王 東，廖柯熹，李月霄，薛 劍

(1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院 四川 成都 610500;2.塔里木油田公司油氣運(yùn)銷部，新疆 庫爾勒 841000)

國(guó)內(nèi)主要油氣干線均采用了陰極保護(hù)技術(shù)防腐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來隨著區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)于已建站場(chǎng)增加了陰極保護(hù)，對(duì)于新建的站場(chǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)即考慮了站內(nèi)陰極保護(hù)。由于站場(chǎng)內(nèi)保護(hù)對(duì)象數(shù)量較多，管線錯(cuò)綜復(fù)雜，區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展［1］。

輪南儲(chǔ)運(yùn)站集油站屬塔里木油田一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)站庫，承擔(dān)著油田70%以上的原油外輸任務(wù)，擁有6 座5 萬m3的原油儲(chǔ)罐。輪南集油站有5 套強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)該站內(nèi)儲(chǔ)罐與管線，共有10 臺(tái)恒電位儀，2 臺(tái)控制柜，5 臺(tái)恒電位儀處于運(yùn)行狀態(tài)，剩下5 臺(tái)恒電位儀處于備用狀態(tài)。

1 站場(chǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)查與分析

1.1 恒電位儀運(yùn)行工況測(cè)試

恒電位儀是站場(chǎng)區(qū)域強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的核心設(shè)備之一，對(duì)恒電位儀進(jìn)行調(diào)查，掌握站場(chǎng)上應(yīng)用的恒電位儀的型號(hào)規(guī)格、運(yùn)行參數(shù)和歷史工況數(shù)據(jù)。

輪南集油站10 臺(tái)恒電位儀型號(hào)全部為PS-1型恒電位儀，恒電位儀輸出電流、電壓連續(xù)可調(diào)，恒電位儀所使用的參比電極均為單陶長(zhǎng)效飽和硫酸銅參比電極。其中管控1 號(hào)到6 號(hào)陽極井的YBB36—YBB41 號(hào)6 臺(tái)恒電位儀是三相電源恒電位儀，保護(hù)9 號(hào)、10 號(hào)儲(chǔ)罐的4 臺(tái)恒電位儀是單相電源恒電位儀。

PS-1 型恒電位儀應(yīng)用十分廣泛，恒電位儀數(shù)字顯示輸出電流、輸出電壓、給定電位和保護(hù)電位值。對(duì)恒電位儀的運(yùn)行狀況進(jìn)行了測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)(見表1)。由表1 可知，其中三臺(tái)保護(hù)5 號(hào)到8號(hào)罐區(qū)的恒電位儀顯示的參比電位都不在規(guī)定的-0.85～-1.2 V內(nèi)，未達(dá)到站內(nèi)管線保護(hù)的要求。經(jīng)調(diào)試后，電位儀運(yùn)行正常。YBB36 恒電位儀顯示的輸出電壓誤差較大。

YBB36，YBB39 和YBB40 恒電位儀輸出電流明顯大于YBB47 和YBB42 的輸出電流。因?yàn)閅BB47 和YBB42 兩臺(tái)恒電位儀輸出電流保護(hù)9號(hào)和10 號(hào)罐，兩個(gè)儲(chǔ)罐均采用罐底板網(wǎng)狀陽極，說明罐底板網(wǎng)狀陽極保護(hù)方式所需保護(hù)電流較小。輪南集油站兩條出站管線沒有安裝絕緣法蘭，造成區(qū)域陰極保護(hù)的負(fù)荷較大。

收集輪南集油站內(nèi)5 套陰保系統(tǒng)的運(yùn)行工況歷史記錄，整理后發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)5 套陰保系統(tǒng)的保護(hù)電位輸出都比較平穩(wěn)，均能達(dá)到規(guī)定的-0.85 V～-1.2 V，但是發(fā)現(xiàn)輸出電壓與輸出電流的波動(dòng)幅度比較大。

表1 輪南集油站恒電位儀運(yùn)行參數(shù)

1.2 保護(hù)電位測(cè)試

管地電位是陰極保護(hù)技術(shù)中一個(gè)重要參數(shù)，無論管道腐蝕態(tài)勢(shì)和保護(hù)狀況，都可根據(jù)測(cè)得的管地電位進(jìn)行分析、判斷，是進(jìn)行管道保護(hù)情況分析、判斷的依據(jù)。輪南集油站內(nèi)有測(cè)試樁21 個(gè)，均為鋼制。測(cè)試樁測(cè)試電纜的一端與被監(jiān)測(cè)的儲(chǔ)油罐或管道連接，另一端從測(cè)試樁底板的傳線孔穿出并連接到接線板上。根據(jù)GB/T 21246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》，將電壓表與管道及硫酸銅電極相連接，將硫酸銅電極放置在管頂正上方地表的潮濕土壤上，保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好;將電壓表調(diào)至適宜的量程上，讀取數(shù)據(jù)，作好管地電位值及極性記錄，注明該電位值的名稱。在完全斷電24 h 后，測(cè)量管道自然電位。

在通電狀況下對(duì)21 個(gè)測(cè)試樁進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)試，所測(cè)得數(shù)據(jù)見表2。由于9 號(hào)和10 號(hào)罐沒有安裝測(cè)試樁，只能使用便攜式飽和硫酸銅參比電極測(cè)試儲(chǔ)罐四個(gè)方向的邊緣電位。由測(cè)試樁保護(hù)電位測(cè)試數(shù)據(jù)可得出，測(cè)試樁保護(hù)電位均在保護(hù)范圍之內(nèi)，測(cè)試樁測(cè)得管地電位都處于-0.85～-1.2 V，達(dá)到保護(hù)狀態(tài)，保護(hù)效果良好。便攜式飽和硫酸銅參比電極測(cè)得的電位與測(cè)試樁自身埋設(shè)的長(zhǎng)效硫酸銅參比電極測(cè)得的電位差值在3～140 mV。在完全斷電24 h 后，對(duì)未施加陰極保護(hù)電流的管道自然電位進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的自然電位保持在-500～-750 mV。測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)6 號(hào)罐的10 號(hào)測(cè)試樁與8 號(hào)罐的2 號(hào)測(cè)試樁得不到數(shù)據(jù)，檢查后發(fā)現(xiàn)是測(cè)試樁與大罐底板連接點(diǎn)處斷開。儲(chǔ)罐邊緣的測(cè)試樁的長(zhǎng)效參比全部埋設(shè)在儲(chǔ)罐邊緣部位，所以只能測(cè)得儲(chǔ)罐底板邊緣的電位值，不能測(cè)試儲(chǔ)罐底板中心的電位值。

表2 輪南集油站陰極保護(hù)電位測(cè)試

續(xù)表2 輪南集油站陰極保護(hù)電位測(cè)試

1.3 陽極井調(diào)查

結(jié)合5 號(hào)到8 號(hào)儲(chǔ)油罐區(qū)實(shí)際情況，6 座陽極深井均勻布置在罐區(qū)外圍，井深45 m。陽極體材質(zhì)為混合物金屬氧化物，每座安裝混合物金屬氧化物陽極8 支，共48 支。接線箱位于陽極深井旁，陽極引線電纜另一端牢固接入接線箱內(nèi)，同時(shí)陽極主電纜從接線箱引出牢固接入恒電位儀。主電纜規(guī)格為VV22-1 000 V/1×35 mm2銅芯鎧裝聚氯乙烯電力電纜，并外套φ50 mm 鋼管。陽極引線電纜一端與陽極體相接，為VV-1 000 V/1 ×10 mm2的銅芯聚氯乙烯電力電纜并附加耐氯腐蝕處理，陽極引線電纜套管為φ63 mm 的PVC 管。

在陽極表面進(jìn)行電極反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯氣和氧氣，氣體產(chǎn)生的量與輸出電流量成正比，若氣體不能及時(shí)排走，氣體包圍陽極，會(huì)降低陽極同電解質(zhì)的接觸，增加了電阻，降低了陽極電流的釋放。由于存在氣阻，大大影響了深井陽極的正常工作，在陽極井內(nèi)安裝排氣裝置—陽極排氣管，使陽極產(chǎn)生的氣體迅速導(dǎo)出井外。陽極排氣管為φ50 mm的PVC 管。陽極深井中的陽極體與陽極深井壁之間用焦炭填料填實(shí)至21 m，焦炭粒徑5～10 mm，21 m 處至井口填充礫石，礫石粒徑10～20 mm。

對(duì)1 號(hào)到6 號(hào)陽極井的接地電阻進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)6 號(hào)陽極井接線盒內(nèi)的一個(gè)陽極體的接頭斷開。1 號(hào)到6 號(hào)陽極井的接地電阻都比較小，保持在0.542～0.745 Ω內(nèi)，說明6 個(gè)陽極井的氣阻現(xiàn)象不嚴(yán)重，陽極井工作正常。9 號(hào)、10 號(hào)儲(chǔ)油罐陰極保護(hù)系統(tǒng)較5 號(hào)到8 號(hào)儲(chǔ)油罐陰極保護(hù)系統(tǒng)有所不同，9號(hào)、10 號(hào)儲(chǔ)油罐陰極保護(hù)系統(tǒng)輔助陽極布置沒采用罐旁深井式，而是采用罐底網(wǎng)狀陽極。

表3 輪南集油站陽極井接地電阻

2 站內(nèi)屏蔽問題

管道位于開闊地區(qū)，土壤不會(huì)對(duì)陰極保護(hù)電流產(chǎn)生屏蔽。但對(duì)于站場(chǎng)，一定的區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)密集，當(dāng)管道的防腐涂層存在缺陷的時(shí)候，容易發(fā)生屏蔽問題。如果被保護(hù)的管道附近有其它埋地金屬結(jié)構(gòu)，而且該金屬結(jié)構(gòu)防腐層有缺陷，一部分陰極保護(hù)電流就會(huì)沿該結(jié)構(gòu)流動(dòng)，并在靠近被保護(hù)管道的地段流出進(jìn)入被保護(hù)管道，這樣就會(huì)影響了陰極保護(hù)電流的流動(dòng)，使被保護(hù)管道得不到有效的陰極保護(hù)，出現(xiàn)電流屏蔽。由于該金屬結(jié)構(gòu)的屏蔽作用，可能會(huì)導(dǎo)致部分管段陰極保護(hù)不充分［2］。

輪南集油站內(nèi)埋地管道密度較大，結(jié)構(gòu)密集，在相對(duì)狹窄的區(qū)域內(nèi)集中了眾多的金屬結(jié)構(gòu)，如儲(chǔ)罐底板、消防管線、工藝管線、避雷防靜電接地系統(tǒng)等。輪南集油站內(nèi)的3 臺(tái)連接深井陽極的恒電位儀的輸出電流遠(yuǎn)大于其他站場(chǎng)恒電位儀的輸出電流。對(duì)于輪南集油站儲(chǔ)罐和閥組區(qū)安裝有大量接地，會(huì)消耗大部分的陰極保護(hù)電流，只有很少的保護(hù)電流消耗在埋地金屬管道上。流向該區(qū)域的電流就會(huì)在土壤中產(chǎn)生電位梯度，導(dǎo)致屏蔽效應(yīng)。被保護(hù)管線與接地金屬存在電性接觸，會(huì)分流大部分的陰極保護(hù)電流，從而使管道無法獲得足夠的保護(hù)電流，極化程度低，不能滿足陰極保護(hù)要求。采用鋅合金接地極可以保證接地功能不受影響，又能成功地將埋地管網(wǎng)與接地系統(tǒng)隔離，減小陰極保護(hù)電流需求，從而減輕由接地金屬結(jié)構(gòu)引起的屏蔽問題［3］。

輪南集油站閥組區(qū)內(nèi)增加了犧牲陽極輔助保護(hù)減輕屏蔽效應(yīng)，使儲(chǔ)罐閥組區(qū)管線也能得到有效的保護(hù)。這種遠(yuǎn)、近陽極相結(jié)合的方式可以有效減輕結(jié)構(gòu)密集區(qū)的屏蔽問題。為準(zhǔn)確得到閥組區(qū)內(nèi)管道的保護(hù)電位，參比電極盡量靠近測(cè)點(diǎn)，是消除土壤IR 降來修正被測(cè)電位的一種有效的方法，對(duì)儲(chǔ)罐閥組區(qū)內(nèi)位于儲(chǔ)罐閥組區(qū)的西側(cè)的18號(hào)測(cè)試樁和儲(chǔ)罐閥組區(qū)的北側(cè)的17 號(hào)測(cè)試樁進(jìn)行開挖測(cè)試，通過參比電極緊鄰被測(cè)管道表面，測(cè)得保護(hù)電位分別為-967 mV 和-1 127 mV，均能達(dá)到規(guī)定的-0.85～-1.2 V。

3 站內(nèi)干擾問題

在保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行之后，保護(hù)電流是由陰極經(jīng)大地回流到被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)。如果靠近該體系有其它地下管道，那么陰極保護(hù)電流可能在該管道涂層破損處流入管道，在別的地方流出管道而進(jìn)入大地，這些電流流出點(diǎn)的管道金屬將被腐蝕。這種腐蝕與雜散電流腐蝕有相同的特點(diǎn)，腐蝕將導(dǎo)致管道快速穿孔［4］。

電流對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕的原因，同電解時(shí)的情況基本一樣。電流從土壤進(jìn)入金屬管道的陰極區(qū)，若陰極區(qū)的電位過負(fù)時(shí)，管道表面上會(huì)析出大量的氫，造成防腐絕緣層破裂、剝落。當(dāng)電流由管道的陽極區(qū)流出。陽極區(qū)的管道以鐵離子的形式溶解，陽極區(qū)的管道易受到腐蝕［5］。

輪南集油站安裝深井陽極地床6座，接近深井陽極的地方可以消除陽極干擾，但是距離深井陽極距離較遠(yuǎn)的地方，深井陽極不能消除陽極干擾，所以深井陽極不能完全消除陽極干擾。但是深井陽極保護(hù)電流不均勻，有些區(qū)域保護(hù)不到，容易對(duì)站內(nèi)未納入陰極保護(hù)的消防管線產(chǎn)生干擾腐蝕。陽極井施工復(fù)雜，技術(shù)要求高，單井造價(jià)貴處于惡劣的工作條件下，容易過早損壞。除了6 座深井陽極外，9 號(hào)和10 號(hào)罐還安裝了罐底網(wǎng)狀陽極，陽極網(wǎng)距離罐底板距離非常近，有效避免了保護(hù)電流對(duì)其他金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)輪南集油站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)試，得到以下結(jié)論:

(1)最好在場(chǎng)站設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)考慮區(qū)域陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)，包括選擇陰極保護(hù)的方式、陽極類型、通電點(diǎn)位置、接地材料等。

(2)對(duì)于儲(chǔ)罐底板外側(cè)的陰極保護(hù)，應(yīng)盡量采用罐底板網(wǎng)狀陽極的方式，可以減小電流的消耗，提高罐底板保護(hù)效果，減小對(duì)其它結(jié)構(gòu)的干擾。

(3)對(duì)于由于屏蔽作用而未能達(dá)到有效保護(hù)的位置，可以增加了犧牲陽極輔助保護(hù)減輕屏蔽效應(yīng)。

［1］W.V.貝克曼，W.施文克，W.普林茲.陰極保護(hù)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:196-198.

［2］王燕.某油庫區(qū)域陰極保護(hù)實(shí)踐［J］.腐蝕與防護(hù)，2011，32(7):562-563.

［3］吳萌順，曹備.陰極保護(hù)與陽極保護(hù)［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2007:183-184.

［4］胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999:255-257.

［5］杜艷霞，張國(guó)忠.輸油泵站區(qū)域性陰極保護(hù)實(shí)施中的問題［J］.腐蝕與防護(hù)，2006，17(8):417-421.