熊金根

西部管道公司科技信息服务中心

摘要：接地系统在油气站场内分布较广，站内埋地管道受其影响导致区域阴极保护失效而发生腐蚀甚至穿孔。分析了接地系统对站内埋地管道的影响及与阴保系统的关系，介绍了西部管道部分站场接地系统对区域阴极保护的影响及典型腐蚀案例，提出了相关建议。

关键词：接地系统；区域阴极保护；屏蔽；油气站场

区域阴极保护技术自20世纪70年代在国内部分油气站场实施取得了很好的保护效果。但由于接地系统在油气站场内分布较广，并与埋地管道防腐层差异较大，对埋地管道阴极保护效果及腐蚀的影响也日益凸显[1]。为此，开展了接地系统对区域阴极保护的影响分析。

1  概述

接地系统对站内埋地管道的影响主要体现在三个方面：①铜、石墨等自腐蚀电位较管道电位高的接地体与管道电连接后，由于电偶腐蚀效应导致管道腐蚀速率增大；②裸露且结构复杂的接地体（水平和垂直接地体）对埋地管道阴极保护产生严重的干扰和屏蔽，导致管道电位分布不均和欠保护风险高[2]；③由于采用联合接地，管道极化电位测试困难，管道实际保护状况无法得知。

长期以来，由于专业不同，接地系统与区域阴极保护系统都是单独设计，且由不同专业人员负责。铜接地极由于其良好的导电和耐腐蚀性能而被认为是首选的接地材料，但是随着国内外频繁出现的因接地导致的埋地管道腐蚀案例，其对埋地管道的影响逐步受到重视。20世纪60年代初Husock提出：要使阴极保护系统达到较好的保护效果，应尽可能使被保护结构物远离铜接地极。E L Kirkpatrick也指出了接地系统与管道阴极保护系统之间存在的矛盾：对于接地系统而言，地下结构物的相互联结可有效降低发生电击的风险；但对于管道阴极保护系统而言，结构物相互联结意味着阴极保护电流需求量的增大。当接地极为裸铜线时，阴极保护电流的需求量将增大20多倍且铜接地极将消耗90%以上的阴极保护电流，管道涂层较好时阴极保护电流需求量会更大。

目前站场复杂埋地结构的电位测试主要采用恒电位仪同步断电法测试埋地管道的断电电位，鉴于站内大量接地的存在，所测电位为接地与管道的混合电位。而且多数站场存在大量无法断开的裸金属接地，接地材料多为镀锌扁钢。也就是说，该法所测电位为锌接地和管道的混合电位，与管道真正的极化电位存在一定误差。

2  接地极对区域阴保的影响

历年现场调查发现，兰成首站、鄯兰末站、鄯兰成品油站、鄯兰原油泵及原油加热区等均采用了20支以上的石墨接地极。双兰线各站场和分输站、阀室等采用了大量的石墨接地极。西一线部分站场也有大量采用铜接地极的情况。

通过现场调查、试验及数值模拟计算得知：石墨、铜等电位偏正的接地极对周边埋地管道阴极保护效果产生严重负面影响，一旦阴极保护电流供给不足，将会加速附近埋地管道防腐层失效处或破损处的外腐蚀，有时甚至会出现电偶腐蚀。石墨及铜接地极影响范围较大，可达到5 m以上，相距埋地管道越近影响越严重。根据现场试验，一支石墨接地极吸收0.5 A电流后，其极化电位可以达到﹣0.85 V.CSE，除非预先采取针对性措施在每支石墨接地极周边布满辅助阳极，充分满足石墨及铜接地极对阴保电流的需求后，才能避免临近埋地管道的加速腐蚀现象。2020年3月24日鄯善站库原油转油泵至换热器管线的腐蚀穿孔事件即为典型的由石墨接地极临近埋地管道敷设引起电偶腐蚀导致的腐蚀穿孔。

3  屏蔽对区域阴保的影响

对区域阴保电流的屏蔽不仅局限于接地系统，站场内埋地小口径管道及其密集处也存在屏蔽问题。

某站场出站ESD阀[3]的排污管线由于外腐蚀穿孔泄漏，如图 1所示。经现场调研及测试发现，阀体周围用试片法测得断电电位均满足阴保准则要求。将试片埋设于排污管线及主阀体之间时，测得试片的断电电位未达﹣0.85 V.CSE。

图 1 阀门排污管线外腐蚀穿孔图片

经分析得知：①排污管线和主阀体距离太近，对阴保电流到达排污管线12点钟位置存在一定的屏蔽，再加上回填土疏松和存在土壤空洞问题，进一步阻断了阴保电流路径，从而导致排污管线12点钟位置存在欠保护；②由于施工条件限制，导致排污管线防腐层出现不均匀等施工缺陷，12点钟位置厚度不足，从而降低了涂层的防护能力；③由于阀体存在裸露部分，雨水和溶解的雪水顺阀体流至腐蚀穿孔处，导致该处土壤潮湿，甚至可能出现水土流失造成土壤疏松和空洞情况，一方面由于潮湿加快了管道自然腐蚀速度，另一方面因土壤疏松和空洞阻断了阴保电流路径抑制了该处阴极保护效果，从而加大了泄漏事件的发生概率；④出站ESD阀处输送介质温度为45℃左右，高温环境可加速管道自然腐蚀速度，进一步加大了泄漏事件的发生风险。

4  区域阴保电位测量

站内采用联合接地时，由于无法断开埋地管道与接地网的电连接，通过恒电位仪断电法测量得到的电位均为管道与接地网的混合电位。同时，恒电位仪断电，由于接地网和管道极化水平不同，还存在不平衡电流流动，因此无法反映管道真实的保护状况。试片法是一种有效的管道极化电位测试方法，但在联合接地状况下如何运用试片法测量管道的极化电位仍然是一个棘手的问题。因考虑如下因素：①试片面积的选择确定；②断电延迟时间的选择确定；③参比电极位置的选择确定；④接地产生的电场对管道极化电位测试的影响；⑤联合接地状况下埋地管道阴极保护测试位置的选取。

5  结论

（1）站场接地系统的接地极应避免使用石墨、铜等自然电位正于管线的材料。

（2）站场区域阴保辅助阳极布置时，应充分考虑接地网的材料及分布位置对管线阴保的影响，辅助阳极尽可能避开接地网布置，必要时可采用数值模拟计算的方式优化辅助阳极的位置。

（3）站场区域阴保电位测试应尽可能采用试片断电法，试片的安装位置、面积、断电时间选取应能够全面真实地反映站场埋地管道的保护状况。

参考文献：

[1]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，2014，11：1065-1068，1097.

[2]郭继银，韩文礼，周冰， 张盈盈，张贻刚.西部地区站场接地系统对阴极保护效果影响的评价分析[J]. 2015油气站场智能化管理论坛，2015，09，23：56-58.

[3]汪世军.Shafer气液联动阀执行机构功能与维护[J]. 油气储运，2010，29(4)：296-298.

作者简介：熊金根，1965年生，本科，高级工程师，华中工学院电力系统及其自动化专业，主要从事腐蚀防护及阴极保护工作。联系方式：13199811851，2253688734@qq.com。