阳极分布对区域阴极保护效果的影响

谢信军

（国家管网集团西部管道有限责任公司（新疆输油气分公司），新疆 乌鲁木齐 830013）

0 引言

涂层和阴极保护联合使用是当前埋地钢质管道外腐蚀防护最为有效的方式[1,2]。随着站场腐蚀危害日益严重，近年来区域阴极保护得到了迅猛发展，相关国家和行业标准的相继制订也将区域阴极保护逐步推上了强制实施的法制道路，并且实现了阴极保护和主体工程同时设计、同时施工、同时投产，取得了显著的效果[3,4]。

与线路阴极保护的保护对象单一、防腐层质量较好、所需阴极保护电流较小不同，输油气站场内管网错综复杂，工艺管线、消防管线、排污管线、储罐、接地网相互交叉铺设，防腐层质量参差不齐，且埋地金属设施间相互存在电连接，极易造成电流分布不均以及电流屏蔽，导致阴极保护效果不理想[5]。

对于中大型输油气站场，区域阴极保护一般采用强制电流阴极保护的方式，阳极地床的分布方式对阴极保护电流的分布以及保护效果影响较大。根据站场规模以及埋地金属设施的分布，普遍使用的阳极地床形式包括远阳极地床以及近阳极地床[4]。其中远阳极地床一般采用深井阳极，阳极类型包括高硅铸铁阳极、贵金属氧化物阳极等。近阳极地床一般采用分布式浅埋阳极，阳极类型包括高硅铸铁阳极、贵金属氧化物阳极、线性阳极等[5-9]。

本文选择西部地区某输油站场，对其区域阴极保护效果进行评价，根据评价结果对存在阴极保护不达标的区域重新设计安装阳极地床，随后再次对阴极保护效果进行评价，探究阳极地床分布对阴极保护效果的影响。

1 站场阴极保护初始运行状况

所选站场保护区域共分为成品油区、转油泵区、加热炉区、降凝剂区、换热器区以及罐区六个功能区。原设计中，采用分布式浅埋阳极对站场埋地管道进行保护，使用高硅铸铁阳极共计288根，设置阴极保护回路4个，阴极保护电源使用4台恒电位仪。在运维过程中，管理人员发现部分区域阴极保护电位不达标。区域阴极保护原设计如图1所示。

图1 阴极保护设计图

鉴于部分区域阴极保护电位不达标，首先对原运行状态下的阳极地床的运行状况以及阴极保护效果进行检测，检测内容包括各回路阳极的接地电阻以及全站场的通电电位、断电电位以及极化电位。阳极地床测量结果如表1所示，站场电位测试结果如图2所示及图3所示。

表1 阴极保护回路阳极地床状况统计表

图2 站场测试点通断电位曲线

图3 站场测试点电位极化值曲线

从表1可知，成品油区第二支路阳极电缆疑似存在断缆，第四支路接地电阻偏大；罐区埋地管道第三支路以及第四支路阳极电缆疑似断缆。

从图2以及图3可知，成品油区埋地管道电位测试共计测量21处，其中满足阴极保护指标（断电电位-0.85～-1.2V或100mV极化指标）[10]只有6处，保护率仅为28.6%；转油泵区共计测量11个测试点，保护电位均不达标；加热炉区共计测量11个测试点，保护电位均不达标；降凝剂区共计测量15个测试点，保护电位均不达标；换热器区共计测量26个测试点，保护电位均不达标；罐区埋地管道共计测量5个测量点，其中电位达标4处，保护率为80%。综上，该站场共计测量89处，其中电位达标共计10处，站场阴极保护保护为11.2%，区域阴极保护效果不理想。

2 原因分析

结合该站初始区域阴极保护设计图以及现场检测结果，分区域分析站场阴极保护效果不理想的原因，具体分析结果如下：

（1）成品油区的阀组区：经现场对阳极电缆检测，该处阳极的第2以及第4回路电缆均存在断缆，导致该区域阳极地床的部分阳极不能提供阴极保护电流，此外，该区域原有设计中分布式高硅铸铁阳极均在区域外围布设，该区域地下管网密集，且存在大量的接地扁铁，电流屏蔽效应显著，以上两点应是该区域阴极保护电位不达标的主要原因；

（2）转油泵区：原有设计中，该区域并未设计安装阳极，周边区域阳极地床由于屏蔽效应，保护电流很难流入该区域，导致该区域埋地管线得不到有效保护；

（3）换热器区、加热炉区、降凝剂区：该三个区域原先设计中均在区域外围布设了分布式浅埋阳极，但由于电流屏蔽，导致这三个区域内的埋地管道均得不到有效保护；

（4）罐区：罐区整体阴极保护效果良好，经检测存在两处阳极电缆断缆，造成个别测试点的电位不达标。

3 整改措施

根据以上分析，提出以下整改措施：

（1）成品油区：阳极接线箱保护成品油阀组区、成品油泵棚区、转油泵区，在成品油阀组区根据管道走向新安装9支高硅铸铁阳极，连接至原有第4支路上，新安装阳极重点埋设在被保护区域内部管道周围，避免电流屏蔽；

（2）转油泵区：新安装9支高硅铸铁阳极连接到原第2支路上；

（3）换热器区、加热炉区、降凝剂区：换热器区阳极接线箱保护换热器区、加热炉区、降凝剂区埋地管道，在换热器区西侧新安装15支高硅铸铁阳极，并连接到第1支路上，更换原第一支路上原有高硅铸铁阳极4支，更换断裂的阳极，修复断缆阳极电缆；降凝剂区新安装27支高硅铸铁阳极，更换原降凝剂区26支高硅铸铁阳极，更换断裂的阳极，修复断缆阳极电缆；加热炉区新安装10支高硅铸铁阳极，作为单独1个支路引入阳极分线箱。换热器区域阴保系统共更换原有高硅铸铁阳极30支，新安装高硅铸铁阳极22支。新安装阳极重点埋设在被保护区域内部管道周围，避免电流屏蔽；

（4）罐区：修复罐区阳极电缆断缆2处；

（5）所有新安装浅埋高硅铸铁阳极上方均安装阳极地床注水孔，便于后期对阳极地床浇水维护；

（6）区域阴极保护整改平面布置详如图4所示。

图4 区域阴极保护整改平面布置

4 整改效果

整改施工完成后，重新对输油站区域阴极保护效果进行评价，测量结果详如图5及图6所示。

图5 整改完成后站场阴极保护电位曲线

图6 整改完成后站场测试点极化值曲线

从上图可以看出：

站内89个测试点有13个测试点不满足-0.85~-1.2V电位标准，但所有点 均满足100mV极化标准；

通过改变阳极分布可有效降低电流屏蔽，保证所有埋地管道均达到有效保护。

5 结语

区域阴极保护阳极地床的分布对保护效果影响较大，由于存在电流屏蔽，通过在被保护区域周边埋设分布式浅埋阳极的方式往往导致保护区域内部埋地管道得不到有效的保护。本文选择某典型站场，通过对区域阴极保护效果的检测分析，确定了站场阴极保护不均衡的主要原因，并制定了较为科学的阳极地床布设方案。整改完成后，站场电位均满足了阴极保护电位准则要求，降低了站场埋地钢质管道腐蚀风险。