阳极地床对油气田站场区域阴极保护的影响.pdf

3 8 苍 笫4 石 油工 程 建 设 5 3 阳极地床对油气 田站场区域阴极保护的影响 李振 军 ，安 龙虎 ，颜怀永 2 ，洪 娜 3 1 ． 西部管道公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 2 ；2 ． 西部管道公司独山子输油气分公司，新疆独山子8 3 8 6 0 0 3 ． 西部管道公司乌鲁木齐输油气分公司，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 1 摘 要 通过 对新 疆 地 区多个站 场进 行 实测分 析 ，探 讨 了不 同 类型 的 阳极 地床 对 站 场 区域 阴极 保 护系统保护效果的影响 结果表 明．采用深井阳极的阴极保 护 系统 ，阴极保护 电流容易通过接地 网流 失 ，造 成恒 电位 仪 负荷 增加 ． 因此 被 保护 体 必 须 与其 他 设施 绝缘 ，否则 阴极 保 护 电流 一旦 泄 漏将 造成较 大范 围的影 响 而采 用 柔性 阳极或 网状 阳极 的 阴极保 护 系统 ，被 保 护体 电位 分 布均 匀 ， 电流 流失 少 ．恒 电位 仪 负荷 小 。对其 他设 施 的影 响较 小 。 关键 词 油 气田站 场 阴极 保护 阳极地床 ；保 护 效果 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4 ． i s s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 1 7 0 引 言 作为防腐层的有效补充 ．阴极保护能够有效抑 制或延缓埋地钢质构筑物的腐蚀 ．其重要性越来越 受到重视 ．目前油气 田站场的埋地钢质构筑物都要 求施加阴极保护 由于油气 田站场内各种被保 护体 众多．结构复杂 。并与庞大的接地网相连 ．若阳极 地床选择不当．阴极保护电流容易经接地网大量流 失 ．造成恒电位仪负荷严重 ．同时对其他设施形成 干扰 本 文通 过对 新疆 地 区多个 站 场 区域 阴极 保 护 系统进行检测 包括恒 电位仪的输出、被保护体 的 电位分布及其对周边设施 的干扰情况等 ．分析不 同 阳极地床对阴极保 护效 果及保护 电流分 布的影 响 ．确定 了不 同类 型 阳极地 床 的适用 情 况 1 深 井阳极 地床 阴极 保护 系统 的运行 状况 深井 阳极地床为埋深 大于 1 5 m 的阳极 地床 ． 埋人若干直径 2 5 0 m m左右的阳极 深井阳极 占地 小 ，保护范围大，保护电流分布均匀 ，引起的地表 电位梯度小 ．产生的干扰小 ．常用于长输管道 的阴 极保护和联合性 区域阴极保护 1 ． 1 采用深 井 阳极 的储 罐 阴极保护 系统运行 状 况 新 疆地 区某 油 田站场 内设 有 两座 2 0 0 0 m 3 消 防 水罐 ．原阴极保护系统采用浅埋阳极 ，布置在罐周 围 ．运 行 一 段 时 间后 ．阴极 保 护 系 统 无 法 正 常 运 行 因此将 阳极埋设方式进行整改．改为一 口深井 阳极 ．埋人 4组高硅铸铁辅 助 阳极 ．埋 深 1 0 0 m 阳极地床整改前后消防水罐 阴极保护系统恒电位仪 的参数变化见表 1 调整 阳极埋设方式后 ．在消防 水罐需要保护 的面积不变的情况下 ．恒 电位仪输 出 电压 、电流大幅增加 ．分析认为可能存在部分阴极 保护 电流 流失 表 1 消防水罐 阴保 系统恒电位仪在阳极地床整改前后的参数 变化 预设 电位／ v 参 比电位／ V 输 出电压／ V 输出电流， A 整改前 一 1 ． 1 O 0 1 ． 1 0 5 3 5 ．4 5 ．7 整改后 1 ． 1 5 0 一 1 ． 1 5 9 6 8 ． 6 l 3 ． 3 注 若无特 殊说明 ，本 文电位检测 均 以铜／ 饱 和硫酸 铜 电极 为参比电极 。 阳极地床整改前后 ．分别检测消防水罐外底板 中部及边缘的通电电位 ．其 中外底板 中部通 电电位 是通过测试桩阴极线与埋设在罐底中部的参 比电极 进行检测 ．外底板边缘电位采用 “ 地表参比法”进 行检测 ，测试结果见表 2 。 表 2 阳极地床整改前后消防水罐外底板中部及边缘通电电位 检测结果 检测位置 通 电电位， V 外底板中部 一 1 ．o 7 整改前 外底板边缘 - 0 ． 8 9 外底 板中部 一 1 ．0 4 整改后 外底 板边缘 - 0 ．7 5 5 4 石 t,b ．It { jf 建 设 表 2中的 检 测 结 果 表 明 ．整 改 后 消 防水 罐 外 底板 中部通 电电位 变化不 大 ．而边缘部分 电位正 移 ．已经处于欠保 护状态 整改前零位接 阴电位 与外 底板 边缘 电位 相差 0 ． 1 8 V．而整改 后 两者 相差 0 ． 2 9 V．说 明改为 深 井 阳极后 消 防水 罐 外底 板 电位 分布不均匀 消防水罐的接地与外底板边缘部分 相 连 ．是 阴极 保 护 电 流 流失 的重 要 途 径 ．因此 外 底 板 边 缘 电位 的正 移 是 因 为采 用 深 井 阳极 后 ．部 分 阴极 保护 电流 经接地 流失 造成 的 1 ． 2 采 用深 井 阳极 的 工 艺管 网 阴极 保 护 系统 运行 状 况 新疆 油 田某 大型站 区 的工 艺管 网管道长 2 5 k m． 直径 2 7 3～7 7 3 m m 工艺管网区域阴极保护系统的 阳极地床为 4座深井阳极．阳极井深度超过 2 0 0 m． 每座深井埋设 4组高硅铸铁辅助阳极 ．分 布在 站 内东 、南 、西 、北 方 向 阴极保 护 系统 由 4台 恒电位 仪控制 ．恒 电位仪输 出额定功率为 5 0 V 5 0 A 该 阴极保 护 系统 开启后 对站 内设 施及 站外 长 输 管 道 的 阴极 保 护 系统 造 成 严 重 干 扰 ．因 此 目前 陔系统处 于停 运状态 该阴极保 护系统开启后的恒电位仪参数见表 3 ．输 出电压达到 6 0 v 以上 ．超出 了设备 的额定 值。系统运行 3 h后 ，因输 出电流过大 ，恒 电位仪 电源 、阳极汇流电缆等接线均 出现发热变软现象 表 3工艺管 网区域 阴极保护系统恒电位仪屏显数据 预设 电位／ V 输出电压／ V 输 出电流／ A - 0 ． 8 5 5 8～ 6 0 2 7 ～2 9 一 1 ．0 O 5 9～ 6 3 2 8 ～ 3 2 相 对 工 艺 管 网 阴极 保 护 的需 要 来 说 ．恒 电位 仪 的输 出过大 ．而且实际检测发现工艺管 网阴极 保护 系统开启后 ，站 内、外其他构筑物 的阴极保 护系统受到较大干扰 部分储罐保 护电位 负移达 0 ． 6 v．对站外长输管道 的影 响可达上百千米 ．管 地 电位 负移 达 0 ． 7 v 以上 通 过对站场 图纸分 析发 现 ，站 内工艺管 网 、 储罐 和接地 网是 电性连接 的．工艺管网的阴极保 护电流可能经接地 网流失 ．对站 内储罐的阴极保 护 系统 造 成 干 扰 而 且 检 测 发现 站 场 的进／ 出站 绝 缘法兰漏 电 ．造成工艺管 网与站外长输管道 电连 接 ．构成 了站内阴极保护 电流干扰干线管道 阴极 保护系统的重要路径 深 井 阳极 的特 点 是 保 护 范 围 广 ． 电流 分 布 均 匀 ，如 图 1所 示 。 由于 站 场 工 艺 管 网 阴极 保 护 系 统 的深井 阳极深度超过 2 0 0 m．保护范 围非 常大 ． 周 围的埋地金属体 ，无论是储罐 、接地 ，还是管 道 ，只要与被保护体形成电性连接 ．都会被纳入 到保护范 围 ．因此相应 的干扰 范围也大 幅增大 、 保 护 范 围 的增 大 ．导 致 需要 的 阴极 保 护 电 流 大 幅 增 加 ．造 成 阴极 保 护 系 统 输 出 很 大 ．甚 至 超 过 设 备 的额定值 埋 地 罐 图 1深 井 阳 极 ,--J 7 恿 2网状 、柔性 阳极 地床 阴极 保护 系统 的运行 状 况 2 ． 1采 用 网状 阳极 的储 罐 阴极保 护 系统运 行状 况 新 疆 某 站 场 储 备 库 1 0万 m] 原 油 储 罐 罐 底 板 采用 由金属氧化物 阳极带 MMO和钛金属导电 片 组成 的 网状 阳极 ．并 埋设 6只参 比电极 ．如 图 2 所 示 罐壁 、 钛 A1 ／ 』 _ __ l 1 C 一 一 1 C 2 C _ C 一 A 2 l I |- ； A 3 ／ 化物阳极带 A1 、A 2 、A 3为专用 电缆接 头 C 1 、C 3 、C 5为 高纯锌参 比电极 C 2、C 4 、C 6为铜／ 硫酸铜参 比电极 图 2网状阳极及参比电极 示意 图 阴极保护系统恒 电位仪运行参数见表 4 。 表 4 储罐阴极保 护系统恒 电位仪运行参数 检测该储罐外底板对不 同参 比电极 的通电电 位 ，测试结果见表 5 电位均换算成对 铜／ 硫酸铜 参 比电极 的电位 。 第 3 8卷第 4期 李振军等 阳极地床对油 ℃ 田站场区域 极保 护的影 响 5 5 表 5 储罐外底板对不同参 比电极的电位检测结果 对 比 表 4和 表 1中数 据 ．可 以看 出 该 储 备 库 l O万 r n 3 原 油 储 罐 阴保 系 统 的 恒 电位 仪 输 出 比 1 ． 1 节 中 2 0 0 0 I Y l 3 消防水罐小得多 ．虽然保护面积大幅 增大 ．但所需 的阴极保护 电流却减少 了近 1 0倍 表 5的电位检测结果表明．采用网状阳极的储罐外 底板电位分布均匀 ．边缘的电位衰减较小 ．阴极保 护效果较好 ．而且 阴极保护 电流通过接 地流失较 少 ．对 周边设 施 影 响小 2 ． 2采用柔性 阳极的管道及储罐 阴极保护 系统运 行 状 况 新 疆某 新 建站 场 约 2 0 k m工 艺 管 网及 1 0万 m s 原油储罐采用柔性 阳极作为阴极保护系统的阳极地 床 ．其中工艺管网的阴极保护系统 由一台恒电位仪 控制 ．每座储罐设一套独立 阴极保护系统 柔性阳 极结 构如 图 3所 示 1 2 3 4 5 1 l 铜导线 ；2 ． 半导电聚合物 ；3 ． 活性炭 ；4 ． 包布带 ；5 ． 纤维 编织层 图 3柔性 阳极 结构 示意 2 ． 2 ． 1 采 用 柔 性 阳极 的 工 艺 管 网 阴极 保 护 系统运 行 状 况 工 艺 管 网阴 极 保 护 系统 恒 电位 仪 运 行 参 数 见 表 6 。 表 6工艺管网阴极保 护系统恒 电位仪运行 参数 从表 6数据可以看出．恒 电位仪输 出较小 电 位检测结果表明 ．工艺管网 电位为 0 ． 9 5～0 ． 9 8 v． 满足保护电位要求 ，而且分布均匀 、稳定 ，对周边 设施 无 明显 干扰 生产运行储备库工艺管道阴极保护系统采用柔 性阳极 ．与管道同沟敷设 ．保护电流在管道和柔性 阳极 之 间 形 成 了很 好 的 回路 ．很 少 向周 围 环 境 散 失 ．因此柔性 阳极针对性强．对其他金属构筑物干 扰影 响很 ／ J 、 2 ． 2 ． 2 采用柔性阳极的储罐 阴极保护 系统运行状况 该储罐阴极保护系统恒电位仪运行参数见表 7 。 表 7 储罐 阴保 系统恒 电位仪运行参数 预设 电位， 、 『 输 出电压／ V 输出电流／ A 零位接阴与参 比电极， V 1 ． 2 0 1 ． 7 0．9 一 o．9 7 检测储罐外底板对不 同参 比电极 的通电电位 ． 测试结果见表 8 参 比电极类型及分布同图 1 ，电 位均换算成对铜／ 硫酸铜参比电极 的电位 。 表 8 储罐底板对不 同参 比电极 的电位检测结果 参 比电极 C1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 储罐外底板 电位／ V 一 1 ． 2 1 一 1 ． 2 0 一 1 ． 1 5 1 ． 1 8 一 1 ． 1 3 1 ． 1 1 从 表 7 、表 8的检 测结 果 可 以看 出 ．采 用 柔性 阳极的储罐阴极保护系统恒 电位仪输 出小 ．储罐外 底 板 电位 分布 均匀 ．从 中心 到边 缘 电位衰 减较 小 网状阳极和柔性 阳极都近距离埋设 于储罐罐底 板基础中 如图 4所示 ．阴极保 护电流能够较为 均匀地在外底板上分布 ．确保储罐外底板各个位置 均能达到最小保护电位的要求 保护电流在底板和 阳极之间形成了很好 的回路 ．加上储罐基础 中一般 铺有防渗膜 ．因此电流很少散失到罐基础的圈梁之 外 ．不会对附近金属构筑物产生干扰 商业储备库 储罐采用网状阳极 ．生产运行储备库储罐采用柔性 阳极 ．因此罐区的阴极保护系统不会对包括工艺管 网区域阴极保护系统在内的其他系统产生影响 图 4网状阳极和柔性阳极阴极 保护电流分布示意 3 结 论 1 深 井 阳极 地床 具 有不 受 地 形 、空 间 限制 。 接地电阻低 ．输出电流更均匀 ．对外界干扰影响小 等优点．适用于对西部干旱地区的站场区域的阴极 保护系统 ．但其他金属构筑物若与被保护设施构成 电连接 比如接地网连接或绝缘法兰漏电等 ．阴 极保护电流易大量 流失 ．造成恒 电位仪负荷增加 ． 并对周 围设施 造成 干扰 ．且其 影响范 围及强度较 大 。因此 ，必须 提 前对 站场 接地 系统 进行 分 析 ，对 石 油工 程 建 设 中国民航津豪 1 幽船 m 输漓管邋孵 工程实践 蔡 亮 中国航油集团津京管道运输有限责任公司，天津3 0 0 3 0 0 摘 要 介绍了中国民航津京长 1 8 5 k m输油管道 阴极保护 系统的检测情况．检测结果表明．6 3个测 点的数据绝大 多数 符合要 求 ，但塘 沽东盐桥至 海防路长约 4 k m 管道 的阴极保护 电位不合格 ，为此对牺 牲 阳极的布设和安装进行 了改进 ．使该段 管道 的保护 电位也达到 了规范要求。 关键 词 输油 管道 ；阴极 保护 ；牺 牲 阳极 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 1 8 0 引 言 中国民航津京 1 8 5 k m输油管道是 国内民航系 统 迄 今 为止 管径 最 大 、输 送 距 离 最 长 、现 代 化 程 度最高并 具备顺 序输送多 品种 油 品功能的管道 。 该输油管道承担着北京 、天津两大 国际机场航空 用油运输任务 ．全长 1 8 5 k m 首站设在 天津港南 疆石化码头 ．末站与北京首都 国际机场 岗山油库 相连 管道工程总投资 4 ． 7亿元 ．设计年输油能力 为 3 2 0万 t 。 为 了确保输油管道长期 、安全地运行 ，管道 全线进行 了阴极保护 迄今 为止 ．首站南疆石化 码 头 至 天 津 机 场 5 2 k m 段 阴极 保 护 运 行 了 1 3年 ． 天 津 机场 至 北 京机 场 岗山油 库 1 3 3 k m 阴极 保 护 已 运 行 了 1 1 年 2 0 1 0年 8月 2日至 2 6日．对 管道 全 线 实施 了 一 次彻 底 的 阴极 保 护 现 状 勘 察 ．通 过 徒 步 巡 查 以 及对沿线阴极保护站设备运行情况进行维护保养和 调 试 ．特别是 对 管道沿 线 阴极保 护 电位 进 行全 面测 量 ．掌握了输油管道腐蚀状况 1 阴极保护 原设 计和 此次 实 际检 测 结果 根 据天 津和 北京不 同的土壤 地质 状况 以及 管道 沿线周边经济建设发展情况 ．管道分 5段采取不同 形式的阴极保护措施 1 ． 1 天 津 南疆石化 码 头至 3 阀室段 该 段 土壤含 盐量 和含 水量极 高 ．属强 烈腐 蚀 土 壤环境 土壤电阻率极低 ．曾测得过土壤 电阻率为 2 Q． m 原设计管道 的牺牲 阳极保 护方 案为 每 3 3 3 ． 3 3 m敷设 一组 阳极 即 3组／ k m ．每 组 由 4支 2 2 k g镁 阳极 及 1支 4 0 k g锌 阳极 组 成 。 此 次 实 际 检测 结果 见表 1 检测 结果 表 明 由于此 段 长约 2 2 k m管 道 所处土壤环境是全线 中腐蚀程度最为严重的地段 ． - ” ”一一 一一 -*一一 “- 一十“ 一 ”一 一” 一十一 - 一一 - 一一 - ’ 一一 一一一 _一 卜 一- - 一- - 卜 一 一 卜 一 卜 一- - 卜 一 卜 绝缘法兰 接头的绝缘性能进行检测 ，减少阴极 参考文献 保护电流的流失。 [ 1 ] 赵常 英． 达坂城中间热泵站区域阴 极保护探讨[ J J ． 防腐 保温技术． 2 网状 阳极和柔性 阳极均 与被保 护体近距 离铺设 ．保护 电流在 阳极 与被保 护体 之间能够形 成很好 的回路 ．很少 向周围环境 散失 ．因此 网状 阳极和柔性 阳极针对性强 ．对其他金属构筑物干 扰影响很小 目前新建储罐基本都采用 网状 阳极 ． 而柔 性 阳极 作 为 一 种 新 型 技 术 也 逐 渐 在 站 场 得 到 应用 ．特别适合在设施复杂 的站场阴极保护系统 改造中应用 2 0 1 0 ， 1 8 1 3 2 3 5 [ 2 ] 刘 彦军， 华道智， 仲怀 国． 环保型柔性 阳极保 护电缆设计 与应用I J 1． 轻工设计， 2 0 1 1 ， 2 6 4 6 5 ． [ 3 ]岳志宏 ， 白成勇 ， 陈永馨 ， 等． 柔性 阳极 阴极保护 技术在大型储 罐 施工 中的应用[ J l _ 石油工程建设 ， 2 0 1 1 ， 2 5 0 5 2 ． 作者简介 李振 军 1 9 8 4 一 ，男，山东寿光人 ，助 理工程 师，2 0 0 8年毕业于中国石 油大学 华 东 ，从事管道防腐管 理 工作 收稿 口期 2 0 1 2 - 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