8 Ω缓慢升高至1.5 Ω，电阻变化范围较小。期间阳极地床区域无施工作业，可知故障不是由第三方施工导致。分析失效原因包括以下几个方面。

（1）阳极地床敷设施工或开挖时不合理操作，可能导致阳极丝断裂，造成部分阳极失效。

（2）柔性阳极及其电缆节点连接不规范，密封不严密，不能有效隔离水气渗入，增加阳极及其电缆腐蚀断线风险。

（3）有关钛基MMO阳极击穿电压与恒电位仪输出电压及环境电阻率的关系目前没有相关研究成果，阳极被击穿失效原因尚不清楚。

（4）压气站地处盐碱地土壤环境，现场土壤电阻率为4 Ω。经对局部柔性阳极开挖并进行破坏性检验（图 4），发现其内部铜芯发生轻微氧化可见铜锈，外层聚氯乙烯护套变黄硬化；柔性阳极周边0.3 m范围土壤呈黄色pH值4～5，其他区域土壤正常pH值7～8偏中性。出现铜锈说明阳极电缆绝缘出现问题，在碱性土壤环境中发生析氧和析氯反应导致土壤呈酸性，侵蚀铜芯双绝缘层电缆。

图 4 MMO/Ti柔性阳极破坏性检查示例

2.2  压缩机区阳极失效风险

压气站压缩机区出口管道运行压力和温度高，管体材料强度等级高。据统计，近90％的应力腐蚀开裂发生在压气站下游温度最高区段[2]。当该区域埋地设施阴极保护系统发生故障时，埋地管道出口管段发生应力腐蚀的可能性会更高。一旦发生应力腐蚀开裂，存在天然气泄漏、爆炸风险。

3  故障整治思路及效果

2#支路柔性阳极分布于压缩机进出口汇管区域，在此新增一定数量分布式高硅铸铁阳极，同时开挖阳极坑找出原有柔性阳极加以利用，所有阳极线缆统一接到阳极汇流箱。整治后，原压缩机进出口汇管区欠保护情况得到明显改善，经测量管地电位达标。

4  结论

压气站区域阴极保护阳极地床故障的主要原因是现场埋地柔性阳极地床出现多处断点，造成回路接地电阻较大，导致恒电位仪设备无法正常输出。柔性阳极位于盐碱土壤环境时发生析氧、析氯反应，生成酸性产物；现场柔性阳极电缆耐氯性能差，遭受酸性侵蚀使其结构老化变黄且硬化。针对MMO/Ti柔性阳极运维管理提出三点建议。

（1）敷设前严格检查阳极及其电缆外观、电缆与阳极节点防腐质量，按规范安装，回填时做好与其他埋地构筑物的隔离保护，并选用细土[3]。

（2）针对含氯离子的土壤环境选用耐氯离子老化的电缆材料。

（3）后续应开展MMO/Ti柔性阳极击穿电压与恒电位仪输出电压及环境电阻率相关关系的研究，以提供更多技术支持。

 

参考文献：

[1]李振军，王成，吴锦强，等.油气管道站场区域阴保系统阳极地床应用对比分析[J].管道保护，2021(6)：51-54.

[2]罗汇果.压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理及影响因素分析[J].广东化工，2017，44(6)：139-141.

[3]程明，屠海波，张平.线性阳极在阳曲压气站区域性阴极保护中的应用[J].腐蚀与防护，2012，33(4)：338-341.

作者简介：王喜权，1988年生，助理工程师，管道岗三级工程师，现从事管道本体安全、第三方施工、地质灾害防治等方面工作。联系方式：15242322014，1294846132@qq.com。