輸油站場區域陰極保護

趙常英

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北任丘062552）

輸油站場區域陰極保護

趙常英

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北任丘062552）

站場的區域陰極保護由于被保護體多、分布復雜、電流需求量大、邊界條件復雜，其設計和實施存在較大難度。文章介紹了達坂城中間熱泵站區域陰極保護的設計思路、方式選擇和實施過程，并對實施后的陰極保護系統參數進行了現場測試。測試結果表明，對于已建采用接地模塊作為接地的站場，接地模塊雖然泄漏一定量的陰極保護電流，但可以通過增加陽極系統的數量進行抵消，不必進行拆除。此外，采用邊設計、邊施工、邊測量、邊調整的做法，既可以有效控制工程費用，又可達到很好的保護效果。

輸油站場；區域陰極保護；接地模塊

0 引言

對于輸油站場，采用陰極保護對站內管道和埋地鋼結構進行保護未列入國家強制標準，因此采用陰極保護系統的實例較少。近年來，各輸油氣站場配管系統腐蝕的事例不斷出現，且站內設備接地以及管道品類較多，站內腐蝕泄漏的危害遠比干線高。雖然站內埋地管道有防腐涂層保護，但防腐涂層不可避免地會存在缺陷，從而導致腐蝕泄漏事故的發生。國家某重點工程建成4年后，相關單位對該工程部分站場的防腐狀況進行了調查，調查結果表明：被調查站場中，沒有一個站場的埋地管道外防腐層完全有效，其中70%站場的埋地管道外防腐層失效，需盡快進行全面大修，另外30%站場的埋地管道外防腐層雖短期有效，但也應制訂外防腐層中遠期維修或大修計劃，并逐步實施。由此可見，僅靠涂層無法滿足埋地管道的防腐要求。越來越多的看法認為，對站內埋地管道采取陰極保護是十分必要的。

在2008年，經過業主和設計方共同探討后，決定對達坂城中間熱泵站站場內的埋地管網進行陰極保護。站場原采用了垂直接地模塊（ZGD-I-3型Φ 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，但會使部分陰極保護電流從接地極流入大地，從而可能造成陰極保護系統失效。

本文介紹達坂城中間熱泵站區域陰極保護系統的設計方法，以及如何解決接地模塊可能存在的漏流失效問題的設計思路。在系統運行后，進行了現場檢測，并根據檢測結果確定了站場的最終陰極保護方案。

1 達坂城站場基礎資料及陰極保護設計

1.1 基礎資料及概況

達坂城中間熱泵站于2007年3月動工，同年8月投產，該站建于山坡上，占地面積19 930 m2，站內有加熱爐區、閥組區和油罐區，并設有SCADA系統。站內土壤電阻率約為150 Ω·m，地下水位深度約為20 m。

該站的主要保護對象是站內閥組區及加熱爐區的工藝、熱力、消防等埋地管網，由于此范圍內的接地無法與管網斷開，故也列入保護范圍內。而變電區內由于沒有埋地管網，所以不在保護范圍內。目前變電站尚未建設，為了防止變電區接地對陰極保護電流的泄漏，將變電區接地與場區內的接地斷開，并各自設有獨立的接地網。達坂城站內埋地管網及罐底表面積900 m2，接地體鍍鋅扁鋼表面積317 m2，接地模塊120根。

1.2 接地模塊對陰極保護的影響及處理思路

場區內的垂直接地采用接地模塊（ZGD-I-3型Φ260 mm×1 000 mm），接地模塊主要材料是碳粉，鋼鐵的自然電位約為-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電流要比鋼鐵大得多。由于站內的接地模塊已經埋地，如果全部進行更換，需要大量的土方開挖，開挖后恢復原貌，不僅工程量大，而且影響站場的規格化管理。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。區域陰極保護系統投運后，對陰極保護系統的效果進行檢測，如果系統能夠滿足設計要求，則不再更換接地模塊。如果接地模塊消耗的保護電流很大，采用大功率的恒電位儀尚無法保證區域陰極保護的需求，則需對接地模塊系統進行改造。

1.3 區域陰極保護方式選擇

區域陰極保護技術的發展落后于長輸管道陰極保護技術。長輸管道的陰極保護有較為成熟的計算公式，而區域保護被保護體多、分布復雜、電流需求量大、邊界條件復雜，電位與電流密度呈非線性關系，目前國際上尚無較有效的計算公式及計算軟件。

目前國內外區域陰極保護大部分采用外加電流方式，主要是考慮站內接地系統較多，又無法與被保護體斷開，對陰極保護電流的需要量很大。而犧牲陽極系統驅動電壓差小，輸出電流量較少，且不適用于達坂城站這樣的高土壤電阻率地區（土壤電阻率高達150 Ω·m），因此最終選用了外加電流陰極保護的方式。

區域陰極保護中，有85%的電流用在保護混凝土中的鋼筋及防雷防靜電接地，僅有15%的電流是用于保護埋地管道。因此，陽極地床的選擇及分布至關重要。區域陰極保護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及應用環境。

深井陽極地床適用于地表土壤電阻率高的環境，其占地面積小，電流分布范圍廣且均勻（見圖1）。

淺埋陽極適用于土壤電阻率低的環境，其占地面積大，保護電流分布范圍小（見圖2），易造成電流分布不均勻及屏蔽現象。

圖2 淺埋陽極應用示意

柔性陽極與管道平行敷設，輸出電流均勻，避免了過保護和保護不足的問題，不受土壤電阻率大小的影響（見圖3），但造價高，一般只在關鍵地方且土壤電阻率極高的部分區域使用。

圖3 柔性陽極敷設應用示意

通過經濟、技術方面的綜合對比，達坂城中間熱泵站區域陰極保護原設計中外加電流的輔助陽極采用深井陽極與淺埋陽極相結合的陽極地床方式。先通過現場做饋電試驗初步確定電流量，在適當地方施工深井陽極，然后邊施工邊調試，如果確認保護效果不能達到設計要求，可以在保護欠缺處輔以淺埋地床。

1.4 區域陰極保護施工

達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，該站是對原油進行加熱的換熱站，成品油管道只在該站設置了截斷閥，所以原油管道進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充分考慮了對站外系統的干擾問題，盡量遠離縱穿站場的成品油管道。

由于現場不具備做饋電試驗的條件，故施工時調整了方案，采用邊施工邊調試的做法。供電設備選用2臺50A/50V的恒電位儀，每臺設備均具備斷電測試功能。首先在加熱爐區打1口陽極井，井深為60 m，井內安裝預包裝金屬氧化物陽極（MMO），在站場內均勻分布10個測試點。陰極保護投運前測試自然電位，并根據測量結果對陰極保護系統和接地系統進行調整，必要時，可以安裝第2口陽極井。如果2口陽極井仍然不能達到設計要求，則考慮對接地系統進行改造。

2 站場陰極保護系統投運及調整

2.1 第1口深井陽極投用后的系統運行狀況

在第1口深井的陰極保護系統投運后，測試通電電位，測試結果見圖4。

圖4 第1口陽極井投運后站場內各測試點的保護電位

由圖4可見，當僅施工1口深井時，有8處測試點的保護電位未達到設計要求（≤-0.85 V即滿足設計要求，相對于銅/硫酸銅參比電極）。經分析，認為有相當部分的保護電流從接地極漏走，但仍有2點的保護效果達到設計要求，且部分測量點保護電位有負移的傾向。因此，決定再安裝第2口深井陽極系統，加大對管道的保護。

2.2 第2口深井陽極投用后的系統運行狀況

在施工了第2口陽極井后，立即對系統的保護電位進行了測量。測量結果見圖5。

從圖5可見，當施工2口深井時，保護電位全部達到了設計要求。2周后，即一般認為管道達到完全極化后，對測試點進行通—斷電測試，測量系統的斷電電位。測試結果見圖6。此時，1#恒電位儀的輸出電流為7.9 A，輸出電壓為41.2 V，保護電位為-1.11 V。2#恒電位儀的輸出電流為8.7 A，輸出電壓為45.1 V，保護電位為1.19 V。

圖6 極化后的各測試點保護電位通斷電測試結果

從測量的結果可以看出，10個測試點的通電及斷電電位均滿足保護要求。從測量結果也可以推斷出，接地系統的漏流在可控制范圍之內，陰極保護系統運行良好，因此，不必對接地系統進行改造。

3 結論及建議

根據達坂城中間加熱站區域陰極保護工程的設計、調整及運行情況，可以得出以下結論：

（1） 對于保護對象復雜的站場埋地管網區域性陰極保護系統，采用邊設計、邊施工、邊測量、邊調整的做法，既可以有效地控制工程費用，又可達到很好的保護效果。

（2） 增加深井陽極，可以抵消接地模塊對陰極保護系統的影響，每個接地模塊泄漏電流的情況需要通過測試來確定。

（3） 通過工程的實際運行可以看出，本工程的設計思路可供同類工程參考借鑒。

[1] SYJ 4006-1990，長輸管道陰極保護工程施工及驗收規范[S].

[2] GB/T 21447-2008，鋼質管道外腐蝕控制規范[S].

[3] GB/T 21448-2008，埋地鋼質管道陰極保護技術規范[S].

[4] GB/T 21246-2007，埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法[S].

Abstract:The design and implementation of cathodic protection in oil gathering station zone are difficult because many devices and equipment need to be protected and their allocation is complex,current required is strong and boundary conditions are complicated.In this paper,the design thoughts,mode selection and implementation procedure of cathodic protection for the intermediate heat pumping station zone in Daban City are described.The field detection of the cathodic protection parameters is carried out,which indicates that for the station already using grounding module,a certain amount of cathodic protection current may leak out from the grounding module,but it can be compensated by increasing the quantity of anode system without needing dismantlement of grounding module.Besides,adopting the associated working method of design,construction,measuring and adjustment is able to not only control engineering costs,but also obtain good protection effects.

Key words:oil gathering station;local cathodic protection;grounding module

（48）Cathodic Protection Applied for Oil Gathering Station Zone

ZHAO Chang-ying（Huabei Branch of CNPC Engineering Design Co.,Ltd.,Renqiu 062552，China）

TE988 U177.1

B

1001－2206（2010）05－0048－03

趙常英（1968-），女，河北遷西人，高級工程師，1989年畢業于西南石油學院，從事石油石化行業儲罐、管道、站場的防腐蝕設計工作。

2010-01-18；

2010-07-14