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        深井陽極地床干擾范圍影響因素分析

        2013-10-23 07:35:10劉海祿張國虎宋凌燕
        天然氣與石油 2013年6期
        關(guān)鍵詞:陰極保護(hù)深井陽極

        劉海祿 張國虎 宋凌燕

        1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司,四川 成都 610041;2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院,四川 成都 610500

        0 前言

        陽極地床是陰極保護(hù)系統(tǒng)中的重要組成部分。采用強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)的陽極地床有兩種類型,即淺埋陽極地床和深井陽極地床。

        深井陽極地床是指地下深層井孔中 (通常井深大于15m)垂直安裝一支或多支陽極的地床形式,多用于地表土壤電阻率很高或地表空間狹小、無法滿足淺埋陽極地床安裝空間及所需的陽極接地電阻要求的情況[1]。

        深井陽極與淺埋陽極相比最突出的優(yōu)點(diǎn)是降低地表電位梯度,減輕對(duì)周圍其他金屬構(gòu)筑物干擾,其減輕程度與井深、井與其它金屬構(gòu)筑物的距離有關(guān):井越深,干擾越??;井與其它金屬構(gòu)筑物的距離越遠(yuǎn),干擾越小[2]。

        由于工程建設(shè)用地越來越緊張,深井陽極地床可供選擇的空間越來越小,陽極地床離附近地下設(shè)施的距離越來越近,陽極地床的干擾問題越來越突出[3-4]。

        1 陽極地床干擾

        當(dāng)陰極保護(hù)電流自陽極地床流入周圍土壤時(shí),會(huì)在陽極區(qū)形成陽極電壓錐,由此造成該土壤中的電位升高并超過遠(yuǎn)方土壤中的電位。

        沿電流流動(dòng)的方向,電位梯度將隨著離陽極地床的距離的增加而逐漸減小,到達(dá)一定距離后可以忽略。

        《陰極保護(hù)手冊(cè)》指出,經(jīng)驗(yàn)表明,陽極地電位上升值Uy<0.5V不會(huì)造成不可接受的陽極干擾[5]。

        2 地電位升計(jì)算

        關(guān)于地電位升的計(jì)算,采用BSEN 14505∶2005《復(fù)雜構(gòu)筑物的陰極保護(hù)》[6]附錄D中用于立式陽極地床的計(jì)算公式:

        式中:Uy為地表y點(diǎn)處的電位,V;y為地床干擾范圍,m;t為地床深度,m;L為地床長度,m;ρ為土壤電阻率,Ω·m;I為施加到陽極地床的電流,A。

        3 影響因素

        從式(1)可見,深井陽極地床干擾范圍的影響因素有:土壤電阻率、地床深度、地床長度及施加到陽極地床的電流。通過數(shù)據(jù)及圖表對(duì)這四個(gè)因素逐一進(jìn)行分析。

        表1~4均按Uy≈0.5V時(shí)根據(jù)各個(gè)因素的變化計(jì)算出陽極地床與周圍構(gòu)筑物的距離,即各個(gè)因素變化時(shí)周圍構(gòu)筑物受陽極地床影響可忽略時(shí)的最小距離。

        表1 土壤電阻率與地床干擾范圍

        圖1 土壤電阻率與地床干擾范圍

        3.1 土壤電阻率

        表1和圖1反映出,土壤電阻率增加90Ω·m時(shí)地床干擾范圍增加了297m,土壤電阻率對(duì)地床干擾范圍影響較大。地床干擾范圍隨土壤電阻率增加而增大,即土壤電阻率增加則陽極地床干擾范圍增大。

        3.2 地床深度

        表2和圖2反映出,地床深度增加90m,而地床干擾范圍只減少了46m,地床深度對(duì)地床干擾范圍影響較小。地床干擾范圍隨地床深度增加而減小,即地床埋得越深,陽極地床干擾的范圍越小。

        3.3 地床長度

        表3和圖3反映出,地床長度增加了54m,而地床干擾范圍卻只減少了9m,地床長度對(duì)地床干擾范圍影響甚微。地床干擾范圍隨地床長度增加而減小,即地床長度增加,陽極地床干擾范圍減小。

        3.4 施加到陽極地床的電流

        表4和圖4反映出,電流增加了18 A,而地床干擾范圍卻增加了297m,電流對(duì)地床干擾范圍影響很大。地床干擾范圍是隨電流增加而增大,即電流越大,陽極地床干擾范圍越大。

        表2 地床深度與地床干擾范圍

        圖2 地床深度與地床干擾范圍

        表3 地床長度與地床干擾范圍

        圖3 地床長度與地床干擾范圍

        表4 施加到陽極地床的電流與地床干擾范圍

        圖4 施加到陽極地床的電流與地床干擾范圍

        4 結(jié)語

        通過對(duì)深井陽極地床干擾范圍分別受土壤電阻率、地床深度、地床長度及施加到陽極地床的電流的影響大小的對(duì)比,得出:

        a)深井陽極地床干擾范圍受施加到陽極地床的電流影響很大,受土壤電阻率影響較大,受地床深度影響較小,受地床長度影響甚微。

        b)盡可能減小陰極保護(hù)電流是減少深井陽極地床干擾的最佳方式。

        c)在無法減小陰極保護(hù)電流的情況下,應(yīng)將深井陽極地床設(shè)置在土壤電阻率低的位置。

        d)增加陽極地床可明顯縮小干擾影響距離。

        e)深井陽極地床深度和長度的增加都可以減少陽極地床的干擾,但是減小的幅度較小。

        [1]黃留群.國內(nèi)長輸油氣管道站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)概況[J].防腐保溫技術(shù),2009,17(3):20-25.Huang Liuqun.Survey of Regional Cathodic Protection in Domestic Long Distance Oil and Gas Pipeline Stations [J].Anticorrosion&Insulation Technology,2009,17(3):20-25.

        [2]王芷芳,段 蔚,李夏喜.有關(guān)深井陽極的幾個(gè)問題[J].腐蝕與防護(hù),2004,25(11):480-482.W ang Zhifang,Duan W ei,Li Xiaxi.Several Issues in Deepwell Anodes for Cathodic Protection [J].Corrosion&Protection,2004,25(11):480-482.

        [3]李 浩.杭甬線輸氣管道工程防腐專業(yè)的設(shè)計(jì)與施工[J].天然氣與石油,2008,26(2):1-3.LiHao.Summarization on Design and Construction of Corrosion Control System in Hang-Yong Gas Pipeline[J].Natural Gasand O il,2008,26(2):1-3.

        [4]茅斌輝,彭世尼.深井陽極地床設(shè)計(jì)中沿深度方向土壤電阻率的測(cè)試與分析[J].天然氣與石油,2011,29(1):48-50.Mao Binhui,Peng Shini.Testand Analysison Soil Resistivity in Deep W ell Anode Ground Bed Design [J].Natural Gas and Oil,2011,29(1):48-50.

        [5]貝克曼W V,施文克W,普林茲W.陰極保護(hù)手冊(cè) [M].胡士信,王向農(nóng),等譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005,161-162.Baeckman W V,Schwenk W,PrinzW.Handbook of Cathodic Protection [M].Hu Shixin,Wang Xiangnong, et al.Trans.Beijing:Chem ical Industry Press,2005,161-162.

        [6]BSEN 14505:2005,Cathodic Protection of Complex Structures[S].

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