深井陽極地床干擾范圍影響因素分析

劉海祿 張國虎 宋凌燕

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.西南石油大學石油工程學院，四川 成都 610500

0 前言

陽極地床是陰極保護系統中的重要組成部分。采用強制電流法陰極保護的陽極地床有兩種類型，即淺埋陽極地床和深井陽極地床。

深井陽極地床是指地下深層井孔中 （通常井深大于15m）垂直安裝一支或多支陽極的地床形式，多用于地表土壤電阻率很高或地表空間狹小、無法滿足淺埋陽極地床安裝空間及所需的陽極接地電阻要求的情況［1］。

深井陽極與淺埋陽極相比最突出的優點是降低地表電位梯度，減輕對周圍其他金屬構筑物干擾，其減輕程度與井深、井與其它金屬構筑物的距離有關：井越深，干擾越小；井與其它金屬構筑物的距離越遠，干擾越?。?］。

由于工程建設用地越來越緊張，深井陽極地床可供選擇的空間越來越小，陽極地床離附近地下設施的距離越來越近，陽極地床的干擾問題越來越突出［3-4］。

1 陽極地床干擾

當陰極保護電流自陽極地床流入周圍土壤時，會在陽極區形成陽極電壓錐，由此造成該土壤中的電位升高并超過遠方土壤中的電位。

沿電流流動的方向，電位梯度將隨著離陽極地床的距離的增加而逐漸減小，到達一定距離后可以忽略。

《陰極保護手冊》指出，經驗表明，陽極地電位上升值Uy＜0.5V不會造成不可接受的陽極干擾［5］。

2 地電位升計算

關于地電位升的計算，采用BSEN 14505∶2005《復雜構筑物的陰極保護》［6］附錄D中用于立式陽極地床的計算公式：

式中：Uy為地表y點處的電位，V；y為地床干擾范圍，m；t為地床深度，m；L為地床長度，m；ρ為土壤電阻率，Ω·m；I為施加到陽極地床的電流，A。

3 影響因素

從式（1）可見，深井陽極地床干擾范圍的影響因素有：土壤電阻率、地床深度、地床長度及施加到陽極地床的電流。通過數據及圖表對這四個因素逐一進行分析。

表1～4均按Uy≈0.5V時根據各個因素的變化計算出陽極地床與周圍構筑物的距離，即各個因素變化時周圍構筑物受陽極地床影響可忽略時的最小距離。

表1 土壤電阻率與地床干擾范圍

圖1 土壤電阻率與地床干擾范圍

3.1 土壤電阻率

表1和圖1反映出，土壤電阻率增加90Ω·m時地床干擾范圍增加了297m，土壤電阻率對地床干擾范圍影響較大。地床干擾范圍隨土壤電阻率增加而增大，即土壤電阻率增加則陽極地床干擾范圍增大。

3.2 地床深度

表2和圖2反映出，地床深度增加90m，而地床干擾范圍只減少了46m，地床深度對地床干擾范圍影響較小。地床干擾范圍隨地床深度增加而減小，即地床埋得越深，陽極地床干擾的范圍越小。

3.3 地床長度

表3和圖3反映出，地床長度增加了54m，而地床干擾范圍卻只減少了9m，地床長度對地床干擾范圍影響甚微。地床干擾范圍隨地床長度增加而減小，即地床長度增加，陽極地床干擾范圍減小。

3.4 施加到陽極地床的電流

表4和圖4反映出，電流增加了18 A，而地床干擾范圍卻增加了297m，電流對地床干擾范圍影響很大。地床干擾范圍是隨電流增加而增大，即電流越大，陽極地床干擾范圍越大。

表2 地床深度與地床干擾范圍

圖2 地床深度與地床干擾范圍

表3 地床長度與地床干擾范圍

圖3 地床長度與地床干擾范圍

表4 施加到陽極地床的電流與地床干擾范圍

圖4 施加到陽極地床的電流與地床干擾范圍

4 結語

通過對深井陽極地床干擾范圍分別受土壤電阻率、地床深度、地床長度及施加到陽極地床的電流的影響大小的對比，得出：

a)深井陽極地床干擾范圍受施加到陽極地床的電流影響很大，受土壤電阻率影響較大，受地床深度影響較小，受地床長度影響甚微。

b)盡可能減小陰極保護電流是減少深井陽極地床干擾的最佳方式。

c)在無法減小陰極保護電流的情況下，應將深井陽極地床設置在土壤電阻率低的位置。

d)增加陽極地床可明顯縮小干擾影響距離。

e)深井陽極地床深度和長度的增加都可以減少陽極地床的干擾，但是減小的幅度較小。

［1］黃留群.國內長輸油氣管道站場區域陰極保護技術概況［J］.防腐保溫技術，2009，17（3）：20-25.Huang Liuqun.Survey of Regional Cathodic Protection in Domestic Long Distance Oil and Gas Pipeline Stations ［J］.Anticorrosion&Insulation Technology,2009,17（3）:20-25.

［2］王芷芳，段 蔚，李夏喜.有關深井陽極的幾個問題［J］.腐蝕與防護，2004，25（11）：480-482.W ang Zhifang，Duan W ei，Li Xiaxi.Several Issues in Deepwell Anodes for Cathodic Protection ［J］.Corrosion&Protection,2004,25（11）:480-482.

［3］李 浩.杭甬線輸氣管道工程防腐專業的設計與施工［J］.天然氣與石油，2008，26（2）：1-3.LiHao.Summarization on Design and Construction of Corrosion Control System in Hang-Yong Gas Pipeline［J］.Natural Gasand O il,2008,26（2）:1-3.

［4］茅斌輝，彭世尼.深井陽極地床設計中沿深度方向土壤電阻率的測試與分析［J］.天然氣與石油，2011，29（1）：48-50.Mao Binhui，Peng Shini.Testand Analysison Soil Resistivity in Deep W ell Anode Ground Bed Design ［J］.Natural Gas and Oil,2011,29（1）:48-50.

［5］貝克曼W V，施文克W，普林茲W.陰極保護手冊 ［M］.胡士信，王向農，等譯.北京：化學工業出版社，2005，161-162.Baeckman W V，Schwenk W，PrinzW.Handbook of Cathodic Protection ［M］.Hu Shixin，Wang Xiangnong， et al.Trans.Beijing：Chem ical Industry Press，2005，161-162.

［6］BSEN 14505:2005,Cathodic Protection of Complex Structures［S］.