陽極分布對區域陰極保護效果的影響

謝信軍

（國家管網集團西部管道有限責任公司（新疆輸油氣分公司），新疆 烏魯木齊 830013）

0 引言

涂層和陰極保護聯合使用是當前埋地鋼質管道外腐蝕防護最為有效的方式[1,2]。隨著站場腐蝕危害日益嚴重，近年來區域陰極保護得到了迅猛發展，相關國家和行業標準的相繼制訂也將區域陰極保護逐步推上了強制實施的法制道路，并且實現了陰極保護和主體工程同時設計、同時施工、同時投產，取得了顯著的效果[3,4]。

與線路陰極保護的保護對象單一、防腐層質量較好、所需陰極保護電流較小不同，輸油氣站場內管網錯綜復雜，工藝管線、消防管線、排污管線、儲罐、接地網相互交叉鋪設，防腐層質量參差不齊，且埋地金屬設施間相互存在電連接，極易造成電流分布不均以及電流屏蔽，導致陰極保護效果不理想[5]。

對于中大型輸油氣站場，區域陰極保護一般采用強制電流陰極保護的方式，陽極地床的分布方式對陰極保護電流的分布以及保護效果影響較大。根據站場規模以及埋地金屬設施的分布，普遍使用的陽極地床形式包括遠陽極地床以及近陽極地床[4]。其中遠陽極地床一般采用深井陽極，陽極類型包括高硅鑄鐵陽極、貴金屬氧化物陽極等。近陽極地床一般采用分布式淺埋陽極，陽極類型包括高硅鑄鐵陽極、貴金屬氧化物陽極、線性陽極等[5-9]。

本文選擇西部地區某輸油站場，對其區域陰極保護效果進行評價，根據評價結果對存在陰極保護不達標的區域重新設計安裝陽極地床，隨后再次對陰極保護效果進行評價，探究陽極地床分布對陰極保護效果的影響。

1 站場陰極保護初始運行狀況

所選站場保護區域共分為成品油區、轉油泵區、加熱爐區、降凝劑區、換熱器區以及罐區六個功能區。原設計中，采用分布式淺埋陽極對站場埋地管道進行保護，使用高硅鑄鐵陽極共計288根，設置陰極保護回路4個，陰極保護電源使用4臺恒電位儀。在運維過程中，管理人員發現部分區域陰極保護電位不達標。區域陰極保護原設計如圖1所示。

圖1 陰極保護設計圖

鑒于部分區域陰極保護電位不達標，首先對原運行狀態下的陽極地床的運行狀況以及陰極保護效果進行檢測，檢測內容包括各回路陽極的接地電阻以及全站場的通電電位、斷電電位以及極化電位。陽極地床測量結果如表1所示，站場電位測試結果如圖2所示及圖3所示。

表1 陰極保護回路陽極地床狀況統計表

圖2 站場測試點通斷電位曲線

圖3 站場測試點電位極化值曲線

從表1可知，成品油區第二支路陽極電纜疑似存在斷纜，第四支路接地電阻偏大；罐區埋地管道第三支路以及第四支路陽極電纜疑似斷纜。

從圖2以及圖3可知，成品油區埋地管道電位測試共計測量21處，其中滿足陰極保護指標（斷電電位-0.85～-1.2V或100mV極化指標）[10]只有6處，保護率僅為28.6%；轉油泵區共計測量11個測試點，保護電位均不達標；加熱爐區共計測量11個測試點，保護電位均不達標；降凝劑區共計測量15個測試點，保護電位均不達標；換熱器區共計測量26個測試點，保護電位均不達標；罐區埋地管道共計測量5個測量點，其中電位達標4處，保護率為80%。綜上，該站場共計測量89處，其中電位達標共計10處，站場陰極保護保護為11.2%，區域陰極保護效果不理想。

2 原因分析

結合該站初始區域陰極保護設計圖以及現場檢測結果，分區域分析站場陰極保護效果不理想的原因，具體分析結果如下：

（1）成品油區的閥組區：經現場對陽極電纜檢測，該處陽極的第2以及第4回路電纜均存在斷纜，導致該區域陽極地床的部分陽極不能提供陰極保護電流，此外，該區域原有設計中分布式高硅鑄鐵陽極均在區域外圍布設，該區域地下管網密集，且存在大量的接地扁鐵，電流屏蔽效應顯著，以上兩點應是該區域陰極保護電位不達標的主要原因；

（2）轉油泵區：原有設計中，該區域并未設計安裝陽極，周邊區域陽極地床由于屏蔽效應，保護電流很難流入該區域，導致該區域埋地管線得不到有效保護；

（3）換熱器區、加熱爐區、降凝劑區：該三個區域原先設計中均在區域外圍布設了分布式淺埋陽極，但由于電流屏蔽，導致這三個區域內的埋地管道均得不到有效保護；

（4）罐區：罐區整體陰極保護效果良好，經檢測存在兩處陽極電纜斷纜，造成個別測試點的電位不達標。

3 整改措施

根據以上分析，提出以下整改措施：

（1）成品油區：陽極接線箱保護成品油閥組區、成品油泵棚區、轉油泵區，在成品油閥組區根據管道走向新安裝9支高硅鑄鐵陽極，連接至原有第4支路上，新安裝陽極重點埋設在被保護區域內部管道周圍，避免電流屏蔽；

（2）轉油泵區：新安裝9支高硅鑄鐵陽極連接到原第2支路上；

（3）換熱器區、加熱爐區、降凝劑區：換熱器區陽極接線箱保護換熱器區、加熱爐區、降凝劑區埋地管道，在換熱器區西側新安裝15支高硅鑄鐵陽極，并連接到第1支路上，更換原第一支路上原有高硅鑄鐵陽極4支，更換斷裂的陽極，修復斷纜陽極電纜；降凝劑區新安裝27支高硅鑄鐵陽極，更換原降凝劑區26支高硅鑄鐵陽極，更換斷裂的陽極，修復斷纜陽極電纜；加熱爐區新安裝10支高硅鑄鐵陽極，作為單獨1個支路引入陽極分線箱。換熱器區域陰保系統共更換原有高硅鑄鐵陽極30支，新安裝高硅鑄鐵陽極22支。新安裝陽極重點埋設在被保護區域內部管道周圍，避免電流屏蔽；

（4）罐區：修復罐區陽極電纜斷纜2處；

（5）所有新安裝淺埋高硅鑄鐵陽極上方均安裝陽極地床注水孔，便于后期對陽極地床澆水維護；

（6）區域陰極保護整改平面布置詳如圖4所示。

圖4 區域陰極保護整改平面布置

4 整改效果

整改施工完成后，重新對輸油站區域陰極保護效果進行評價，測量結果詳如圖5及圖6所示。

圖5 整改完成后站場陰極保護電位曲線

圖6 整改完成后站場測試點極化值曲線

從上圖可以看出：

站內89個測試點有13個測試點不滿足-0.85~-1.2V電位標準，但所有點 均滿足100mV極化標準；

通過改變陽極分布可有效降低電流屏蔽，保證所有埋地管道均達到有效保護。

5 結語

區域陰極保護陽極地床的分布對保護效果影響較大，由于存在電流屏蔽，通過在被保護區域周邊埋設分布式淺埋陽極的方式往往導致保護區域內部埋地管道得不到有效的保護。本文選擇某典型站場，通過對區域陰極保護效果的檢測分析，確定了站場陰極保護不均衡的主要原因，并制定了較為科學的陽極地床布設方案。整改完成后，站場電位均滿足了陰極保護電位準則要求，降低了站場埋地鋼質管道腐蝕風險。