方衛(wèi)林，李振軍，洪 娜，吳思憲，劉志達(dá)

(中國(guó)石油西部管道分公司，烏魯木齊 830011)

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典型站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾的檢測(cè)及處理

方衛(wèi)林，李振軍，洪 娜，吳思憲，劉志達(dá)

(中國(guó)石油西部管道分公司，烏魯木齊 830011)

為了消除區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾，使線路陰極保護(hù)系統(tǒng)能夠正常恒位運(yùn)行,采用陰極保護(hù)電位分布數(shù)值模擬及干擾模擬計(jì)算的三維幾何模型對(duì)干擾進(jìn)行了分析，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)模擬及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果對(duì)干擾采取了有效的治理，消除了區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾，將線路恒電位儀的輸出參數(shù)恢復(fù)至干擾前的水平。

區(qū)域陰極保護(hù)；陽(yáng)極干擾；數(shù)值模擬；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

壓氣站是天然氣生產(chǎn)和輸送中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，站內(nèi)一般包含了工藝管網(wǎng)、防雷接地網(wǎng)等在內(nèi)的多種埋地金屬構(gòu)筑物。為了保護(hù)站內(nèi)埋地管網(wǎng)及防雷接地網(wǎng)的安全長(zhǎng)效運(yùn)行，近年來(lái)區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展迅速[1-2]。由于站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)所保護(hù)的埋地構(gòu)筑物多為裸鋼或防腐蝕層較差的鋼結(jié)構(gòu)，而站外陰極保護(hù)系統(tǒng)所保護(hù)的干線防腐蝕層較好，站內(nèi)、外兩套陰極保護(hù)系統(tǒng)所需的保護(hù)電流存在較大差異，因此常采用絕緣接頭將站內(nèi)、外管線電隔離，即站場(chǎng)內(nèi)外各自采用獨(dú)立的陰極保護(hù)系統(tǒng)。由于站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)通常距離站外干線較近，如果設(shè)計(jì)不合理，站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)會(huì)對(duì)站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，引起干線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出異常，無(wú)法達(dá)到保護(hù)效果，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于不同陰極保護(hù)系統(tǒng)間干擾問(wèn)題的檢測(cè)和處理仍處于研究探索階段[3-4]。

某壓氣站區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)采用淺埋陽(yáng)極地床的外加電流保護(hù)方式，通過(guò)3路淺埋陽(yáng)極地床來(lái)保護(hù)站場(chǎng)內(nèi)的接地網(wǎng)、埋地工藝管線及壓縮機(jī)區(qū)域埋地金屬構(gòu)筑物。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后，引起該站所轄干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流為零，同時(shí)下游出站端管線極化電位較正常保護(hù)下管線的極化電位正移500 mV左右。通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試驗(yàn)明確了干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾源，并進(jìn)行了有效治理，將干線恒電位儀的輸出參數(shù)恢復(fù)至干擾前的水平。

1 站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)干擾排查

某壓氣站站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由1套4路恒電位儀、柔性陽(yáng)極地床、高硅鑄鐵淺埋輔助陽(yáng)極地床、參比電極、饋流點(diǎn)和測(cè)試點(diǎn)、分流箱、連接電纜等構(gòu)成。每路的設(shè)計(jì)保護(hù)區(qū)域如下：第1回路保護(hù)站區(qū)接地系統(tǒng)；第2回路保護(hù)工藝裝置區(qū)、收發(fā)球筒區(qū)、放空區(qū)及其周圍管網(wǎng)；第3回路保護(hù)壓縮機(jī)區(qū)及其周圍管網(wǎng)；第4回路備用。設(shè)備采用福建三明PS-3F型恒電位儀，額定輸出功率為50 V/30 A。

站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)啟后，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流即為零，為確認(rèn)是區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的哪一路對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)存在干擾，將3路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀分別通斷，觀察線路陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出，見(jiàn)表1。

表1 干線陰保恒電位儀輸出值

由上表可以看出，第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟后，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流變?yōu)榱?，這是因?yàn)榫€路控制參比電極一般放置在出站絕緣接頭站外側(cè)附近，且處于第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極地床的陽(yáng)極電場(chǎng)影響區(qū)，導(dǎo)致有雜散電流從該段管道上流入，雜散電流的流入導(dǎo)致極化增大，恒電位儀為維持設(shè)定的控制電位，輸出電壓和輸出電流自動(dòng)降低為零。干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀無(wú)輸出，最終導(dǎo)致站場(chǎng)上下游管線實(shí)際得不

到陰極保護(hù)，增大了管線發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

2 干擾及緩解措施的數(shù)值模擬分析

根據(jù)該站的平面布置圖、埋地管網(wǎng)分布圖、接地網(wǎng)分布圖情況建立了陰極保護(hù)電位分布數(shù)值模擬及干擾模擬計(jì)算的三維幾何模型，通過(guò)計(jì)算控制參比電極的可能移動(dòng)位置來(lái)保證線路陰極保護(hù)系統(tǒng)能以恒電位模式正常工作，為下一步的調(diào)整和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試提供一定的借鑒指導(dǎo)作用。其計(jì)算過(guò)程如下。

根據(jù)資料建立了該站區(qū)域陰極保護(hù)數(shù)值模擬及干擾模擬計(jì)算的三維模型，并進(jìn)行了邊界元網(wǎng)格劃分，如圖1和2所示。

圖1 壓氣站站內(nèi)外干擾三維計(jì)算模型Fig. 1 Interference three-dimensional calculation model of compressed natural gas station

利用軟件對(duì)站內(nèi)外干擾模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，研究陽(yáng)極干擾區(qū)的距離。

首先模擬計(jì)算了不存在干擾時(shí)，站場(chǎng)附近線路的陰極保護(hù)電位分布，如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，不存在干擾時(shí)，站場(chǎng)附近線路能受到良好的陰極保護(hù)，且保護(hù)電位能達(dá)到-1 000 mV左右，對(duì)應(yīng)云圖中AB段和CD段。

當(dāng)存在干擾時(shí)，即站場(chǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)輸出電流為30 A時(shí)，站場(chǎng)附近出站和進(jìn)站線路的陰極保護(hù)電位分布見(jiàn)圖4。由圖可見(jiàn)，存在干擾時(shí)，站場(chǎng)附近線路由于受到陽(yáng)極干擾的影響而發(fā)生電位負(fù)移，但未發(fā)生過(guò)保護(hù)的情況。由該陽(yáng)極干擾的影響距離可能達(dá)到200～300 m，此時(shí)應(yīng)將參比電極移動(dòng)到300 m以外。

圖2 壓氣站站內(nèi)外干擾三維計(jì)算模型的網(wǎng)格分布Fig. 2 Distribution network of interference three-dimensional calculation model

圖3 不存在干擾時(shí)站場(chǎng)附近線路陰極保護(hù)電位分布Fig. 3 Cathodic protection potential distribution of pipeline near the station without interference

(a) 出站線路(b) 進(jìn)站線路圖4 存在干擾時(shí)站場(chǎng)附近出站線路和進(jìn)站線路的陰極保護(hù)電位分布Fig. 4 Cathodic protection potential distribution of the outbound (a) and inbound (b) pipeline near the station with interference

3 干擾程度及范圍

3.1 干擾程度

為保證站場(chǎng)上下游管線得到有效的陰極保護(hù)，需改變目前線路陰極保護(hù)系統(tǒng)控制參比電極的位置，使線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀能夠正常恒電位工作。盡管改變控制參比電極的位置，能夠使恒電位儀能夠正常工作，但位于區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極地床影響區(qū)的管線仍然受陽(yáng)極干擾[5-6]，為考察影響區(qū)內(nèi)的管線受干擾的程度，調(diào)整區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出，見(jiàn)表2。

表2 區(qū)域陰保恒電位儀輸出參數(shù)表

同時(shí)調(diào)整干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀的輸出，使得其輸出電流維持在未受干擾的水平，然后與區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀同步通斷，測(cè)得干線進(jìn)出站絕緣接頭兩端的電位如表3所示。

表3 進(jìn)出站絕緣接頭兩端電位測(cè)量表

測(cè)試結(jié)果表明，若將干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的控制參比電極移動(dòng)到陽(yáng)極干擾區(qū)之外，同時(shí)維持干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電流在未受干擾的水平，測(cè)得干線出站絕緣接頭站外管段極化電位為-1 200 mV，干線未發(fā)生過(guò)保護(hù)的情況，這說(shuō)明區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)未對(duì)站外管線的極化電位產(chǎn)生影響。

3.2 干擾范圍

為考察區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍，將區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀調(diào)整為通斷運(yùn)行，沿管線出站下游方向測(cè)量干線不同點(diǎn)的通電電位，見(jiàn)表4。

表4 站內(nèi)外干擾影響范圍測(cè)量表

由上表可以看出，當(dāng)便攜式參比電極放置在距出站絕緣接頭下游350 m處時(shí)，站內(nèi)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀通斷電運(yùn)行不會(huì)引起干線通電電位的變化，說(shuō)明區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍為出站350 m以內(nèi)，與模擬計(jì)算結(jié)果相一致。

4 干擾問(wèn)題處理

根據(jù)前期測(cè)試及模擬計(jì)算結(jié)果，為消除區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的干擾，需將線路控制參比電極沿出站管線下游方向移動(dòng)350 m，并重新敷設(shè)參比電纜，與原有參比電纜連接。由于原有參比電纜出站后無(wú)法準(zhǔn)確定位埋深及走向，且站內(nèi)外落差有6 m，因此不宜在站外開(kāi)挖查找電纜。在站內(nèi)管線出站位置，沿管線開(kāi)挖便于查找原有參比電纜。

線路控制參比電極遷移前后，區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀及線路陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出參數(shù)見(jiàn)表5。線路控制參比遷移后，區(qū)域陰保恒電位儀通斷運(yùn)行，線路電位波動(dòng)小于5 mV。

表5 恒電位儀輸出統(tǒng)計(jì)表

由表5可見(jiàn)，線路控制參比遷移后，線路陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀基本不受區(qū)域陰保系統(tǒng)的影響。

5 結(jié)論

(1) 第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀開(kāi)啟后，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流為零，說(shuō)明第2路區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)存在陽(yáng)極干擾。

(2) 區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)站外陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽(yáng)極干擾未引起站外管線的極化電位過(guò)負(fù)的現(xiàn)象。

(3) 經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍為出站350 m以內(nèi)。

(4) 干線控制參比遷移后，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)恒電位儀基本不受區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響。

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Detection and Handing of Interference Between Regional Cathodic Protection and Line Cathodic Protection in a Typical Station

FANG Wei-lin, LI Zhen-jun, HONG Na, WU Si-xian, LIU Zhi-da

(West Pipeline Company, PetroChina, Urumqi 830011, China)

In order to eliminate the interference of regional cathodic protection system to line cathodic protection system, make the line cathodic protection system normally operate with constant potentials, numerical simulation of cathodic protection potential distribution and interference simulation calculation of three-dimensional geometric model were used to analyze the interference, and the simulation was verified by field test. The interference was managed effectively through the results of simulation and field test, the interference between regional cathodic protection system and line cathodic protection system was elimited, the output parameters of line constant potential rectifier were recovered to the level before interference.

regional cathodic protection; anode interference; numerical modeling; field test

2014-04-14

方衛(wèi)林(1986-)，助理工程師，學(xué)士,從事管道腐蝕與防護(hù)管理工作，18699117950，dszfwl@petrochina.com.cn

TG174; TE88

B

1005-748X(2015)03-0272-04