输油站场区域阴极保护

赵常英

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘062552）

输油站场区域阴极保护

赵常英

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘062552）

站场的区域阴极保护由于被保护体多、分布复杂、电流需求量大、边界条件复杂，其设计和实施存在较大难度。文章介绍了达坂城中间热泵站区域阴极保护的设计思路、方式选择和实施过程，并对实施后的阴极保护系统参数进行了现场测试。测试结果表明，对于已建采用接地模块作为接地的站场，接地模块虽然泄漏一定量的阴极保护电流，但可以通过增加阳极系统的数量进行抵消，不必进行拆除。此外，采用边设计、边施工、边测量、边调整的做法，既可以有效控制工程费用，又可达到很好的保护效果。

输油站场；区域阴极保护；接地模块

0 引言

对于输油站场，采用阴极保护对站内管道和埋地钢结构进行保护未列入国家强制标准，因此采用阴极保护系统的实例较少。近年来，各输油气站场配管系统腐蚀的事例不断出现，且站内设备接地以及管道品类较多，站内腐蚀泄漏的危害远比干线高。虽然站内埋地管道有防腐涂层保护，但防腐涂层不可避免地会存在缺陷，从而导致腐蚀泄漏事故的发生。国家某重点工程建成4年后，相关单位对该工程部分站场的防腐状况进行了调查，调查结果表明：被调查站场中，没有一个站场的埋地管道外防腐层完全有效，其中70%站场的埋地管道外防腐层失效，需尽快进行全面大修，另外30%站场的埋地管道外防腐层虽短期有效，但也应制订外防腐层中远期维修或大修计划，并逐步实施。由此可见，仅靠涂层无法满足埋地管道的防腐要求。越来越多的看法认为，对站内埋地管道采取阴极保护是十分必要的。

在2008年，经过业主和设计方共同探讨后，决定对达坂城中间热泵站站场内的埋地管网进行阴极保护。站场原采用了垂直接地模块（ZGD-I-3型Φ 260 mm×1 000 mm），由于接地模块主要材料是碳粉，从理论上来说，虽然排流能力较强，但会使部分阴极保护电流从接地极流入大地，从而可能造成阴极保护系统失效。

本文介绍达坂城中间热泵站区域阴极保护系统的设计方法，以及如何解决接地模块可能存在的漏流失效问题的设计思路。在系统运行后，进行了现场检测，并根据检测结果确定了站场的最终阴极保护方案。

1 达坂城站场基础资料及阴极保护设计

1.1 基础资料及概况

达坂城中间热泵站于2007年3月动工，同年8月投产，该站建于山坡上，占地面积19 930 m2，站内有加热炉区、阀组区和油罐区，并设有SCADA系统。站内土壤电阻率约为150 Ω·m，地下水位深度约为20 m。

该站的主要保护对象是站内阀组区及加热炉区的工艺、热力、消防等埋地管网，由于此范围内的接地无法与管网断开，故也列入保护范围内。而变电区内由于没有埋地管网，所以不在保护范围内。目前变电站尚未建设，为了防止变电区接地对阴极保护电流的泄漏，将变电区接地与场区内的接地断开，并各自设有独立的接地网。达坂城站内埋地管网及罐底表面积900 m2，接地体镀锌扁钢表面积317 m2，接地模块120根。

1.2 接地模块对阴极保护的影响及处理思路

场区内的垂直接地采用接地模块（ZGD-I-3型Φ260 mm×1 000 mm），接地模块主要材料是碳粉，钢铁的自然电位约为-0.5 V（SHE），而碳的自然电位约为0.02～0.3 V（SHE），从理论上说，接地模块消耗的阴极保护电流要比钢铁大得多。由于站内的接地模块已经埋地，如果全部进行更换，需要大量的土方开挖，开挖后恢复原貌，不仅工程量大，而且影响站场的规格化管理。因此，在无法确定接地模块具体电流泄漏量的前提下，暂不拆除接地模块。区域阴极保护系统投运后，对阴极保护系统的效果进行检测，如果系统能够满足设计要求，则不再更换接地模块。如果接地模块消耗的保护电流很大，采用大功率的恒电位仪尚无法保证区域阴极保护的需求，则需对接地模块系统进行改造。

1.3 区域阴极保护方式选择

区域阴极保护技术的发展落后于长输管道阴极保护技术。长输管道的阴极保护有较为成熟的计算公式，而区域保护被保护体多、分布复杂、电流需求量大、边界条件复杂，电位与电流密度呈非线性关系，目前国际上尚无较有效的计算公式及计算软件。

目前国内外区域阴极保护大部分采用外加电流方式，主要是考虑站内接地系统较多，又无法与被保护体断开，对阴极保护电流的需要量很大。而牺牲阳极系统驱动电压差小，输出电流量较少，且不适用于达坂城站这样的高土壤电阻率地区（土壤电阻率高达150 Ω·m），因此最终选用了外加电流阴极保护的方式。

区域阴极保护中，有85%的电流用在保护混凝土中的钢筋及防雷防静电接地，仅有15%的电流是用于保护埋地管道。因此，阳极地床的选择及分布至关重要。区域阴极保护中外加电流的辅助阳极有深井阳极、浅埋阳极及柔性阳极，三种辅助阳极各有其特点及应用环境。

深井阳极地床适用于地表土壤电阻率高的环境，其占地面积小，电流分布范围广且均匀（见图1）。

浅埋阳极适用于土壤电阻率低的环境，其占地面积大，保护电流分布范围小（见图2），易造成电流分布不均匀及屏蔽现象。

图2 浅埋阳极应用示意

柔性阳极与管道平行敷设，输出电流均匀，避免了过保护和保护不足的问题，不受土壤电阻率大小的影响（见图3），但造价高，一般只在关键地方且土壤电阻率极高的部分区域使用。

图3 柔性阳极敷设应用示意

通过经济、技术方面的综合对比，达坂城中间热泵站区域阴极保护原设计中外加电流的辅助阳极采用深井阳极与浅埋阳极相结合的阳极地床方式。先通过现场做馈电试验初步确定电流量，在适当地方施工深井阳极，然后边施工边调试，如果确认保护效果不能达到设计要求，可以在保护欠缺处辅以浅埋地床。

1.4 区域阴极保护施工

达坂城中间加热站站外有2条管道（1条原油管道及1条成品油管道），2条管道同沟敷设，该站是对原油进行加热的换热站，成品油管道只在该站设置了截断阀，所以原油管道进出站均安装了绝缘接头，而成品油管道没有安装绝缘接头。深井阳极位置选择时充分考虑了对站外系统的干扰问题，尽量远离纵穿站场的成品油管道。

由于现场不具备做馈电试验的条件，故施工时调整了方案，采用边施工边调试的做法。供电设备选用2台50A/50V的恒电位仪，每台设备均具备断电测试功能。首先在加热炉区打1口阳极井，井深为60 m，井内安装预包装金属氧化物阳极（MMO），在站场内均匀分布10个测试点。阴极保护投运前测试自然电位，并根据测量结果对阴极保护系统和接地系统进行调整，必要时，可以安装第2口阳极井。如果2口阳极井仍然不能达到设计要求，则考虑对接地系统进行改造。

2 站场阴极保护系统投运及调整

2.1 第1口深井阳极投用后的系统运行状况

在第1口深井的阴极保护系统投运后，测试通电电位，测试结果见图4。

图4 第1口阳极井投运后站场内各测试点的保护电位

由图4可见，当仅施工1口深井时，有8处测试点的保护电位未达到设计要求（≤-0.85 V即满足设计要求，相对于铜/硫酸铜参比电极）。经分析，认为有相当部分的保护电流从接地极漏走，但仍有2点的保护效果达到设计要求，且部分测量点保护电位有负移的倾向。因此，决定再安装第2口深井阳极系统，加大对管道的保护。

2.2 第2口深井阳极投用后的系统运行状况

在施工了第2口阳极井后，立即对系统的保护电位进行了测量。测量结果见图5。

从图5可见，当施工2口深井时，保护电位全部达到了设计要求。2周后，即一般认为管道达到完全极化后，对测试点进行通—断电测试，测量系统的断电电位。测试结果见图6。此时，1#恒电位仪的输出电流为7.9 A，输出电压为41.2 V，保护电位为-1.11 V。2#恒电位仪的输出电流为8.7 A，输出电压为45.1 V，保护电位为1.19 V。

图6 极化后的各测试点保护电位通断电测试结果

从测量的结果可以看出，10个测试点的通电及断电电位均满足保护要求。从测量结果也可以推断出，接地系统的漏流在可控制范围之内，阴极保护系统运行良好，因此，不必对接地系统进行改造。

3 结论及建议

根据达坂城中间加热站区域阴极保护工程的设计、调整及运行情况，可以得出以下结论：

（1） 对于保护对象复杂的站场埋地管网区域性阴极保护系统，采用边设计、边施工、边测量、边调整的做法，既可以有效地控制工程费用，又可达到很好的保护效果。

（2） 增加深井阳极，可以抵消接地模块对阴极保护系统的影响，每个接地模块泄漏电流的情况需要通过测试来确定。

（3） 通过工程的实际运行可以看出，本工程的设计思路可供同类工程参考借鉴。

[1] SYJ 4006-1990，长输管道阴极保护工程施工及验收规范[S].

[2] GB/T 21447-2008，钢质管道外腐蚀控制规范[S].

[3] GB/T 21448-2008，埋地钢质管道阴极保护技术规范[S].

[4] GB/T 21246-2007，埋地钢质管道阴极保护参数测量方法[S].

Abstract:The design and implementation of cathodic protection in oil gathering station zone are difficult because many devices and equipment need to be protected and their allocation is complex,current required is strong and boundary conditions are complicated.In this paper,the design thoughts,mode selection and implementation procedure of cathodic protection for the intermediate heat pumping station zone in Daban City are described.The field detection of the cathodic protection parameters is carried out,which indicates that for the station already using grounding module,a certain amount of cathodic protection current may leak out from the grounding module,but it can be compensated by increasing the quantity of anode system without needing dismantlement of grounding module.Besides,adopting the associated working method of design,construction,measuring and adjustment is able to not only control engineering costs,but also obtain good protection effects.

Key words:oil gathering station;local cathodic protection;grounding module

（48）Cathodic Protection Applied for Oil Gathering Station Zone

ZHAO Chang-ying（Huabei Branch of CNPC Engineering Design Co.,Ltd.,Renqiu 062552，China）

TE988 U177.1

B

1001－2206（2010）05－0048－03

赵常英（1968-），女，河北迁西人，高级工程师，1989年毕业于西南石油学院，从事石油石化行业储罐、管道、站场的防腐蚀设计工作。

2010-01-18；

2010-07-14