區域陰極保護技術在大港某油氣輸送站的應用

張 煜，尹黨強，李 雪

1中國石油管道局工程有限公司國際事業部，河北 廊坊

2中國石油天然氣管道局工程有限公司天津濱海分公司，天津

1.引言

傳統區域陰極保護技術選擇陽極位置、數量等設計參數時往往依靠經驗性估算。由于缺乏理論指導，導致陽極布置不夠合理，引起管道和設備欠保護或過保護。因此，對于地下金屬結構復雜、干擾和屏蔽現象嚴重的站場，傳統的陰極保護技術難以滿足要求。筆者以大港油田某聯合站為例，結合新開發的優化設計軟件，對該站場進行了區域陰極保護優化設計。

2.區域陰極保護技術特點

典型的站場區域陰極保護具有如下特點：

1)接地系統消耗陰極保護電流高。區域陰極保護的對象為埋地管網，但與埋地管線連接的接地網無法進行電絕緣，接地網消耗了大量電流。

2)干擾屏蔽問題嚴重。站內金屬結構存在電連續性，尤其是年代久遠的站場，已廢棄管線仍與在用設施連接，地下金屬結構錯綜復雜，干擾和屏蔽問題突出。

3)需考慮調試整改。陰極保護回路復雜多變，要達到理想的保護和最大限度地降低對非本保護系統的干擾，施工和調試階段的設計調整是必不可少的[1]。

3.陽極地床比選

陽極地床設計是整個區域陰極保護中的重要環節，目前陽極地床有3種方式：深井陽極、淺埋陽極和線性陽極。

深井陽極地床安裝在地表以下15~150 m范圍內，其接地電阻受季節和水位變化影響小，施工作業面小，輸出電流大，保護范圍大。深井陽極地床傾向于把保護對象整體極化[2]，但對鄰近的其他金屬構筑物的干擾程度不易精準控制，不能保證打井一次成功。

淺埋陽極地床采用淺埋立式或水平式敷設，可根據工程需要埋設在構筑物周圍，在特定局部區域可提供大電流，可能對鄰近的其他金屬構筑物產生干擾，受土壤電阻率影響大。

線性陽極地床沿管道敷設，保護電流分布定向且均勻，在陽極與被保護體之間能夠形成很好的回路[3]，能有效解決復雜管網區域內屏蔽，對線路管道及陰極保護系統干擾小。但費用較高，敷設中與管道、接地網等縱橫交叉，容易發生短路，需與管道同時施工。

經過對比分析，該聯合站陽極地床采用深井陽極地床、淺埋陽極地床或二者組合的方式。

4.軟件模擬計算

4.1.聯合站陰極保護數值模擬類型

在聯合站的1#、2#、3#位置布置3口30 m深的陽極井，同時補充4組淺埋陽極地床，聯合站的管網及陽極地床分布如圖1所示。根據圖1建立了區域陰極保護數值模擬三維模型(見圖2(a))，并進行了邊界元網格劃分(見圖2(b))。

Figure 1.The distribution diagram of pipe network in a joint station圖1.聯合站管網分布圖

Figure 2.Three-dimensional calculation model and the distribution of model grid in the joint station圖2.聯合站三維計算模型及模型網格分布

4.2.聯合站陰極保護數值模擬計算結果

經模擬計算整個站場內埋地管網、儲罐及接地網基本均處于保護范圍內，每個地床的模擬計算輸出電流如表1所示。

Table 1.The calculated output current value of each anode groundbed表1.各個陽極地床計算輸出電流值

4.3.現場數據反饋

陰極保護系統施工完成后，經調試其效果達到了設計指標[4]，現場恒電位儀輸出電流如表2所示。

Table 2.The actual output current value of each channel of the potentiostat表2.恒電位儀各路實際輸出電流值

5.結語

區域陰極保護優化設計軟件將先進的計算機數值模擬技術應用于設計中，陰極保護系統投產運行后，通過現場實地測試，被保護的埋地管線及儲罐電位均達到設計標準，滿足了工程要求。該設計技術對同類工程項目具有借鑒意義。