深井阳极地床干扰范围影响因素分析

刘海禄 张国虎 宋凌燕

1.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.西南石油大学石油工程学院，四川 成都 610500

0 前言

阳极地床是阴极保护系统中的重要组成部分。采用强制电流法阴极保护的阳极地床有两种类型，即浅埋阳极地床和深井阳极地床。

深井阳极地床是指地下深层井孔中 （通常井深大于15m）垂直安装一支或多支阳极的地床形式，多用于地表土壤电阻率很高或地表空间狭小、无法满足浅埋阳极地床安装空间及所需的阳极接地电阻要求的情况［1］。

深井阳极与浅埋阳极相比最突出的优点是降低地表电位梯度，减轻对周围其他金属构筑物干扰，其减轻程度与井深、井与其它金属构筑物的距离有关：井越深，干扰越小；井与其它金属构筑物的距离越远，干扰越小［2］。

由于工程建设用地越来越紧张，深井阳极地床可供选择的空间越来越小，阳极地床离附近地下设施的距离越来越近，阳极地床的干扰问题越来越突出［3-4］。

1 阳极地床干扰

当阴极保护电流自阳极地床流入周围土壤时，会在阳极区形成阳极电压锥，由此造成该土壤中的电位升高并超过远方土壤中的电位。

沿电流流动的方向，电位梯度将随着离阳极地床的距离的增加而逐渐减小，到达一定距离后可以忽略。

《阴极保护手册》指出，经验表明，阳极地电位上升值Uy＜0.5V不会造成不可接受的阳极干扰［5］。

2 地电位升计算

关于地电位升的计算，采用BSEN 14505∶2005《复杂构筑物的阴极保护》［6］附录D中用于立式阳极地床的计算公式：

式中：Uy为地表y点处的电位，V；y为地床干扰范围，m；t为地床深度，m；L为地床长度，m；ρ为土壤电阻率，Ω·m；I为施加到阳极地床的电流，A。

3 影响因素

从式（1）可见，深井阳极地床干扰范围的影响因素有：土壤电阻率、地床深度、地床长度及施加到阳极地床的电流。通过数据及图表对这四个因素逐一进行分析。

表1～4均按Uy≈0.5V时根据各个因素的变化计算出阳极地床与周围构筑物的距离，即各个因素变化时周围构筑物受阳极地床影响可忽略时的最小距离。

表1 土壤电阻率与地床干扰范围

图1 土壤电阻率与地床干扰范围

3.1 土壤电阻率

表1和图1反映出，土壤电阻率增加90Ω·m时地床干扰范围增加了297m，土壤电阻率对地床干扰范围影响较大。地床干扰范围随土壤电阻率增加而增大，即土壤电阻率增加则阳极地床干扰范围增大。

3.2 地床深度

表2和图2反映出，地床深度增加90m，而地床干扰范围只减少了46m，地床深度对地床干扰范围影响较小。地床干扰范围随地床深度增加而减小，即地床埋得越深，阳极地床干扰的范围越小。

3.3 地床长度

表3和图3反映出，地床长度增加了54m，而地床干扰范围却只减少了9m，地床长度对地床干扰范围影响甚微。地床干扰范围随地床长度增加而减小，即地床长度增加，阳极地床干扰范围减小。

3.4 施加到阳极地床的电流

表4和图4反映出，电流增加了18 A，而地床干扰范围却增加了297m，电流对地床干扰范围影响很大。地床干扰范围是随电流增加而增大，即电流越大，阳极地床干扰范围越大。

表2 地床深度与地床干扰范围

图2 地床深度与地床干扰范围

表3 地床长度与地床干扰范围

图3 地床长度与地床干扰范围

表4 施加到阳极地床的电流与地床干扰范围

图4 施加到阳极地床的电流与地床干扰范围

4 结语

通过对深井阳极地床干扰范围分别受土壤电阻率、地床深度、地床长度及施加到阳极地床的电流的影响大小的对比，得出：

a)深井阳极地床干扰范围受施加到阳极地床的电流影响很大，受土壤电阻率影响较大，受地床深度影响较小，受地床长度影响甚微。

b)尽可能减小阴极保护电流是减少深井阳极地床干扰的最佳方式。

c)在无法减小阴极保护电流的情况下，应将深井阳极地床设置在土壤电阻率低的位置。

d)增加阳极地床可明显缩小干扰影响距离。

e)深井阳极地床深度和长度的增加都可以减少阳极地床的干扰，但是减小的幅度较小。

［1］黄留群.国内长输油气管道站场区域阴极保护技术概况［J］.防腐保温技术，2009，17（3）：20-25.Huang Liuqun.Survey of Regional Cathodic Protection in Domestic Long Distance Oil and Gas Pipeline Stations ［J］.Anticorrosion&Insulation Technology,2009,17（3）:20-25.

［2］王芷芳，段 蔚，李夏喜.有关深井阳极的几个问题［J］.腐蚀与防护，2004，25（11）：480-482.W ang Zhifang，Duan W ei，Li Xiaxi.Several Issues in Deepwell Anodes for Cathodic Protection ［J］.Corrosion&Protection,2004,25（11）:480-482.

［3］李 浩.杭甬线输气管道工程防腐专业的设计与施工［J］.天然气与石油，2008，26（2）：1-3.LiHao.Summarization on Design and Construction of Corrosion Control System in Hang-Yong Gas Pipeline［J］.Natural Gasand O il,2008,26（2）:1-3.

［4］茅斌辉，彭世尼.深井阳极地床设计中沿深度方向土壤电阻率的测试与分析［J］.天然气与石油，2011，29（1）：48-50.Mao Binhui，Peng Shini.Testand Analysison Soil Resistivity in Deep W ell Anode Ground Bed Design ［J］.Natural Gas and Oil,2011,29（1）:48-50.

［5］贝克曼W V，施文克W，普林兹W.阴极保护手册 ［M］.胡士信，王向农，等译.北京：化学工业出版社，2005，161-162.Baeckman W V，Schwenk W，PrinzW.Handbook of Cathodic Protection ［M］.Hu Shixin，Wang Xiangnong， et al.Trans.Beijing：Chem ical Industry Press，2005，161-162.

［6］BSEN 14505:2005,Cathodic Protection of Complex Structures［S］.