蔡德強 何橋松 劉 念 胡紹磊 馮治宇 陳彬源

1. 中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦, 四川 瀘州 646000;2. 中國石油西南油氣田公司, 四川 成都 610041;3. 中國石油天然氣股份有限公司西南管道昆明輸油氣分公司, 云南 昆明 650217;4. 中國石油工程建設有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

岳106井集氣站位于資陽市安岳縣石橋鋪鎮(zhèn)洪壩村2組,于2011年4月建站,場站設計壓力為6.4 MPa,設計集輸規(guī)模為30×104m3/d,目前主要集輸岳106井、岳101-53-X 2井、岳101-H 1井、岳101-5井組、岳137井、岳151井、岳142井、岳101-53-H 3井等氣井天然氣,是資陽市境內(nèi)重要的集氣站之一[1]。岳106井集氣站站內(nèi)主要埋地構(gòu)筑物為埋地管道和接地極,埋地管道主要有Φ 114.3埋地管道(材質(zhì)L 245,長度186 m)、Φ 88.9 埋地管道(材質(zhì)L 245,長度78 m)、Φ 60.3埋地管道(材質(zhì)L 245,長度126 m)等,其中Φ 114.3埋地管道采用3 PE加強級防腐,Φ 88.9埋地管道和Φ 60.3埋地管道均采用聚乙烯膠粘帶特加強級防腐。站內(nèi)埋地接地極為鍍鋅扁鋼,規(guī)格多為25 mm×3 mm。

區(qū)域陰極保護系統(tǒng)是保障站內(nèi)埋地管道、設備安全運行的重要措施。岳106井站在投產(chǎn)初期,未對站內(nèi)埋地管道實施區(qū)域陰極保護,岳106井站管道埋深(平均2 m)處的土壤電阻率在12～18 Ω·m之間,土壤腐蝕性等級為強,根據(jù)GB/T 35508-2017《場站內(nèi)區(qū)域陰極保護》的規(guī)定(土壤的腐蝕性評價為強腐蝕等級時,已建場站內(nèi)的埋地管道、設備及儲罐應限期補加陰極保護措施,并在運行期間始終保持)[2]決定在岳106井站內(nèi)增加一套區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對岳106井站內(nèi)埋地管道進行保護,以保障岳106井站埋地管道的安全運行,該套區(qū)域陰極保護系統(tǒng)主要由陽極地床、通電點、陰極保護設備等構(gòu)成。

1 陽極地床

1.1 陽極地床形式介紹

區(qū)域陰極保護系統(tǒng)常用的陽極地床形式有近陽極地床和遠陽極地床兩種形式,當被保護管道處于陽極地床的陽極電場范圍內(nèi)時,該類陽極地床為近陽極地床;被保護管道處于陽極地床的陽極電場范圍外時,該類陽極地床為遠陽極地床。近陽極地床保護的埋地管道范圍較小,而遠陽極地床保護的埋地管道范圍較大[3]。

近陽極地床常見的有沿管道同溝敷設的線性陽極[4],高硅鑄鐵陽極等形式,遠陽極地床常見的有深井陽極地床等形式。對于新建油氣場站,近陽極地床應用較為普遍,因為在管道埋設施工時,可在管道附近根據(jù)設計要求埋設線性陽極或其他陽極材料,施工安裝較為方便,施工質(zhì)量容易控制,保護效果也較好[5]。

岳106井站為已建站場,站場處于運行生產(chǎn)狀態(tài),如采用近陽極地床形式,則必須將站內(nèi)所有埋地管道開挖出來,然后在管道附近敷設陽極材料,但經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),岳106井站內(nèi)有很多設備基墩,工藝裝置區(qū)內(nèi)管道設備密集,同時各種埋地管道交錯分布,異常復雜,因此如果岳106井站采用近陽極地床形式對埋地管道進行保護,開挖過程中存在很大的安全隱患,同時埋地管道被開挖出來以后處于露空狀態(tài)進行生產(chǎn)運行,管道的受力狀態(tài)可能發(fā)生變化,也存在很大的安全風險,不利于區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的施工。所以岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)不適宜采用近陽極地床形式,最后確定采用遠陽極地床形式的深井陽極作為岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的陽極地床[6]。

1.2 陽極地床的現(xiàn)場實施

1.2.1 陽極地床的數(shù)量

采用深井陽極地床對站內(nèi)埋地管道實施陰極保護時,部分埋地管道容易受到屏蔽,影響保護效果[6],為防止此類現(xiàn)象的發(fā)生,岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)在實施時,首先確定應盡量在站內(nèi)多布置幾口深井陽極,增加電流的分散性,盡量保證埋地管道四周均有深井陽極地床,防止屏蔽現(xiàn)象的發(fā)生[7]。

在岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)實施時,根據(jù)岳106井站站內(nèi)設施布置圖和現(xiàn)場勘測,確認了站內(nèi)埋地管道的位置、埋地管道的管徑、長度以及站內(nèi)接地設施的材質(zhì)、數(shù)量和位置,同時對站內(nèi)擬選陽極地床的位置依據(jù)GB/T 21246-2016 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法》規(guī)定的方法進行了深層土壤電阻率測試,測試深度30 m和60 m,詳細測試結(jié)果見表1。

表1 岳106井站深層土壤電阻率測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

測試點編號測試深度/m土壤電阻率/(Ω·m)1#陽極地床3032.51#陽極地床6026.22#陽極地床3033.82#陽極地床6025.53#陽極地床3032.03#陽極地床6025.24#陽極地床3033.34#陽極地床6026.0

根據(jù)GB/T 35508-2017《場站內(nèi)區(qū)域性陰極保護》的規(guī)定需對區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的電流需求量進行計算[8],再根據(jù)區(qū)域陰極保護系統(tǒng)電流需求計算結(jié)果和岳106井站的土壤電阻率計算結(jié)果確定岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的陽極體需求數(shù)量,最后根據(jù)陽極體需求數(shù)量確定陽極地床的數(shù)量。經(jīng)計算確定岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的深井陽極地床數(shù)量為4座,這樣一方面能保證陽極地床的接地電阻滿足要求,另一方面又保證站內(nèi)所有埋地設施不易受到屏蔽影響[9],都能得到足夠的陰極保護電流,保證區(qū)域陰極保護的有效性。同時使每座陽極地床的輸出電流最小,減小對站外埋地管道的陽極干擾影響[10]。

1.2.2 陽極地床的位置

作為區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的深井陽極地床距離外部管線較近且輸出電流較大時,易對站外埋地管道形成陽極干擾[11],在實施過程中應采取措施在保證站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)有效性的同時減少深井陽極地床對站外埋地管道的陽極干擾影響。當深井陽極與站外埋地管道距離大于50 m,且輸出電流較小時,可忽略其對站外埋地管道的陽極干擾影響[12]。因此深井陽極地床的位置選擇非常重要,在岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)進行陽極地床的位置選擇時,首先采用PCM探管儀對站外埋地線路管道的位置進行標識,了解可能受到影響的站外埋地管道,在下一步選擇深井陽極地床位置時,保證陽極地床的位置遠離站外埋地管道,同時根據(jù)岳106井站站內(nèi)設施布置圖和現(xiàn)場勘測。確認站內(nèi)埋地管道、電纜、光纜、接地體等埋地設施的位置,保證選擇的深井陽極位置均避開上述埋地設施或構(gòu)筑物,防止深井陽極鉆井施工時損壞上述埋地設施,影響站場的生產(chǎn)運行。為防止竣工圖紙與現(xiàn)場情況不一致的情況發(fā)生,在岳106井站深井陽極施工時,首先采用PCM進行探測,然后采用人工鉆探的方式,鉆探至地下10 m深,保證地下沒有任何埋地管道、電纜、光纜后再采用機械鉆機進行深井陽極鉆井施工[13]。在最后確認深井陽極位置前還應根據(jù)深井陽極地床的深度、站場位置的土壤電阻率計算陽極地床的接地電阻,確認深井陽極地床接地電阻符合要求,同時保證所選位置處安裝的深井陽極輸出的電流能對站內(nèi)所有埋地管道進行保護,而又不會對站外埋地管道形成陽極干擾。最后確定的岳106井站陽極地床位置見圖1。

圖1 陽極地床布置圖

2 通電點的布置

通電點是區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的重要組成部分,通電點通常由長效硫酸銅參比電極、通電電纜與管道的連接等構(gòu)成[14]。通電點的位置設置不當,將會影響區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的保護效果,所以通電點的位置選擇非常重要。

通電點在進行位置選擇時,首先應考慮該通電點的保護范圍,并確定保護范圍內(nèi)管道與對應的陽極地床之間的電流通道不會被屏蔽,保證陰極保護電流能均勻分布在被保護的埋地管道上；其次還要考慮通電點位置與附近接地體的距離,兩者距離越遠越好；最后還應考慮通電點附近埋設的長效硫酸銅參比電極容不容易失效[15],是否方便日常管理和更換等。根據(jù)岳106井站站內(nèi)埋地管道設施布置情況,結(jié)合陽極地床設置位置,最后確定岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)設置通電點4個,保證站內(nèi)埋地管道都能得到充足的陰極保護電流,同時在通電點附近安裝長效硫酸銅參比電極的正上方設置檢查井,方便日常運行維護管理過程中測試埋設的長效硫酸銅參比電極是否失效,一旦失效,也方便更換。

3 陰極保護設備選擇

站場區(qū)域陰極保護設備通常包括陰極保護電源設備、測試箱、接線箱等。岳106井站為改造站場,受站內(nèi)建筑物空間限制,上述設備只能放置在室外,所以上述設備都選用室外型設備,防護等級必須達到IP 55以上[16]。為防止陰極保護電源設備、各測試箱和接線箱在站場內(nèi)零星分布影響站場美觀,應集中布置,方便區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的日常管理和維護,同時由于陰極保護電源設備、測試箱、接線箱三者之間電纜接線復雜,為減少陰極保護設施之間電纜溝開挖工程量,保證電纜連接質(zhì)量,可采用陰極保護成套橇裝設備[14],該設備在工廠制造并完成所有設備之間的接線工作,既能保證施工接線質(zhì)量,又能大大減少現(xiàn)場施工工程量,其外觀也更加整潔、美觀,日常管理維護更簡單,同時還具有運輸方便,可重復使用的特點,因此針對站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng),采用陰極保護成套橇裝設備對區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的日常正常運行和維護管理具有十分重要的意義[17]。

陰極保護電源設備是區(qū)域陰極保護系統(tǒng)中最關鍵的一個設備,因此其選擇十分重要。陰極保護電源設備通常有恒電位儀型和整流器型兩種。恒電位儀設備通常能通過自動調(diào)節(jié)自身的輸出電流大小,來保證被保護埋地管道設備始終處于保護電位范圍內(nèi)(-0.85～-1.2 V,相對于Cu/CuSO4參比電極)[18],因此通常選用恒電位儀作為區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的電源設備。為方便調(diào)節(jié)每個通電點的保護電位,保證埋地管道處于保護范圍內(nèi),陰極保護電源設備應具備對每個通電點進行單獨調(diào)節(jié)的能力,因此陰極保護電源設備應選擇具有多路輸出功能且每路獨立可調(diào)的陰極保護電源設備。岳106井站由于設置有4個通電點,因此選擇了具有5路輸出(其中一路為備用)且每路輸出均可獨立調(diào)節(jié)的恒電位儀作為陰極保護電源設備[19]。

4 投運與測試

岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)建成后,選取了站內(nèi)遠離通電點和可能存在電流屏蔽的部位進行了電位測試,經(jīng)測試各部位的管地電位均處于-0.85～-1.2 V(相對于 Cu/CuSO4參比電極)[20],完全符合GB/T 35508-2017《場站內(nèi)區(qū)域陰極保護》相關規(guī)定,測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 岳106井站區(qū)域陰極保護系統(tǒng)管道電位測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

測試點編號測試數(shù)值/V測試點位置1#-1.036工藝裝置區(qū)邊緣2#-1.015工藝裝置區(qū)邊緣3#-0.925工藝裝置區(qū)邊緣4#-0.955工藝裝置區(qū)中心5#-1.011工藝裝置區(qū)中心6#-1.043工藝裝置區(qū)中心

5 結(jié)論

已建站場增加區(qū)域陰極保護系統(tǒng)時,陽極地床的選擇非常重要,選擇深井陽極地床方式,并確定好正確的位置,首先能大大減少現(xiàn)場開挖工程量,也能避免對站外埋地構(gòu)筑物的干擾,同時還能發(fā)揮非常好的效果。區(qū)域陰極保護系統(tǒng)中通電點的設置,一定要根據(jù)站內(nèi)埋地管道的分布情況進行選擇,保證電流能均勻分布在埋地管道上,同時防止屏蔽現(xiàn)象的發(fā)生。通電點附近安裝的長效硫酸銅參比電極的正上方可設置檢查井,方便檢查參比電極是否失效,參比電極一旦失效,也方便更換。對于站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)用設備可選用陰極保護成套橇裝設備,該設備將陰極保護電源設備、各類測試箱和接線箱集成在橇座上,具有美觀大方、可重復使用、運輸方便的特點,選用橇裝設備既能保證施工質(zhì)量,減少現(xiàn)場施工工程量,又方便區(qū)域陰極保護系統(tǒng)今后的日常維護管理。