区域阴极保护实践与分析

李海坤 谢 涛 王 颖 王文忠

1.中国石油天然气管道科学研究院，河北 廊坊 065000；

2.油气管道输送安全国家工程实验室，河北 廊坊 065000；

3.新地能源工程技术有限公司，河北 廊坊 065001

0 前言

目前区域阴极保护技术在国内外尚不太成熟，通常是设计单位根据现场资料先设计主回路部分，主回路部分施工完成后进行全站调试，然后根据调试结果再进行下一部分的设计和施工。 用于区域阴极保护的阳极地床一般包括深井阳极地床、分布式浅埋阳极地床和线性阳极地床3 种， 设计单位一般根据现场情况从中选择1 到几种实施区域阴极保护。 阳极地床类型的选择和位置的确定是区域阴极保护方案最重要的部分，若设计不合理不仅会使站内管道保护不充分且容易对其它埋地设施造成干扰［1］。

通过输气站场区域阴极保护实践，分析了阳极地床位置、接地系统对管/地电位分布和对干线管道电干扰的影响。 该输气站场分为输气工艺区和压缩机工艺区，两工艺区毗邻建设。 站场埋地管道总长度4 150 m，埋地管道总表面积3 000 m2，土壤电阻率100 Ω·m，设计电流密度6 mA/m2。 设计方案为2 口80 m 深井阳极地床+分布式浅埋阳极地床。 绝缘条件方面，由于该站是旧站改、扩建工程，不能停产停输，因此无法安装区域阴极保护设计中必要的绝缘设施，故无法实现必要的技术隔离。

1 阳极地床的安装及测试

1.1 深井阳极地床

1#、2#深井阳极地床及测试点位置见图1。 深井阳极地床安装完毕后，经现场测试，1#深井阳极地床接地电阻0.49 Ω，2# 深井阳极地床接地电阻0.48 Ω， 满足标准要求。 通电极化24 h 后进行站场内管/地保护电位测试，由于多路阳极地床难以同时通断， 且站场内管道密集，不同部位极化程度不同，当断电时极化程度不同的管道间产生电流流动， 导致极化程度高的管道去极化更快，所以难以获得真实的断电电位， 故仅测试了管道通电（on）电位，测试结果见表1。

由表1 可见，深井阳极地床投运后，站内尤其是站区边缘管地电位明显提高， 放空区1# 测试点已经达到-1.162 V。 但是站内中心区4#、5#、6# 测试点、输气工艺区和压缩机工艺区中心测试点电位仍然不能满足阴极保护标准要求，可见中心区域由于管道和接地体密集受屏蔽最严重。 此外，压缩机工艺区整体电位分布由东南向西北逐渐变化，可能是由于压缩机厂房下的埋地结构分流了大部分深井阳极地床的保护电流。

图1 深井阳极地床及测试点位置

表1 1#、2#深井阳极地床全部投运后管/地电位测试记录

1.2 分布式浅埋阳极地床

根据调试结果，在压缩机工艺区及其与输气工艺区之间保护不足的站场中心区域分两批次埋设36 支分布式浅埋阳极地床， 通电极化24 h 后对站内管/地保护电位进行了测试，测试结果见表2。

表2 区域阴极保护管/地电位测试记录

测试结果表明，全站管地保护电位基本达到设计要求，由于站内中心区域空间有限，限制了浅埋阳极地床的敷设位置，导致紧邻压缩机厂房的6#测试点保护电位只有-0.825 V。

2 区域阴极保护对干线管道的干扰

因干线管道常进入区域阴极保护系统阳极影响区内，故区域阴极保护系统往往会对附近干线管道产生干扰［2］。 部分国外公司在干线管道与站内管道之间不设绝缘法兰，从而避免了此类干扰［3］。该站区域阴极保护系统投运后，绝缘法兰外侧干线管/地电位达+1～+1.5 V，正向偏移2.5～3 V。显然站内阴极保护系统电流经远端流进干线管道并在绝缘法兰外侧流出， 导致绝缘法兰外侧干线管道管/地电位正向偏移。 经测试发现1# 深井阳极地床由于距离干线管道较近，对干线管道干扰最大。为排除区域阴极保护系统对干线管道的干扰，采取了以下措施：

a）调低1#深井阳极地床输出电流；

b）在受1# 深井阳极地床干扰较严重的上游绝缘法兰外侧安装20 支镁合金牺牲阳极排流地床，地床基本与干线管道平行；

c）跨接进站测试桩站内和站外电缆，对站内外实施联合保护；

d）停运临近的阀室阴极保护设备。

采取以上措施后，对站内外测试桩管/地保护电位进行了测试，测试结果满足相关规范要求，见表3。

表3 区域阴极保护管/地电位测试记录

需要注意的是，站场管道的极化程度及电位分布与阳极输出电流、地层土壤电阻率、阳极与管道的距离、管道的几何结构、防腐层状况等有关，阳极地床深度的确定要参照当地地层土壤电阻率分布［4］。且阳极地床越深，其排流辐射的范围越广，一些本不希望构成保护回路的设施就会成为保护电流大量漏失的通道［5］。 阳极地床深度的增加还会增加施工难度和费用，因此，应根据当地地层土壤电阻率分布和管道的几何结构合理确定深井阳极地床的最佳深度。

3 结论

在区域阴极保护系统设计上，深井阳极地床倾向于把保护对象整体极化，但由于屏蔽效应，保护区域边缘极化程度较高，中心则因管道及接地体密集而极化程度较低，宜采用分布式浅埋阳极地床局部补足。 阳极地床应尽可能远离干线管道、大型接地装置及其它非保护对象，并合理接近保护对象。 在站场较小情况下，可结合地层土壤电阻率探索把1 个深井阳极地床分解成数个次深井阳极地床的敷设方式。 合适的情况下可利用深井阳极扩散出去的部分电流保护干线管道。

［1］Pajak J T. 来自不协调的阴极保护站的风险不断增大［J］. 天然气与石油，2000，18（2）：70-72.Pajak J T. Risk from Uncoordinated Cathodic Protection Station is Increasing Continuously［J］.Natural Gas and Oil，2000，18 （2）：70-72.

［2］ 刘玲莉，陈洪源，刘明辉，等. 输油气站区阴极保护中的干扰与屏蔽［J］. 管道技术与设备，2005，（2）：31-33.Liu Lingli，Chen Hongyuan，Liu Minghui，et al. Interference and Shielding in Cathodic Protection at Oil and Gas Station ［J］.Pipeline Technology and Equipment，2005，（2）：31-33.

［3］ 陈彬源，张胜利，唐 强.国内外石油公司在外防腐保温和阴极保护方面的差异［J］.天然气与石油，2011，29（1）：51-53.Chen Binyuan，Zhang Shengli，Tang Qiang.Differences in External Corrosion Control and Heat Preservation and Cathodic Protection between Domestic and International Oil Companies［J］.Natural Gas and Oil，2011，29（1）：51-53.

［4］ 杜艳霞，张国忠. 土壤电阻率对罐底外侧阴极保护电位分布的影响［J］. 石油化工高等学校学报，2007，20（1）：81-84.Du Yanxia，Zhang Guozhong.Effect of Soil Resistivity on External Cathodic Protection Potential Distribution in Tank Bottom ［J］. Journal of Petrochemical Universities，2007，20（1）：81-84.

［5］ 刘玲莉，刘严强，李红旗. 输油站区阴极保护设计中应注意的几个问题［J］. 油气田地面工程，1999，18（4）：48-50.Liu Lingli，Liu Yanqiang，Li Hongqi. Considerations in Cathodic Protection System Design in Oil Station Area ［J］. Oil and Gas Field Surface Engineering，1999，18（4）：48-50.