轮南集油站的区域性阴极保护

2015-11-29廖柯熹李月霄

石油化工腐蚀与防护 2015年2期

王东，廖柯熹，李月霄，薛剑

(1.西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都 610500;2.塔里木油田公司油气运销部，新疆库尔勒 841000)

国内主要油气干线均采用了阴极保护技术防腐，取得了良好的经济效益。近年来随着区域阴极保护技术发展，国内对于已建站场增加了阴极保护，对于新建的站场在设计时即考虑了站内阴极保护。由于站场内保护对象数量较多，管线错综复杂，区域阴极保护技术还需进一步发展［1］。

轮南储运站集油站属塔里木油田一级风险站库，承担着油田70%以上的原油外输任务，拥有6 座5 万m3的原油储罐。轮南集油站有5 套强制电流阴极保护系统保护该站内储罐与管线，共有10 台恒电位仪，2 台控制柜，5 台恒电位仪处于运行状态，剩下5 台恒电位仪处于备用状态。

1 站场阴极保护系统调查与分析

1.1 恒电位仪运行工况测试

恒电位仪是站场区域强制电流阴极保护的核心设备之一，对恒电位仪进行调查，掌握站场上应用的恒电位仪的型号规格、运行参数和历史工况数据。

轮南集油站10 台恒电位仪型号全部为PS-1型恒电位仪，恒电位仪输出电流、电压连续可调，恒电位仪所使用的参比电极均为单陶长效饱和硫酸铜参比电极。其中管控1 号到6 号阳极井的YBB36—YBB41 号6 台恒电位仪是三相电源恒电位仪，保护9 号、10 号储罐的4 台恒电位仪是单相电源恒电位仪。

PS-1 型恒电位仪应用十分广泛，恒电位仪数字显示输出电流、输出电压、给定电位和保护电位值。对恒电位仪的运行状况进行了测试并记录数据(见表1)。由表1 可知，其中三台保护5 号到8号罐区的恒电位仪显示的参比电位都不在规定的-0.85～-1.2 V内，未达到站内管线保护的要求。经调试后，电位仪运行正常。YBB36 恒电位仪显示的输出电压误差较大。

YBB36，YBB39 和YBB40 恒电位仪输出电流明显大于YBB47 和YBB42 的输出电流。因为YBB47 和YBB42 两台恒电位仪输出电流保护9号和10 号罐，两个储罐均采用罐底板网状阳极，说明罐底板网状阳极保护方式所需保护电流较小。轮南集油站两条出站管线没有安装绝缘法兰，造成区域阴极保护的负荷较大。

收集轮南集油站内5 套阴保系统的运行工况历史记录，整理后发现，站内5 套阴保系统的保护电位输出都比较平稳，均能达到规定的-0.85 V～-1.2 V，但是发现输出电压与输出电流的波动幅度比较大。

表1 轮南集油站恒电位仪运行参数

1.2 保护电位测试

管地电位是阴极保护技术中一个重要参数，无论管道腐蚀态势和保护状况，都可根据测得的管地电位进行分析、判断，是进行管道保护情况分析、判断的依据。轮南集油站内有测试桩21 个，均为钢制。测试桩测试电缆的一端与被监测的储油罐或管道连接，另一端从测试桩底板的传线孔穿出并连接到接线板上。根据GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》，将电压表与管道及硫酸铜电极相连接，将硫酸铜电极放置在管顶正上方地表的潮湿土壤上，保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好;将电压表调至适宜的量程上，读取数据，作好管地电位值及极性记录，注明该电位值的名称。在完全断电24 h 后，测量管道自然电位。

在通电状况下对21 个测试桩进行保护电位测试，所测得数据见表2。由于9 号和10 号罐没有安装测试桩，只能使用便携式饱和硫酸铜参比电极测试储罐四个方向的边缘电位。由测试桩保护电位测试数据可得出，测试桩保护电位均在保护范围之内，测试桩测得管地电位都处于-0.85～-1.2 V，达到保护状态，保护效果良好。便携式饱和硫酸铜参比电极测得的电位与测试桩自身埋设的长效硫酸铜参比电极测得的电位差值在3～140 mV。在完全断电24 h 后，对未施加阴极保护电流的管道自然电位进行测量，测得的自然电位保持在-500～-750 mV。测试过程中，发现6 号罐的10 号测试桩与8 号罐的2 号测试桩得不到数据，检查后发现是测试桩与大罐底板连接点处断开。储罐边缘的测试桩的长效参比全部埋设在储罐边缘部位，所以只能测得储罐底板边缘的电位值，不能测试储罐底板中心的电位值。

表2 轮南集油站阴极保护电位测试

续表2 轮南集油站阴极保护电位测试

1.3 阳极井调查

结合5 号到8 号储油罐区实际情况，6 座阳极深井均匀布置在罐区外围，井深45 m。阳极体材质为混合物金属氧化物，每座安装混合物金属氧化物阳极8 支，共48 支。接线箱位于阳极深井旁，阳极引线电缆另一端牢固接入接线箱内，同时阳极主电缆从接线箱引出牢固接入恒电位仪。主电缆规格为VV22-1 000 V/1×35 mm2铜芯铠装聚氯乙烯电力电缆，并外套φ50 mm 钢管。阳极引线电缆一端与阳极体相接，为VV-1 000 V/1 ×10 mm2的铜芯聚氯乙烯电力电缆并附加耐氯腐蚀处理，阳极引线电缆套管为φ63 mm 的PVC 管。

在阳极表面进行电极反应时会产生氯气和氧气，气体产生的量与输出电流量成正比，若气体不能及时排走，气体包围阳极，会降低阳极同电解质的接触，增加了电阻，降低了阳极电流的释放。由于存在气阻，大大影响了深井阳极的正常工作，在阳极井内安装排气装置—阳极排气管，使阳极产生的气体迅速导出井外。阳极排气管为φ50 mm的PVC 管。阳极深井中的阳极体与阳极深井壁之间用焦炭填料填实至21 m，焦炭粒径5～10 mm，21 m 处至井口填充砾石，砾石粒径10～20 mm。

对1 号到6 号阳极井的接地电阻进行测试，测试结果见表3。测试过程中发现6 号阳极井接线盒内的一个阳极体的接头断开。1 号到6 号阳极井的接地电阻都比较小，保持在0.542～0.745 Ω内，说明6 个阳极井的气阻现象不严重，阳极井工作正常。9 号、10 号储油罐阴极保护系统较5 号到8 号储油罐阴极保护系统有所不同，9号、10 号储油罐阴极保护系统辅助阳极布置没采用罐旁深井式，而是采用罐底网状阳极。

表3 轮南集油站阳极井接地电阻

2 站内屏蔽问题

管道位于开阔地区，土壤不会对阴极保护电流产生屏蔽。但对于站场，一定的区域内管网密集，当管道的防腐涂层存在缺陷的时候，容易发生屏蔽问题。如果被保护的管道附近有其它埋地金属结构，而且该金属结构防腐层有缺陷，一部分阴极保护电流就会沿该结构流动，并在靠近被保护管道的地段流出进入被保护管道，这样就会影响了阴极保护电流的流动，使被保护管道得不到有效的阴极保护，出现电流屏蔽。由于该金属结构的屏蔽作用，可能会导致部分管段阴极保护不充分［2］。

轮南集油站内埋地管道密度较大，结构密集，在相对狭窄的区域内集中了众多的金属结构，如储罐底板、消防管线、工艺管线、避雷防静电接地系统等。轮南集油站内的3 台连接深井阳极的恒电位仪的输出电流远大于其他站场恒电位仪的输出电流。对于轮南集油站储罐和阀组区安装有大量接地，会消耗大部分的阴极保护电流，只有很少的保护电流消耗在埋地金属管道上。流向该区域的电流就会在土壤中产生电位梯度，导致屏蔽效应。被保护管线与接地金属存在电性接触，会分流大部分的阴极保护电流，从而使管道无法获得足够的保护电流，极化程度低，不能满足阴极保护要求。采用锌合金接地极可以保证接地功能不受影响，又能成功地将埋地管网与接地系统隔离，减小阴极保护电流需求，从而减轻由接地金属结构引起的屏蔽问题［3］。

轮南集油站阀组区内增加了牺牲阳极辅助保护减轻屏蔽效应，使储罐阀组区管线也能得到有效的保护。这种远、近阳极相结合的方式可以有效减轻结构密集区的屏蔽问题。为准确得到阀组区内管道的保护电位，参比电极尽量靠近测点，是消除土壤IR 降来修正被测电位的一种有效的方法，对储罐阀组区内位于储罐阀组区的西侧的18号测试桩和储罐阀组区的北侧的17 号测试桩进行开挖测试，通过参比电极紧邻被测管道表面，测得保护电位分别为-967 mV 和-1 127 mV，均能达到规定的-0.85～-1.2 V。

3 站内干扰问题

在保护系统运行之后，保护电流是由阴极经大地回流到被保护金属结构。如果靠近该体系有其它地下管道，那么阴极保护电流可能在该管道涂层破损处流入管道，在别的地方流出管道而进入大地，这些电流流出点的管道金属将被腐蚀。这种腐蚀与杂散电流腐蚀有相同的特点，腐蚀将导致管道快速穿孔［4］。

电流对金属产生腐蚀的原因，同电解时的情况基本一样。电流从土壤进入金属管道的阴极区，若阴极区的电位过负时，管道表面上会析出大量的氢，造成防腐绝缘层破裂、剥落。当电流由管道的阳极区流出。阳极区的管道以铁离子的形式溶解，阳极区的管道易受到腐蚀［5］。

轮南集油站安装深井阳极地床6座，接近深井阳极的地方可以消除阳极干扰，但是距离深井阳极距离较远的地方，深井阳极不能消除阳极干扰，所以深井阳极不能完全消除阳极干扰。但是深井阳极保护电流不均匀，有些区域保护不到，容易对站内未纳入阴极保护的消防管线产生干扰腐蚀。阳极井施工复杂，技术要求高，单井造价贵处于恶劣的工作条件下，容易过早损坏。除了6 座深井阳极外，9 号和10 号罐还安装了罐底网状阳极，阳极网距离罐底板距离非常近，有效避免了保护电流对其他金属结构产生干扰。