柔性阳极在玉门原油储备库区域阴极保护中的应用

贾光猛，赵常英，秦海燕，付立欣

（中国石油工程设计有限公司华北分公司，河北任丘 062552）

柔性阳极在玉门原油储备库区域阴极保护中的应用

贾光猛，赵常英，秦海燕，付立欣

（中国石油工程设计有限公司华北分公司，河北任丘 062552）

玉门油田原油储备库在区域阴极保护设计中首次采用柔性阳极，由于该技术是近两年新引进的，因此在柔性阳极的布置、汇流点的设置、恒电位仪输出等方面存在一些尚待解决的问题，文章结合原油储备库区的现场监测工作，分析了检测结果并提出了改进建议。

柔性阳极；区域阴极保护；保护电位

0 引言

玉门油田原油储备库位于甘肃省玉门市赤金镇清泉乡西侧约3 km处，紧邻西部原油管道玉门原油中间分输泵站，建设规模20万m3，储存西部原油管道输送的原油，工程总投资为2.5亿元。新区地上不保温管道及设备采用丙烯酸聚氨酯防腐；地上保温管道及设备采用无溶剂环氧防腐；埋地不保温管道采用聚乙烯防腐胶带特加强级防腐；埋地保温管道采用无溶剂环氧防腐。

阴极保护技术一般分为牺牲阳极阴极保护系统和强制电流 （外加电流）阴极保护系统。其中，强制电流阴极保护系统由恒电位仪、辅助阳极、阳极接线箱、阴极接线箱、长效参比电极、电缆等组成，辅助阳极是整个阴极保护系统的核心部件，它已由最初单纯的废钢或铸铁阳极发展到长寿命的高硅铸铁阳极、石墨阳极、金属氧化物阳极以及近些年才出现的具有优异输出电流特性的柔性阳极。玉门油田原油储备库工程采用以柔性阳极为基础的强制电流阴极保护系统。

柔性阳极是一种线型的、柔韧的绕线式碳基阳极系统，该系统安装在管道、油罐或其他被保护结构附近，并连接到外接电源的正极上，而油罐、管道等被保护体则连接到外接电源的负极上，这样就形成一个回路。通电后，适量的阴极防护电流（CP）就可以通过导线均匀地分散到每一个部位，使被保护体得到完整的保护。

1 区域阴极保护设计

1.1 前期调研

土壤电阻率综合反映了土壤理化性质，是判断埋地管道腐蚀与防护技术状态必不可少的重要指标，土壤电阻率和土壤腐蚀性呈反相关系，与土壤的质地、松紧程度、有机质含量、土壤温度、含水量、含盐量等有密切关系。通过ZC-8接地电阻测试仪测试，库区土壤电阻率基本处于28～35 Ω·m，属于中等腐蚀。

土壤的pH值是土壤的酸碱度的体现，土壤中氢离子的活度和总含量首先会影响金属的电极电位。在强酸性的土壤中，它通过H+的去极化过程直接影响阴极极化。在氧的阴极去极化占主导的一般土壤中，土壤的酸度是通过OH-而影响阴极极化的。库区土壤酸碱度为7.5，为中性土壤。

1.2 设计计算

1.2.1 总保护电流的确定

式中I——管道所需总保护电流/A；

S——管道总面积/m2；

JS——管道所需最小保护电流密度/（A/m2）。

1.2.2 所需柔性阳极的长度

式中Lf——所需柔性阳极长度/m；

I0——最大输出线电流密度/（A/m）。

1.2.3 确定从阳极接线点算起的阳极最大长度

利用埋地管道的阳极设计曲线，同时根据柔性阳极的线电流密度，查出未加修正的阳极长度Lf；然后根据土壤电阻率及土壤电阻率修正系数表，确定每年度土壤电阻率的最小值ρ，从而得出修正系数F。

由Lmax=L×F，最终确定最大阳极长度。L为被保护管道长度，Lmax为确保均匀电流输出的从阳极接线点算起的阳极最大长度。

设计时应特别注意，Lmax一定要大于被保护管道长度L，否则，会产生部分管道欠保护的现象，如保护范围内被保护管道多条并行，则L为单根管道长度。

1.2.4 确定阳极接线点位置

柔性阳极平行敷设在被保护管道长度L内。如果管道长度L短于最大阳极长度Lmax，则只需要一个阳极接线点，如果管道长度超过最大阳极长度Lmax，就需要增加阳极接线点，根据阳极接线点位置，从而确定阳极接线箱的位置。

阳极接线位置可以为阳极的一端，也可以为阳极的另一端，还可以是阳极中间的某个位置，利用柔性阳极特有的接头或端部密封件，可以灵活应用。

1.2.5 确定恒电位仪或整流器设备规格

设备输出电压：U=I×R+U1回路电阻：R=R1+R2+R3

式中I——管道所需总保护电流/A；

U1——柔性阳极的反电动势/V；

R1——管/地电阻/Ω；

R2——阳极/地电阻/Ω，占总回路电阻的60%～80%；

R3——导线电阻/Ω。

1.3 阴极保护方案

玉门油田原油储备库区域阴极保护系统由恒电位仪、柔性阳极地床、阳极接线箱、阴极接线箱、长效参比电极、电缆等组成。

（1）在阴极保护间内安装2路远控恒电位仪一体机1台 （30 A/50 V），该机具有2路阴极电流输出功能，每路还有手动调节、 “通断电”测试（通12s、断3s）的运行模式；仪器提供RS485接口（ModBus协议），可实现数据远传、设备远控的功能；具有过流保护、防雷保护、抗交流干扰功能；具有显示输出电流、输出电压及保护电位等功能。

（2）在老区和新区范围内分别设置一个阳极接线点和阴极汇流点，接线点和汇流点处分别设置1个接线箱。接线箱应采用标准电阻和可调电阻，便于调整各路阳极电流输出，以实现埋地管道阴极保护电位的精确控制。

（3）本工程设2个阴极汇流点，用于恒电位仪所需阴极保护电位信号反馈，汇流点处参比电极的上方安装一个地漏 （带管帽），以方便运行维护中定期灌水，保持长效硫酸铜参比电极处于湿润的土壤环境中。

1.4 柔性阳极敷设及安装

（1）柔性阳极地床宜与管道同沟敷设，与管道外壁间距宜不小于500 mm，最小为300 mm。

（2）阳极回填土应过筛，不得夹杂砖瓦、金属等硬物，以免损坏阳极。

（3）当柔性阳极与站场内埋地管道、接地极、电缆及其他埋地构筑物交叉时，应保证两者间距不小于300 mm，并在交叉处加防护网罩，以免因沉降使两者相碰。

（4）柔性阳极相互交叉时，应保证两者间距不小于200 mm，并在交叉处两侧各200 mm范围内的柔性阳极上采用绝缘胶带进行绝缘隔离。

（5）柔性阳极穿过道路及防火堤时，应穿塑料管或适当深埋。

（6）关于柔性阳极对接接头、三通、终端封堵、与电缆连接等的施工技术要求详见厂家提供的说明书。

2 区域阴极保护电位检测及检测结果

为了解柔性阳极应用效果，本工程对玉门油田原油储备库进行了区域阴极保护检测。

本次电位检测采用英国DCVG公司生产的CIPS密间隔电位测量仪，密间隔电位测量 （见图1）是在有阴极保护系统的管道上通过测量管道的管地电位沿管道的变化，来分析判断阴极保护是否有效。密间隔电位测量是一种瞬间断电法，它能够消除IR降，让保护电位的测量更接近真实值。阴极保护电流加载到管道上时，通过管道、防腐层、土壤构成回路。在回路中加入中断器定时中断阴极保护电流，这样就可以通过GPS同步测量通电电位和断电电位。

图2、3为典型的老区成品油管道、阀组区周围消防管道和新区供水管道不同点的断电保护电位分布。

3 结果分析及建议

（1）从老场区的管道阴极保护检测数据来看，部分管段的阴极保护电位没有达到要求，主要原因：一是防腐层老化，存在破损，造成管道极化效果不好，电位无法达到保护程度；二是接地极未采用锌包钢，导致阴极保护电流大量流失。由此可见，柔性阳极区域阴极保护在保护防腐层比较差的管道、接地极为裸钢时没有达到预期的效果，建议适当提高恒电位仪的输出电流，提高管道保护电位，使全线电位能够达到保护，又不至于局部过保护。

（2）从新场区的管道阴极保护检测数据来看，管道的阴极保护电位基本上都达到-0.85V以上的保护水平，少数管段整体电位没达到保护要求，这是由于恒电位仪的控制保护电位过低，输出电流小造成的。适当调整控制电位，增加恒电位仪的输出电流后，管道的阴极保护电位基本上都达到保护标准。

（3）对新区4个储罐进行了阴极保护检测，每个储罐有4个测试桩，其中1个测试桩埋设的是长效锌参比电极，检测发现4个储罐16个测试桩中有3个锌参比电极和1个硫酸铜参比电极电位不够。因为每个储罐至少有3个点的电位能够达到保护，而且断电电位都达到了保护，因而，可能是由于施工原因造成的长效参比电极失效，建议对以上3个锌参比测试桩和1个硫酸铜参比测试桩进行调查，找出失效的原因。

（4）从土壤电阻率检测结果来看，土壤腐蚀性为一般，土壤酸碱度为中性。不属于高土壤电阻率，根据规范，保护电位要达到-0.85 V才可以有效地保护管道。

[1]GB/T 21448-2008，埋地管道阴极保护技术规范[S].

[2]胡士信．阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版社，1999.

[3]Gibson W F.Conductive Polymeric Cable System[A].The NACE Annual Conference and Corrosion Show[C].Nashville：NACE，1992.No.381，1-12.

Application of Anodeflex in Regional Cathodic Protection at Yumen Crude Oil Reserve Depot

JIA Guang-meng（China Petroleum Engineering Huabei Company， Renqiu 062552,China），ZHAO Cheng-ying，QIN Hai-yan，et al.

Anodeflex is adopted in the regional cathodic protection design at Yumen Oilfield crude oil reserve depot for the first time.Because the anodeflex technique has been introduced only for two years,there are some problems in anodeflex allocation,bus point setting up and potentiostat output.In this paper,such problems are discussed for better use of anodeflex.

anodeflex;regional cathodic protection;protection potential

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.015

贾光猛 （1984-），男，山东德州人，助理工程师，2007年毕业于安徽建筑工业学院计算机专业，现从事油气田防腐蚀设计和长输管道设计工作。

2011-01-27