工藝管網區域陰極保護系統干擾問題的檢測及處理

熊金根，李嵐鑫，孫冰冰

（1.中國石油西部管道公司科技信息服務中心，新疆烏魯木齊 830012；2.中國石油西部管道公司新疆輸油氣分公司，新疆烏魯木齊 830063）

0 引言

輸油氣站庫站內一般包含了管網、儲罐和防雷接地網等在內的多種埋地金屬結構物。為了保護站庫內埋地管網的安全，近年來區域陰極保護技術發展迅速[1-3]。由于站內、外陰極保護系統所需保護電流及保護對象等存在較大差異，常采用絕緣法蘭將站內、外管道電隔離，即站場內外各自采用獨立的陰極保護系統。由于站內、外陰極保護系統相對距離較近，如果設計不合理，不同陰極保護系統之間可能會產生干擾問題[4-8]，一般是站內陰極保護系統對站外干線陰極保護系統產生干擾，引起干線陰極保護系統輸出異常，無法達到保護效果。目前國內對于不同陰極保護系統間干擾問題的檢測和處理仍處于研究探索階段。

鄯善商業儲備庫 （以下簡稱儲備庫）工藝管網區域陰極保護系統采用深井陽極的外加電流保護方式，通過4座深井陽極地床來保護儲備庫內的埋地輸油管道和消防管道。現場運行發現，儲備庫工藝管網區域陰極保護系統開啟后，引起西部原油成品油管道 （以下簡稱雙蘭線）陰極保護恒電位儀輸出電流和電壓出現大幅增加，同時上下游管道電位出現明顯負移，通過開展現場檢測和試驗，對雙蘭線受干擾的原因進行了分析確定，并對干擾解決方法進行了探索。

1 儲備庫工藝管網區域陰極保護系統干擾問題

儲備庫工藝管網陰極保護系統 （以下簡稱工藝管網區域陰保系統）采用外加電流保護方式，該系統的陽極地床為4座深井陽極，分布在站內東、南、西、北方向，其中用于保護消防管道的恒電位儀1臺，用于保護油管道的恒電位儀3臺。陽極井深度超過200 m，每座深井埋設4組高硅鑄鐵輔助陽極。設備采用4臺福建三明PC-1B-P型恒電位儀，每臺恒電位儀輸出額定功率為50 V×12.5 A。

工藝管網區域陰保系統在建成之后未能正常投入使用，在排除設備和連接問題之后，發現主要是因為該系統開啟之后，雙蘭線管道電位較正常值負移達0.6～0.7 V，管地電位值約為-1.7～-1.9 V（相對于銅/飽和硫酸銅參比電極，縮寫為CSE）；同時開啟站內工藝管網區域陰保系統恒電位儀前后，雙蘭線陰保系統恒電位儀的輸出電壓和輸出電流都有明顯的增大，如表1所示。以上這些現象表明工藝管網區域陰保系統對雙蘭線管道陰極保護系統產生了干擾。

表1 雙蘭線陰保系統恒電位儀屏顯值

2 工藝管網區域陰保系統對雙蘭線干擾原因的現場檢測及排查

初步分析，工藝管網區域陰保系統開啟后引起雙蘭線陰保電位及恒電位儀輸出參數變化的原因可能有兩方面，一方面是工藝管網區域陰保系統對雙蘭線造成了雜散電流干擾，導致一部分區域陰保電流從某處流入雙蘭線管道，又從其他位置流出，從而引起雙蘭線陰保電位及輸出參數的變化；另一方面是儲備庫工藝管網和雙蘭線之間的絕緣失效，導致彼此之間有電連接，從而使得一部分區域陰保電流泄漏到雙蘭線上，引起雙蘭線電位偏移及輸出參數變化。為了明確產生干擾的根本原因，開展了詳細的現場檢測和試驗，通過檢測及試驗數據分析來對干擾原因進行排查。

2.1 絕緣失效導致區域陰極保護電流泄漏可能性的檢測與排查

鄯善站庫進出站管道共設5個絕緣接頭，若出現絕緣性能失效，可能會導致區域陰保電流泄漏到雙蘭線中，故首先對絕緣接頭絕緣性能進行了檢測。本次檢測采用PCM漏電率法對各絕緣接頭進行檢測，結果發現雙蘭線原油出站的絕緣接頭存在一定的漏電現象，表2為鄯善站庫絕緣接頭PCM漏電率法測試結果。

表2 鄯善站庫絕緣接頭PCM漏電率法測試結果

除了對絕緣接頭進行絕緣性能測試，還采用PCM電流衰減檢測法對雙蘭線進出站場附近的管道電流衰減情況進行了檢測，確定檢測管段是否出現異常點 （破損點或分支等）可能構成雜散電流流入的途徑。經檢測雙蘭線出站管段出現電流衰減情況，如圖1所示。

圖1 雙蘭線出站管道PCM電流衰減檢測結果

由圖1可見，雙蘭線出站管段在30號測點出現電流急劇變化，說明該處管段可能有外防腐層漏點。通過查看站場管網，該處也是雙蘭線與站內工藝管網接近的區域。

由表2及圖1可見，雙蘭線漏點絕緣接頭及電流衰減突變點均出現在雙蘭線出站管段，若儲備庫工藝管網區域陰保系統影響雙蘭線陰保電位及恒電位儀參數的主要原因為區域陰保電流通過該處泄漏點泄漏到雙蘭線上，則斷開雙蘭線陰保系統上下游跨接線后，雙蘭線上游管道 （進站管道）將不再受到干擾，而下游管道 （出站管道）仍會受到干擾。按照上述方式對上下游管道電位進行檢測，測試結果如表3所示。

表3檢測結果表明，在開啟工藝管網區域陰保系統恒電位儀后，雙蘭線上游測試樁電位迅速負移，干擾依然存在；下游測試樁電位略有負移，但是負移程度很小。這說明雙蘭線所受干擾并非主要由站內區域陰保電流流失造成。而且現場進一步測試的數據顯示，工藝管網區域陰保系統恒電位儀開啟后，雙蘭線站內絕緣接頭外側管地電位出現正向偏移，偏移量達到0.2～0.7 V，若雙蘭線所受影響是由于站場內外絕緣失效導致區域陰保電流泄漏導致，則不會出現這種庫區附近管道電位正移的現象。

表3 工藝管網區域恒電位儀開啟前后雙蘭線站外管地電位測試結果

綜合上面所作的各項現場檢測及分析，可基本排除儲備庫工藝管網和雙蘭線之間發生絕緣失效而使部分區域陰保電流泄漏到雙蘭線上的可能性。

2.2 工藝管網區域陰保系統對雙蘭線造成雜散電流干擾的檢測與排查

雙蘭線陰極保護系統采用恒電位運行模式，而控制參比電極通常設在絕緣接頭或絕緣法蘭外側，距離站內金屬結構較近，因此易受到站內陰極保護系統的影響。當該處管道受到站內陰極保護系統干擾時，就會由于附加極化或去極化而影響控制系統的信號反饋，從而使干線保護系統的輸出降低或增加，干線保護相應受到影響。這種干擾通常分為兩種方式：干擾電流從控制參比電極位置流入或干擾電流從控制參比電極位置流出。圖2為兩種情況的示意圖。

將雙蘭線干線陰保系統恒電位儀關閉，測試工藝管網區域陰保系統恒電位儀開啟前后雙蘭線站內絕緣接頭內外側管地電位，如表4所示。

由表4可見，在工藝管網區域陰保系統開啟后，雙蘭線站內絕緣接頭外側管道電位正移0.2～0.7 V，這種情況是典型的干擾電流從控制參比電極位置流出的現象，也稱陰極干擾[9-10]。形成陰極干擾的主要原因是工藝管網區域陰保系統采用深井陽極地床形式。由于深井陽極埋深較深，因此陽極電場影響較小，主要是工藝管網陰極電場影響了雙蘭線靠近站場的管段，導致有雜散電流從該段管道上流出，由于控制參比電極一般設在該段管道上，雜散電流的流出導致極化減小，為維持恒電位儀設定的控制電位，雙蘭線陰保系統輸出電壓和輸出電流將自動提高，導致雙蘭線上下游管道電位負移，這也正是儲備庫工藝管網區域陰保系統開啟后引起雙蘭線上下游管道電位較正常值負移0.6～0.7 V的根本原因。

圖2 控制參比電極處干擾電流

表4 工藝管網陰保系統恒電位儀開啟前后雙蘭線絕緣接頭內外側管地電位

3 儲備庫工藝管網區域陰保系統干擾問題的處理

3.1 通過合理布置控制參比電極的埋設位置來消除恒電位儀所受干擾

由前面的分析可見，雙蘭線陰保系統恒電位儀輸出電壓、輸出電流參數變化的主要原因是由于雙蘭線控制參比電極位置處受到陰極干擾導致，因此通過改變控制參比電極的位置可以緩解對恒電位儀的干擾。將雙蘭線控制參比電極位置由圖3（a）所示位置移至圖3（b）所示的站外302#測試樁附近，避開站內工藝管網區域陰保系統的影響區域，檢測測試雙蘭線上下游管道電位，結果見表5（工藝管網區域陰保系統處于開啟狀態）。從表5可以看出改變雙蘭線控制參比電極位置后，雙蘭線上下游管道的管地電位恢復正常，同時恒電位儀的輸出也恢復到干擾前的水平。因此，通過合理布置控制參比電極的埋設位置可消除恒電位儀所受的干擾。

圖3 雙蘭線陰保系統控制參比電極位置

表5 雙蘭線陰保系統控制參比埋設在站外時，雙蘭線站外上下游管地電位測試結果

3.2 關于徹底消除管道電位正向偏移干擾問題的設想

盡管通過改變雙蘭線控制參比電極的位置可以消除恒電位儀所受干擾，使雙蘭線上下游管道電位恢復正常，但在雙蘭線站內絕緣接頭外側管道電位的正向偏移仍存在，說明干擾問題仍沒有完全消除。消除干擾的最終目標是將恒電位儀的運行參數及各個位置的管地電位均恢復至受干擾前的水平。由于正向偏移意味著雜散電流流出，腐蝕的風險非常高，因此需盡快采取措施解決該問題。要消除正向偏移問題，需要結合區域陰極保護陽極地床的優化改造來進行，必要時需采取適當的排流措施，如犧牲陽極排流地床。

4 結束語

（1）儲備庫工藝管網區域陰極保護系統開啟后引起雙蘭線陰極保護系統輸出電壓和電流增大，上下游管地電位負移0.6～0.7 V，站內絕緣法蘭外側管地電位出現正向偏移，說明工藝管網區域陰極保護系統對雙蘭線陰保系統造成了明顯干擾。

（2）通過對絕緣接頭絕緣性能及管道電流衰減情況進行PCM檢測，并開展現場試驗，排除了絕緣失效導致區域陰極保護電流泄漏引起雙蘭線干擾的可能性。通過理論分析及現場測試數據確定了雙蘭線受到干擾的根本原因是控制參比電極位置處受到站內工藝管網陰極干擾，導致該位置處雜散電流流出，極化減小，為了維持設定的電位，系統輸出增大，使得上下游管道電位負向偏移。

（3）通過改變控制參比電極的位置，消除了恒電位儀所受干擾，使雙蘭線上下游管地電位恢復正常，但雙蘭線絕緣接頭外側管道電位正向偏移依舊存在，尚需要通過區域陰極保護地床的優化布置或必要的排流措施來消除腐蝕隱患。

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