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管道研究

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沿海区域阳极地床选型对阴极保护效果影响分析案例

来源:《管道保护》2022年第4期 作者:杨百强 时春利 夏坤坤 时间:2022-9-9 阅读:

杨百强 时春利 夏坤坤

北京管道天津输油气分公司

 

背景

位于天津市滨海新区某站场阴极保护系统于2015年投运,采用强制电流阴极保护系统,设计寿命为20年。辅助阳极为金属氧化物(MMO)柔性阳极,站场处于沿海区域,站内土壤电阻率在1.25 Ω·m~2.00 Ω·m。2021年5月20日该站场恒电位仪输出超压报警。

根据现场调查和查阅相关资料,该站场内所有地下裸露接地扁铁全部与管道相连接,接地扁铁的外表面积198 m2,电流需求密度0.145 A/ m2,计算所需电流量28.7A,地下管道保护体的外表面积250 m2,管道所需电流密度1.5 μA/m2,所需电流量0.375 mA。          

该站场使用的柔性阳极总铺设长度200 m,设计最大工作电流密度82 mA/m2,允许输出电流量16.4 A,而实际接地扁铁的电流需求量28.7 A,超出设计最大工作电流1.75倍,远大于设计额定电流值。长期满负荷电流输出导致柔性阳极内保护氧化膜薄弱点被击穿,形成单一电流流出点,通过接地扁铁流回电源。同时沿海区域土壤电阻率低、腐蚀性强,柔性阳极在电流流出点更快腐蚀,回路电阻升高,最终设备超压报警。

次日开挖发现,失效柔性阳极出现“烧伤”情况(图 1),说明该处阳极有大量电流流出或与其他地下构筑物搭接,形成短路。



1 失效柔性阳极出现“烧伤”情况

做法

(1)阴极保护系统是恒电位仪(整流器)通过阳极输出直流电流经过被保护体(管道)裸露的金属部分流回整流器,从而实现管道极化电位位于准则要求的﹣850 mV~﹣1200 mV(CSE),免受电化学腐蚀。阴保系统主要易损件为辅助阳极,当站场强制电流阴保系统受到接地设施影响时,要正确选择辅助阳极,以使区域阴保系统发挥最佳状态。

(2)辅助阳极包括高硅铸铁阳极和柔性阳极。高硅铸铁阳极是单一的铁质材料,输出电流高、耐腐蚀、节省地下空间、造价低。柔性阳极主要包括导电聚合物阳极和金属氧化物MMO阳极,前者是把导电塑料包覆在铜芯上,后者是在金属钛的线材上覆盖活性贵金属氧化物。柔性阳极结构和外形与电缆极为相似,小电流稳定输出,但其固有的缺陷使大电流的载流能力受限而易发生问题,从而引起阴保系统失效。

(3)对该站场阴保系统实施维修改造,将原有柔性阳极更换为高硅铸铁阳极,预置电位﹣1200 mV,输出电压30.7 V,输出电流29.1 A,且输出电流电压平稳,经现场测试满足阴极保护要求。

启示

(1)沿海区域站场区域阴保系统因在土壤电阻率较低的环境中,更易发生接地扁铁屏蔽被保护体电流或与被保护体处于类似短路状态,导致阴极保护系统90%以上电流流入裸露扁铁形成回路,阴极保护效率进一步降低。采样控制点保护电位不达标,设备会自动增加输出电流以保证被保护体所需电流量,造成辅助阳极的电流输出增加,加大阳极消耗。所以区域阴保系统的辅助阳极选型非常重要。

(2)设计阶段就应考虑不同地区的土壤电阻率差异和被保护体实际情况,选择合适的辅助阳极形式。施工过程中,应在地面对阳极走向进行清晰标记,在与其他埋地设施交叉时应采取绝缘措施。

(3)管道与接地扁铁之间可加装固态去耦合器,但要根据现场情况合理设计去耦合器的阈值。同时调整好管道、接地扁铁、辅助阳极的位置,避免管道被接地扁铁屏蔽而影响阴极保护效果。 


作者简介:杨百强,1987年生,毕业于河北石油职业技术学院,线路工程师,目前主要从事管道阴保防腐工作。联系方式:13591291917,clgdwhz@163.com。

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