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輸油站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)

文檔作者：趙常英文檔來源：中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月27日
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48 石油工程建設(shè) 2010年10月
趙常英
(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062552)
摘 要：站場(chǎng)的區(qū)域陰極保護(hù)由于被保護(hù)體多、分布復(fù)雜、電流需求量大、邊界條件復(fù)雜，其設(shè)計(jì)
和實(shí)施存在較大難度。文章介紹了達(dá)坂城中間熱泵站區(qū)域陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)思路、方式選擇和實(shí)施過
程．并對(duì)實(shí)施后的陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于已建采用接地模塊作為
接地的站場(chǎng)．接地模塊雖然泄漏一定量的陰極保護(hù)電流，但可以通過增加陽極系統(tǒng)的數(shù)量進(jìn)行抵消，
不必進(jìn)行拆除 此外，采用邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊測(cè)量、邊調(diào)整的做法，既可以有效控制工程費(fèi)用，
又可達(dá)到很好的保護(hù)效果。
關(guān)鍵詞：輸油站場(chǎng)； 區(qū)域陰極保護(hù)；接地模塊
中圖分類號(hào)：TE988 U177．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001—2206(2010)05-0048—03
0 引言
對(duì)于輸油站場(chǎng)，采用陰極保護(hù)對(duì)站內(nèi)管道和埋
地鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)未列入國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此采用
陰極保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)例較少。近年來，各輸油氣站場(chǎng)
配管系統(tǒng)腐蝕的事例不斷出現(xiàn)，且站內(nèi)設(shè)備接地以
及管道品類較多，站內(nèi)腐蝕泄漏的危害遠(yuǎn)比干線
高。雖然站內(nèi)埋地管道有防腐涂層保護(hù)，但防腐涂
層不可避免地會(huì)存在缺陷，從而導(dǎo)致腐蝕泄漏事故
的發(fā)生。國家某重點(diǎn)工程建成4年后，相關(guān)單位對(duì)
該工程部分站場(chǎng)的防腐狀況進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果
表明：被調(diào)查站場(chǎng)中，沒有一個(gè)站場(chǎng)的埋地管道外
防腐層完全有效，其中70％ 站場(chǎng)的埋地管道外防
腐層失效，需盡快進(jìn)行全面大修，另外30％ 站場(chǎng)
的埋地管道外防腐層雖短期有效，但也應(yīng)制訂外防
腐層中遠(yuǎn)期維修或大修計(jì)劃，并逐步實(shí)施。由此可
見，僅靠涂層無法滿足埋地管道的防腐要求。越來
越多的看法認(rèn)為，對(duì)站內(nèi)埋地管道采取陰極保護(hù)是
十分必要的。
在2008年，經(jīng)過業(yè)主和設(shè)計(jì)方共同探討后，
決定對(duì)達(dá)坂城中間熱泵站站場(chǎng)內(nèi)的埋地管網(wǎng)進(jìn)行陰
極保護(hù)。站場(chǎng)原采用了垂直接地模塊(ZGD—I一3
型 260 mm×1 000 mm)，由于接地模塊主要材料
是碳粉．從理論上來說，雖然排流能力較強(qiáng)，但會(huì)
使部分陰極保護(hù)電流從接地極流入大地，從而可能
造成陰極保護(hù)系統(tǒng)失效。
本文介紹達(dá)坂城中間熱泵站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)
的設(shè)計(jì)方法，以及如何解決接地模塊可能存在的漏
流失效問題的設(shè)計(jì)思路。在系統(tǒng)運(yùn)行后，進(jìn)行了現(xiàn)
場(chǎng)檢測(cè)。并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定了站場(chǎng)的最終陰極保
護(hù)方案。
1 達(dá)坂城站場(chǎng)基礎(chǔ)資料及陰極保護(hù)設(shè)計(jì)
1．1 基礎(chǔ)資料及概況
達(dá)坂城中間熱泵站于2007年3月動(dòng)工， 同年
8月投產(chǎn)，該站建于山坡上， 占地面積19 930 In ，
站內(nèi)有加熱爐區(qū)、閥組區(qū)和油罐區(qū)， 并設(shè)有
SCADA系統(tǒng)。站內(nèi)土壤電阻率約為150 Q·rn，地
下水位深度約為20 m。
該站的主要保護(hù)對(duì)象是站內(nèi)閥組區(qū)及加熱爐
區(qū)的工藝、熱力、消防等埋地管網(wǎng)，由于此范圍
內(nèi)的接地?zé)o法與管網(wǎng)斷開，故也列入保護(hù)范圍內(nèi)。
而變電區(qū)內(nèi)由于沒有埋地管網(wǎng)，所以不在保護(hù)范
圍內(nèi)。目前變電站尚未建設(shè)，為了防止變電區(qū)接
地對(duì)陰極保護(hù)電流的泄漏，將變電區(qū)接地與場(chǎng)區(qū)
內(nèi)的接地?cái)嚅_，并各自設(shè)有獨(dú)立的接地網(wǎng)。達(dá)坂
城站內(nèi)埋地管網(wǎng)及罐底表面積900 rn。，接地體鍍
鋅扁鋼表面積317 rn 。接地模塊120根。
1．2 接地模塊對(duì)陰極保護(hù)的影響及處理思路
場(chǎng)區(qū)內(nèi)的垂直接地采用接地模塊(ZGD—I一3型
羊 ￥ ￥ ￥ ￥
★ ★ ★ ★
第36卷第5期 趙常英：輸油站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù) 49
6260 mm×l 000 mm)．接地模塊主要材料是碳粉，
鋼鐵的自然電位約為一0．5 V (SHE)，而碳的自然
電位約為0．02～0．3 V (SHE)，從理論上說，接地
模塊消耗的陰極保護(hù)電流要比鋼鐵大得多。由于站
內(nèi)的接地模塊已經(jīng)埋地，如果全部進(jìn)行更換，需要
大量的土方開挖．開挖后恢復(fù)原貌，不僅工程量
大，而且影響站場(chǎng)的規(guī)格化管理。因此，在無法確
定接地模塊具體電流泄漏量的前提下，暫不拆除接
地模塊。區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，對(duì)陰極保護(hù)系
統(tǒng)的效果進(jìn)行檢測(cè)，如果系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，
則不再更換接地模塊。如果接地模塊消耗的保護(hù)電
流很大．采用大功率的恒電位儀尚無法保證區(qū)域陰
極保護(hù)的需求，則需對(duì)接地模塊系統(tǒng)進(jìn)行改造。
1．3 區(qū)域陰極保護(hù)方式選擇
區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展落后于長(zhǎng)輸管道陰極
保護(hù)技術(shù)。長(zhǎng)輸管道的陰極保護(hù)有較為成熟的計(jì)算公
式．而區(qū)域保護(hù)被保護(hù)體多、分布復(fù)雜、電流需求量
大、邊界條件復(fù)雜。電位與電流密度呈非線性關(guān)系，
目前國際上尚無較有效的計(jì)算公式及計(jì)算軟件。
目前國內(nèi)外區(qū)域陰極保護(hù)大部分采用外加電
流方式，主要是考慮站內(nèi)接地系統(tǒng)較多，又無法
與被保護(hù)體斷開，對(duì)陰極保護(hù)電流的需要量很大。
而犧牲陽極系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電壓差小。輸出電流量較少，
且不適用于達(dá)坂城站這樣的高土壤電阻率地區(qū)
(土壤電阻率高達(dá)150 Q·m)，因此最終選用了外
加電流陰極保護(hù)的方式。
區(qū)域陰極保護(hù)中，有85％ 的電流用在保護(hù)混
凝土中的鋼筋及防雷防靜電接地，僅有15％ 的電
流是用于保護(hù)埋地管道。因此，陽極地床的選擇及
分布至關(guān)重要。區(qū)域陰極保護(hù)中外加電流的輔助陽
極有深井陽極、淺埋陽極及柔性陽極，三種輔助陽
極各有其特點(diǎn)及應(yīng)用環(huán)境。
深井陽極地床適用于地表土壤電阻率高的環(huán)境．
其占地面積小，電流分布范圍廣且均勻(見圖1)。
埋地罐
圖1 深井陽極應(yīng)用示意
罐
淺埋陽極適用于土壤電阻率低的環(huán)境，其占地
面積大，保護(hù)電流分布范圍小(見圖2)，易造成
電流分布不均勻及屏蔽現(xiàn)象。
罐
淺埋陽極
圖2 淺埋陽極應(yīng)用示意
柔性陽極與管道平行敷設(shè)，輸出電流均勻，避
免了過保護(hù)和保護(hù)不足的問題，不受土壤電阻率大
小的影響(見圖3)，但造價(jià)高，一般只在關(guān)鍵地
方且土壤電阻率極高的部分區(qū)域使用。
整
天然氣管遭
圖3 柔性陽極敷設(shè)應(yīng)用示意
通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面的綜合對(duì)比，達(dá)坂城中
間熱泵站區(qū)域陰極保護(hù)原設(shè)計(jì)中外加電流的輔助
陽極采用深井陽極與淺埋陽極相結(jié)合的陽極地床
方式。先通過現(xiàn)場(chǎng)做饋電試驗(yàn)初步確定電流量，
在適當(dāng)?shù)胤绞┕ど罹枠O，然后邊施工邊調(diào)試，
如果確認(rèn)保護(hù)效果不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以在保
護(hù)欠缺處輔以淺埋地床。
1．4 區(qū)域陰極保護(hù)施工
達(dá)坂城中間加熱站站外有2條管道(1條原油
管道及1條成品油管道)，2條管道同溝敷設(shè)，該
站是對(duì)原油進(jìn)行加熱的換熱站，成品油管道只在該
站設(shè)置了截?cái)嚅y，所以原油管道進(jìn)出站均安裝了絕
緣接頭，而成品油管道沒有安裝絕緣接頭。深井陽
極位置選擇時(shí)充分考慮了對(duì)站外系統(tǒng)的干擾問題，
盡量遠(yuǎn)離縱穿站場(chǎng)的成品油管道。
由于現(xiàn)場(chǎng)不具備做饋電試驗(yàn)的條件，故施工時(shí)
調(diào)整了方案，采用邊施工邊調(diào)試的做法。供電設(shè)備
選用2臺(tái)50A／50V的恒電位儀，每臺(tái)設(shè)備均具備
斷電測(cè)試功能。首先在加熱爐區(qū)打1口陽極井．井
石油工程建設(shè) 2010年lO月
深為60 ITI， 井內(nèi)安裝預(yù)包裝金屬氧化物陽極
(MM0)，在站場(chǎng)內(nèi)均勻分布10個(gè)測(cè)試點(diǎn)。陰極保
護(hù)投運(yùn)前測(cè)試自然電位，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)陰極保
護(hù)系統(tǒng)和接地系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)，可以安裝第
2口陽極井。如果2口陽極井仍然不能達(dá)到設(shè)計(jì)要
求，則考慮對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行改造。
2 站場(chǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)及調(diào)整
2．1 第1 1：7深井陽極投用后的系統(tǒng)運(yùn)行狀況
在第1口深井的陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，測(cè)試通
電電位，測(cè)試結(jié)果見圖4。
0
- o．2
- o．4
暑一0_6
腳一0．8
— 1．0
— 1．2
測(cè)試點(diǎn)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 lO
廣— ＼
k— < ／一 、 —^ 一通自然電電位
圖4 第1口陽極井投運(yùn)后站場(chǎng)內(nèi)各測(cè)試點(diǎn)的保護(hù)電位
由圖4可見，當(dāng)僅施工1口深井時(shí)，有8處測(cè)
試點(diǎn)的保護(hù)電位未達(dá)到設(shè)計(jì)要求(≤一0．85 V即滿
足設(shè)計(jì)要求，相對(duì)于銅／硫酸銅參比電極)。經(jīng)分
析．認(rèn)為有相當(dāng)部分的保護(hù)電流從接地極漏走，但
仍有2點(diǎn)的保護(hù)效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且部分測(cè)量點(diǎn)
保護(hù)電位有負(fù)移的傾向。因此，決定再安裝第2口
深井陽極系統(tǒng)，加大對(duì)管道的保護(hù)。
2．2 第2口深井陽極投用后的系統(tǒng)運(yùn)行狀況
在施工了第2口陽極井后，立即對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)
電位進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果見圖5。
O
一0．2
— 0_4
之一o 6
腳一o．8
— 1．0
— 1，2
測(cè)試點(diǎn)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 lO
廣— ＼
． — —
． ／ 、—— 、
、、t ， 一
— —
一，，-—一＼ ．
’ ＼ ／
一自然電位
一通電電位
圖5 第2口陽極井投運(yùn)后各測(cè)試點(diǎn)的保護(hù)電位
從圖5可見，當(dāng)施工2口深井時(shí)，保護(hù)電位全
部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。2周后，即一般認(rèn)為管道達(dá)到
完全極化后，對(duì)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行通一斷電測(cè)試．測(cè)量系
統(tǒng)的斷電電位。測(cè)試結(jié)果見圖6。此時(shí)。1 叵電位
儀的輸出電流為7．9 A，輸出電壓為41．2 V，保護(hù)
電位為一1．11 V。2¨叵電位儀的輸出電流為8．7 A。
輸出電壓為45．1 V，保護(hù)電位為1．19 V。
O
- o．2
- o．4
之一o．6
趟
一o 8
— 1．O
一1-2
測(cè)試點(diǎn)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 lO
：======■— ——：==： 、． ．
’
’ ＼ —．_
一自然電位
一通電電位
圖6 極化后的各測(cè)試點(diǎn)保護(hù)電位通斷電測(cè)試結(jié)果
從測(cè)量的結(jié)果可以看出．10個(gè)測(cè)試點(diǎn)的通電
及斷電電位均滿足保護(hù)要求。從測(cè)量結(jié)果也可以
推斷出，接地系統(tǒng)的漏流在可控制范圍之內(nèi)， 陰
極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行良好，因此，不必對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)
行改造。
3 結(jié)論及建議
根據(jù)達(dá)坂城中間加熱站區(qū)域陰極保護(hù)工程的設(shè)
計(jì)、調(diào)整及運(yùn)行情況．可以得出以下結(jié)論：
(1)對(duì)于保護(hù)對(duì)象復(fù)雜的站場(chǎng)埋地管網(wǎng)區(qū)域性
陰極保護(hù)系統(tǒng)，采用邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊測(cè)量、邊
調(diào)整的做法，既可以有效地控制工程費(fèi)用，又可達(dá)
到很好的保護(hù)效果。
(2)增加深井陽極，可以抵消接地模塊對(duì)陰極
保護(hù)系統(tǒng)的影響。每個(gè)接地模塊泄漏電流的情況需
要通過測(cè)試來確定。
(3)通過工程的實(shí)際運(yùn)行可以看出，本工程的
設(shè)計(jì)思路可供同類工程參考借鑒。
參考文獻(xiàn)：
[1]SYJ 4006—1990，長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范【s】．
[2]GB／T 21447—2008，鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范【s]．
[3】GB／T21448—2008，埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]．
『41GB／T21246—2007，埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法[S]．
作者簡(jiǎn)介：趙常英(1968一)，女， 河北遷西人， 高級(jí)工程
師．1989年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，從事石油石化行業(yè)儲(chǔ)罐、
管道、站場(chǎng)的防腐蝕設(shè)計(jì)工作。
收稿日期：2010一Ol一18；修回日期：2010—07—14

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