徐友鵬 別 博 楊飛城 覃立帥

（1. 國家管網(wǎng)集團(tuán)廣東運(yùn)維中心廣東分公司，廣東 廣州 510710；2.長園長通新材料股份有限公司，廣東 深圳 518106）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，油氣管道遭受雜散電流干擾影響越來越嚴(yán)重，雜散電流干擾緩解與治理工作刻不容緩。新建強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站作為排流項(xiàng)目的主要防護(hù)手段，越來越多的被使用[1]。目前陰極保護(hù)站的輔助陽極地床主要有兩種形式：深井陽極地床、淺埋陽極地床[2]。

在進(jìn)行陰保站的方案設(shè)計(jì)過程中，土壤電阻率是選擇輔助陽極地床方式的一項(xiàng)重要指標(biāo)，會(huì)直接影響到輔助陽極地床的接地電阻[2]。在高土壤電阻率環(huán)境下的地床敷設(shè)方式的選擇尤為重要。

本文根據(jù)兩個(gè)高土壤電阻率環(huán)境下新建陰保站的工程案例，總結(jié)了兩種輔助陽極地床方式在使用中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

1 案例一：高阻環(huán)境下的深井陽極地床

地鐵直流干擾下的某條管道，為了應(yīng)對城市化發(fā)展帶來的更多雜散電流干擾，在受地鐵直流雜散電流干擾的嚴(yán)重管段新建陰保站進(jìn)行干擾緩解。

經(jīng)現(xiàn)場排查和測試，該段管道最合適的新增排流措施的點(diǎn)位于某#閥室，該閥室位于半山腰，周邊土壤電阻率測試結(jié)果大于300Ω.m，且經(jīng)過深層土壤電阻率測試（如表1所示），隨著測試深度的增加，土壤電阻率數(shù)值呈上漲的趨勢，經(jīng)過理論設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場探勘，輔助陽極地床原設(shè)計(jì)方案為深井陽極地床，擬打3口深井，單井深度為35m，各敷設(shè)6支MMO陽極。

表1 土壤電阻率測量

現(xiàn)場實(shí)際施工過程中，采取邊施工邊測試的原則，驗(yàn)收目標(biāo)值為陽極地床接地電阻值小于4Ω。第一口井鉆井施工至32m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻值測試結(jié)果為20Ω，嚴(yán)重超出理論計(jì)算值9.14Ω。第二口井鉆井施工至30m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻測試結(jié)果為23Ω，與第一口井并聯(lián)測試結(jié)果為15.7Ω，依然嚴(yán)重超出理論計(jì)算值。第三口井鉆井施工至34m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻值測試結(jié)果為18Ω，將三口井并聯(lián)測試陽極地床接地電阻值為11.6Ω，嚴(yán)重超出預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)現(xiàn)場測試與理論計(jì)算，繼續(xù)新增4口深井陽極地床，可將陽極地床總接地電阻降低至4Ω以下。

第四口井鉆井施工至32m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻值測試結(jié)果為18Ω，陽極地床總接地電阻9.8Ω；第五口井鉆井施工至33m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻值測試結(jié)果為16Ω，陽極地床總接地電阻8.6Ω；第六口井鉆井施工至30m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻值測試結(jié)果為18Ω，陽極地床總接地電阻7.6Ω；第七口井鉆井施工至28m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽極后接地電阻值測試結(jié)果為21Ω，陽極地床總接地電阻7.2Ω。根據(jù)后四口井安裝對陽極地床總接地電阻降低的效果趨勢，發(fā)現(xiàn)在增設(shè)第6口深井施工和第7口深井施工后，陽極總接地電阻降低值不明顯，不足1Ω，繼續(xù)增設(shè)深井陽極地床對整體陽極接地電阻降低沒有明顯效果。

經(jīng)過現(xiàn)場測試與評(píng)估，判定繼續(xù)增設(shè)深井陽極地床的方案不合理，決定增設(shè)淺埋陽極地床試驗(yàn)其有效性。在距離深井陽極地床約100m的地方增設(shè)30支預(yù)包裝高硅鑄鐵陽極，陽極間距為3m，埋設(shè)深度為3m。淺埋陽極地床施工完成后接地電阻測試結(jié)果為8.1Ω，與深井陽極地床并聯(lián)后總接地電阻3.8Ω，滿足項(xiàng)目驗(yàn)收要求。陽極地床接地電阻測試表如表2所示。

表2 陽極地床接地電阻測試

2 案例2：高阻環(huán)境下的淺埋陽極地床

在吸取案例1的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，第二次在高土壤電阻率環(huán)境下設(shè)計(jì)陰保站施工方案時(shí)，慣性思維認(rèn)定深井陽極地床效果欠佳且施工成本高，優(yōu)先考慮淺埋陽極地床的設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)土壤電阻率測試結(jié)果（如表3所示），深層土壤電阻率高于1000Ω.m，且隨著深度增加土壤電阻率有增大的趨勢，輔助陽極地床不適合采用深井陽極地床，計(jì)劃采用淺埋陽極地床模式進(jìn)行。

表3 土壤電阻率測量

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，輔助陽極地床計(jì)劃采用45支預(yù)包裝高硅鑄鐵陽極，水平敷設(shè)，陽極地床距離管道最小距離大于50m，陽極間距3m。50支高硅鑄鐵陽極分為5組，每組10支，分別通過陽極接線箱與陽極主電纜相連，陽極主電纜接入恒電位儀。

現(xiàn)場實(shí)際施工過程中，同樣采取邊施工邊測試的原則，驗(yàn)收目標(biāo)值為陽極地床接地電阻值小于4Ω。

第一組預(yù)包裝高硅鑄鐵陽極施工完成后陽極接地電阻測試結(jié)果為88Ω，嚴(yán)重超出理論計(jì)算值。臨時(shí)增加降阻措施，將預(yù)包裝高硅鑄鐵陽極敷設(shè)環(huán)境改變，用焦炭和降阻劑回填，充分澆水后陽極地床接地電阻降低至35Ω。繼續(xù)按照同樣方式完成剩余4組淺埋陽極地床安裝，陽極地床接地電阻測試結(jié)果如表4所示。

表4 陽極地床接地電阻測試

通過陽極地床接地電阻測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，同案例1一樣，后續(xù)增加的輔助陽極地床對降低總陽極地床接地電阻效果越來越差，與理論計(jì)算完全不一致。

結(jié)合案例1的施工經(jīng)驗(yàn)，嘗試采取深井陽極+淺埋陽極地床的綜合方案，在距離淺埋陽極地床50m左右的地方增設(shè)一組深井陽極地床，鉆井施工深度70m，安裝MMO陽極12支，陽極井接地電阻測試結(jié)果為5.8Ω，與淺埋陽極地床并聯(lián)后總接地電阻測試結(jié)果為3.2Ω，滿足項(xiàng)目驗(yàn)收要求。

3 案例經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)兩個(gè)現(xiàn)場施工案例，在高土壤電阻率環(huán)境下，輔助陽極地床的接地電阻理論計(jì)算值與實(shí)際值相差甚遠(yuǎn)，不適合作為方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。且根據(jù)土壤電阻率數(shù)值的不同，理論計(jì)算值與實(shí)際值之間的線性關(guān)系也不能確定，有待進(jìn)一步研究。

案例一設(shè)計(jì)初始階段優(yōu)先考慮深井陽極施工方案的本意是慣性思維認(rèn)定深井陽極施工的陽極接地電阻效果優(yōu)于淺埋陽極地床，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際情況驗(yàn)證，該結(jié)論并不成立。主要原因有二：（1）深井陽極地床施工過程中鉆井深度平均值為30m，不是最優(yōu)值，MMO陽極敷設(shè)環(huán)境不在最佳活性區(qū)；（2）受地理?xiàng)l件限制，7口深井陽極地床之間間距為5m，不是最優(yōu)值，陽極組間距不足造成降阻效果不明顯，與理論計(jì)算值偏差較大。

案例二設(shè)計(jì)初始階段錯(cuò)誤的借鑒了案例一的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，慣性思維認(rèn)定深層土壤電阻測試值越大越不適合深井陽極施工，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際情況驗(yàn)證，最經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)計(jì)方案是合理的深井陽極施工+淺埋陽極地床綜合形式。

4 結(jié)語

在進(jìn)行淺埋陽極地床施工時(shí)，若出現(xiàn)目標(biāo)作業(yè)坑深度土質(zhì)為巖層時(shí)，不適宜在巖層中安裝預(yù)包裝高硅鑄鐵陽極，即使充分采用焦炭和填包料進(jìn)行回填，降阻效果亦不會(huì)理想，建議采用半深井方式或深井方式盡量將陽極敷設(shè)至巖層以下。

不管是深井陽極地床，亦或是淺埋陽極地床，陽極接地電阻受土壤電阻率影響會(huì)存在一個(gè)極限值，不會(huì)遵循理論計(jì)算結(jié)果隨著陽極數(shù)量的增加而一直降低，要充分結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際確定最經(jīng)濟(jì)有效的驗(yàn)收目標(biāo)值，在能滿足管道陰極保護(hù)有效性的情況下，降本增效。