劉元洪

(四川科宏石油天然氣工程有限公司，四川 成都 610213)

地處重慶的渝北區(qū)的中心城區(qū)的兩路保護(hù)站，目的是為站外的φ720管線、φ711管線、φ529管線、φ426管線提供陰極保護(hù)。由于當(dāng)?shù)赝恋刭Y源緊缺和有效利用，原站外陽(yáng)極地床所占地被征用，陽(yáng)極地床的新選址范圍只能在站內(nèi)原征地范圍內(nèi)，具體位置位于工藝區(qū)外40 m的綠化帶。陰極保護(hù)站投產(chǎn)后，陽(yáng)極地床對(duì)附近埋地金屬構(gòu)筑物的產(chǎn)生了直流干擾影響，本文分析原因并提出建議措施。

1 深井陽(yáng)極地床的選用

本站采用雙陽(yáng)極井措施，陽(yáng)極井間的距離不小于陽(yáng)極長(zhǎng)度的2倍，陽(yáng)極體埋設(shè)在地面下40 m的含水層，每座深陽(yáng)極地床井深不小于40 m，采用閉孔陽(yáng)極地床，每座深陽(yáng)極安裝3組分段預(yù)制式陽(yáng)極體，共6組該陽(yáng)極體，陽(yáng)極具體結(jié)構(gòu)如下:

(1)陽(yáng)極組合體為外徑φ219 mm，長(zhǎng)6 m的鋼套管(20號(hào)鋼);每組陽(yáng)極體內(nèi)串接有3支采用以鈦為基體材料，表面覆蓋貴金屬氧化物組成的鈦鍍貴金屬氧化物陽(yáng)極。

(2)貴金屬氧化物陽(yáng)極直徑為25 mm;單支陽(yáng)極長(zhǎng)度為1000 mm，重量320 mg;執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASTM B338一級(jí)鈦(或GB/T3620 TA2);氧化膜為 IrO/TaO(氧化銥/氧化鉭)。

(3)陽(yáng)極體應(yīng)采用在工廠預(yù)先封裝，貴金屬氧化物陽(yáng)極周圍應(yīng)填充高純度、低阻抗碳素填料，填充應(yīng)密實(shí)。電纜在陽(yáng)極筒內(nèi)連接，接觸電阻小于 0.01 Ω。

圖1 深井陽(yáng)極安裝布置圖Fig.1 Deep anode installation layout(mm)

2 測(cè)試

2.1 兩路陰極保護(hù)站的設(shè)置

PS-1恒電位儀2臺(tái)(1用1備)，陰極保護(hù)控制臺(tái)1臺(tái)(4路輸出通道)。陰極保護(hù)站輸出情況見(jiàn)表1、表2。

表1 陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試結(jié)果(分別送電)Table1 Cathodic protection parameters test results(respectively transmission)

表2 陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試結(jié)果(同時(shí)送電)Table2 Cathodic protection parameters test results(sent simultaneously power)

2.2 站外測(cè)試樁測(cè)試情況見(jiàn)表3

表3 第一個(gè)檢測(cè)樁測(cè)試參數(shù)(同時(shí)送電)Table3 First detected pile test parameters(sent simultaneously power

2.3 深井陽(yáng)極陽(yáng)極干擾情況

具體測(cè)試見(jiàn)表4，陽(yáng)極干擾區(qū)地電位梯度測(cè)試見(jiàn)表5。

表4 其它金屬構(gòu)筑物地電位參數(shù)Table4 Deep anode ground around the parameters of other metal structures

表5 地電位梯度測(cè)試結(jié)果Table5 Test results of Ground potential gradient

3 問(wèn)題分析

3.1 深井陽(yáng)極干擾

一般，深井陽(yáng)極地電場(chǎng)干擾電壓可用下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:l—陽(yáng)極長(zhǎng)度(含填料)，m;

ρ—陽(yáng)極區(qū)土壤電阻率，(Ω·m);

t—埋深(填料頂部距地表面，m;

r—距離工藝裝置區(qū)，m;

I—陽(yáng)極輸出電流，A;

Ur—地電場(chǎng)電壓，V。

兩路深井陽(yáng)極埋深t=23 m，陽(yáng)極長(zhǎng)度l=18 m，距離工藝裝置區(qū)r=38 m，土壤電阻率ρ=30 Ω·m。經(jīng)計(jì)算，兩路陰極保護(hù)站2組深井陽(yáng)極在工藝裝置區(qū)產(chǎn)生的地電場(chǎng)迭加干擾電壓見(jiàn)表6。

表6 兩路站距離深井陽(yáng)極38 m處陽(yáng)極干擾電壓Table6 Lianglu Station 38m from deep anode voltage at the anode interference calculation

當(dāng)陰極保護(hù)電流輸出為7 A時(shí)，10～40 m范 圍內(nèi)地電場(chǎng)迭加干擾電壓見(jiàn)表7。

表7 兩路站距離深井陽(yáng)極5～40 m陽(yáng)極干擾電壓Table7 Lianglu Station 5～40 m deep well anode voltage anode interference calculation

當(dāng)?shù)仉妶?chǎng)干擾電壓＜500 mV，且造成的干擾段管道陽(yáng)極極化區(qū)極化電位＜100 mV時(shí)，不會(huì)造成不可接受的后果。此時(shí)，受干擾管段的陽(yáng)極極化區(qū)腐蝕速度約等于鋼鐵的自然腐蝕速度。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，當(dāng)輸出電流降低至5.7 A時(shí)，兩路站站內(nèi)工藝裝置接近深井陽(yáng)極端陰極極化約－50 mV，遠(yuǎn)端陽(yáng)極極化＜100 mV。此時(shí)站內(nèi)埋地工藝裝置受到輕微的陽(yáng)極干擾。另外，站內(nèi)水管線距離深井陽(yáng)極較近(4～10 m)，受到的陽(yáng)極干擾電壓約1～1.5 V，該水管線接近深井陽(yáng)極端陰極極化約-100 mV，遠(yuǎn)端陽(yáng)極極化110～150 mV，陽(yáng)極干擾現(xiàn)象明顯。

為保證輔助陽(yáng)極干擾電壓＜500 mV，陰極保護(hù)輔助陽(yáng)極地床和埋地管道的安全間距也需要滿足:間距＞陽(yáng)極長(zhǎng)度0.65×陽(yáng)極電壓。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)兩路陰極保護(hù)站深井陽(yáng)極電壓不大于6.78 V時(shí)，站內(nèi)工藝裝置受到的陽(yáng)極干擾電壓小于500 mV。

通過(guò)以上分析，可以確認(rèn)兩路站站內(nèi)工藝裝置區(qū)管道受到深井陽(yáng)極的陽(yáng)極干擾。因此，采取有效的排流措施可以消除或緩解陽(yáng)極干擾對(duì)站內(nèi)埋地管道造成的危害。

3.2 斷電電位

對(duì)于兩路陰極保護(hù)站斷電電位未完全達(dá)到－850 mV，認(rèn)為主要涉及測(cè)試條件和陽(yáng)極干擾問(wèn)題。

首先，由于應(yīng)用斷電技術(shù)和有關(guān)方法進(jìn)行無(wú)IR降電位測(cè)試的條件受到客觀條件的制約:雜散電流、電偶電流、在線犧牲陽(yáng)極、高壓交流干擾、其它陰極保護(hù)站未同步斷開(kāi)輸出電流等都會(huì)造成所測(cè)試的斷電電位不真實(shí)或誤差很大，不能真實(shí)反映管道在通電狀況下的陰極極化程度。例如，φ529管線沿線設(shè)置的犧牲陽(yáng)極就會(huì)對(duì)該管線斷電電位測(cè)試造成較大的影響。

其次，對(duì)于兩路站在通電點(diǎn)處受到陽(yáng)極干擾較大的管段，陽(yáng)極干擾會(huì)造成較大的IR降，以至于需要較高的通電點(diǎn)測(cè)試電位才能使得管道的陰極極化達(dá)到需求。此時(shí)，隨著管道遠(yuǎn)離陽(yáng)極干擾區(qū)，陽(yáng)極干擾造成的IR降會(huì)逐步降低。

另外，陽(yáng)極干擾區(qū)內(nèi)站內(nèi)埋地管道會(huì)消耗部分陰極保護(hù)電流，引起陰極保護(hù)電流不能有效分配到保護(hù)管道，造成保護(hù)管道陰極極化不足的現(xiàn)象。

4 處理措施

在站內(nèi)陽(yáng)極干擾區(qū)內(nèi)查明埋地管道陽(yáng)極極化區(qū)(一般位于距離深井陽(yáng)極干擾區(qū)的遠(yuǎn)端或干擾電流流出通道較好處)，在陽(yáng)極極化區(qū)與保護(hù)管道之間用二極管和可變電阻連接，消除站內(nèi)埋地管道受陽(yáng)極干擾產(chǎn)生的陽(yáng)極極化現(xiàn)象，并把陰極保護(hù)電流引回保護(hù)管道，改善保護(hù)管道的陰極保護(hù)效果。具體措施如下:

(1)提高陽(yáng)極區(qū)附近的地下金屬構(gòu)筑物的防腐層質(zhì)量，其絕緣電阻不低于50000 Ω·m2。

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)管地電位檢測(cè)，查明站內(nèi)陽(yáng)極極化區(qū)分布。

(3)在恒電位儀器允許條件下，提高給定電位，確保斷電位不超過(guò)-1.15 V。

(4)在保護(hù)管道和陽(yáng)極極化區(qū)之間，或絕緣法蘭之間，用“二極管和0.2～2 Ω可變變阻”連接，調(diào)節(jié)可變電阻，消除陽(yáng)極極化區(qū)偏移電位;

(5)兩路站進(jìn)出各管道相關(guān)陰極保護(hù)站設(shè)置同步通斷控制器，對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)管段實(shí)施斷點(diǎn)電位測(cè)試，驗(yàn)證干擾排流后對(duì)陰極保護(hù)站運(yùn)行工作的影響。

排流技術(shù)可控制陽(yáng)極干擾帶來(lái)的負(fù)面影響，在維持兩路陰極保護(hù)站正常輸出條件下，深井陽(yáng)極產(chǎn)生的陽(yáng)極干擾不會(huì)對(duì)站內(nèi)管道形成有危害性的陽(yáng)極極化區(qū)。同時(shí)，該方案也有利于改善保護(hù)電流分配。

[1]W.v.貝克曼.陰極保護(hù)手冊(cè)—〈電化學(xué)保護(hù)理論與實(shí)踐〉，第3版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:386.