高土壤电阻率环境下的辅助阳极地床方式的选择

2022-09-08徐友鹏杨飞城覃立帅

全面腐蚀控制 2022年8期

徐友鹏别博杨飞城覃立帅

（1. 国家管网集团广东运维中心广东分公司，广东广州 510710；2.长园长通新材料股份有限公司，广东深圳 518106）

0 引言

随着城市化进程的发展，油气管道遭受杂散电流干扰影响越来越严重，杂散电流干扰缓解与治理工作刻不容缓。新建强制电流阴极保护站作为排流项目的主要防护手段，越来越多的被使用[1]。目前阴极保护站的辅助阳极地床主要有两种形式：深井阳极地床、浅埋阳极地床[2]。

在进行阴保站的方案设计过程中，土壤电阻率是选择辅助阳极地床方式的一项重要指标，会直接影响到辅助阳极地床的接地电阻[2]。在高土壤电阻率环境下的地床敷设方式的选择尤为重要。

本文根据两个高土壤电阻率环境下新建阴保站的工程案例，总结了两种辅助阳极地床方式在使用中的经验教训。

1 案例一：高阻环境下的深井阳极地床

地铁直流干扰下的某条管道，为了应对城市化发展带来的更多杂散电流干扰，在受地铁直流杂散电流干扰的严重管段新建阴保站进行干扰缓解。

经现场排查和测试，该段管道最合适的新增排流措施的点位于某#阀室，该阀室位于半山腰，周边土壤电阻率测试结果大于300Ω.m，且经过深层土壤电阻率测试（如表1所示），随着测试深度的增加，土壤电阻率数值呈上涨的趋势，经过理论设计计算，结合现场探勘，辅助阳极地床原设计方案为深井阳极地床，拟打3口深井，单井深度为35m，各敷设6支MMO阳极。

表1 土壤电阻率测量

现场实际施工过程中，采取边施工边测试的原则，验收目标值为阳极地床接地电阻值小于4Ω。第一口井钻井施工至32m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻值测试结果为20Ω，严重超出理论计算值9.14Ω。第二口井钻井施工至30m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻测试结果为23Ω，与第一口井并联测试结果为15.7Ω，依然严重超出理论计算值。第三口井钻井施工至34m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻值测试结果为18Ω，将三口井并联测试阳极地床接地电阻值为11.6Ω，严重超出预期目标。经现场测试与理论计算，继续新增4口深井阳极地床，可将阳极地床总接地电阻降低至4Ω以下。

第四口井钻井施工至32m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻值测试结果为18Ω，阳极地床总接地电阻9.8Ω；第五口井钻井施工至33m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻值测试结果为16Ω，阳极地床总接地电阻8.6Ω；第六口井钻井施工至30m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻值测试结果为18Ω，阳极地床总接地电阻7.6Ω；第七口井钻井施工至28m深时到岩层，安装6支MMO阳极后接地电阻值测试结果为21Ω，阳极地床总接地电阻7.2Ω。根据后四口井安装对阳极地床总接地电阻降低的效果趋势，发现在增设第6口深井施工和第7口深井施工后，阳极总接地电阻降低值不明显，不足1Ω，继续增设深井阳极地床对整体阳极接地电阻降低没有明显效果。

经过现场测试与评估，判定继续增设深井阳极地床的方案不合理，决定增设浅埋阳极地床试验其有效性。在距离深井阳极地床约100m的地方增设30支预包装高硅铸铁阳极，阳极间距为3m，埋设深度为3m。浅埋阳极地床施工完成后接地电阻测试结果为8.1Ω，与深井阳极地床并联后总接地电阻3.8Ω，满足项目验收要求。阳极地床接地电阻测试表如表2所示。

表2 阳极地床接地电阻测试

2 案例2：高阻环境下的浅埋阳极地床

在吸取案例1的经验教训后，第二次在高土壤电阻率环境下设计阴保站施工方案时，惯性思维认定深井阳极地床效果欠佳且施工成本高，优先考虑浅埋阳极地床的设计方案。

根据土壤电阻率测试结果（如表3所示），深层土壤电阻率高于1000Ω.m，且随着深度增加土壤电阻率有增大的趋势，辅助阳极地床不适合采用深井阳极地床，计划采用浅埋阳极地床模式进行。

表3 土壤电阻率测量

根据理论计算结果，辅助阳极地床计划采用45支预包装高硅铸铁阳极，水平敷设，阳极地床距离管道最小距离大于50m，阳极间距3m。50支高硅铸铁阳极分为5组，每组10支，分别通过阳极接线箱与阳极主电缆相连，阳极主电缆接入恒电位仪。

现场实际施工过程中，同样采取边施工边测试的原则，验收目标值为阳极地床接地电阻值小于4Ω。

第一组预包装高硅铸铁阳极施工完成后阳极接地电阻测试结果为88Ω，严重超出理论计算值。临时增加降阻措施，将预包装高硅铸铁阳极敷设环境改变，用焦炭和降阻剂回填，充分浇水后阳极地床接地电阻降低至35Ω。继续按照同样方式完成剩余4组浅埋阳极地床安装，阳极地床接地电阻测试结果如表4所示。

表4 阳极地床接地电阻测试

通过阳极地床接地电阻测试结果可以发现，同案例1一样，后续增加的辅助阳极地床对降低总阳极地床接地电阻效果越来越差，与理论计算完全不一致。

结合案例1的施工经验，尝试采取深井阳极+浅埋阳极地床的综合方案，在距离浅埋阳极地床50m左右的地方增设一组深井阳极地床，钻井施工深度70m，安装MMO阳极12支，阳极井接地电阻测试结果为5.8Ω，与浅埋阳极地床并联后总接地电阻测试结果为3.2Ω，满足项目验收要求。

3 案例经验总结

根据两个现场施工案例，在高土壤电阻率环境下，辅助阳极地床的接地电阻理论计算值与实际值相差甚远，不适合作为方案设计的依据。且根据土壤电阻率数值的不同，理论计算值与实际值之间的线性关系也不能确定，有待进一步研究。

案例一设计初始阶段优先考虑深井阳极施工方案的本意是惯性思维认定深井阳极施工的阳极接地电阻效果优于浅埋阳极地床，经过现场实际情况验证，该结论并不成立。主要原因有二：（1）深井阳极地床施工过程中钻井深度平均值为30m，不是最优值，MMO阳极敷设环境不在最佳活性区；（2）受地理条件限制，7口深井阳极地床之间间距为5m，不是最优值，阳极组间距不足造成降阻效果不明显，与理论计算值偏差较大。

案例二设计初始阶段错误的借鉴了案例一的经验教训，惯性思维认定深层土壤电阻测试值越大越不适合深井阳极施工，经过现场实际情况验证，最经济有效的设计方案是合理的深井阳极施工+浅埋阳极地床综合形式。