区域阴极保护在输油站场的应用

摘要：实践证明，仅靠涂层无法满足埋地管道的防腐要求。越来越多的看法认为，对站内埋地管道采取阴极保护是十分必要的。本文首先阐述了输油站场区域阴极保护技术原理，其次，分析了输油站场区域阴极保护方式选择。同时，就输油站场区域性阴极保护存在的问题和解决措施进行了深入的探讨。

关键词：输油站场；阴极保护；解决措施

基金项目:省部共建“石油天然气装备”教育部重点实验室资助项目(2006STS02)

中图分类号： U653 文献标识码： A 文章编号：

前言

对于输油站场，采用阴极保护对站内管道和埋地钢结构进行保护未列入国家强制标准，因此采用阴极保护系统的实例较少。近年来，各输油气站场配管系统腐蚀的事例不断出现，且站内设备接地以及管道品类较多，站内腐蚀泄漏的危害远比干线高层不可避免地会存在缺陷，从而导致腐蚀泄漏事故的发生。实践证明，仅靠涂层无法满足埋地管道的防腐要求。越来越多的看法认为，对站内埋地管道采取阴极保护是十分必要的。

2. 输油站场区域阴极保护技术原理

输油站场设计的做法通常是在进出站干线上安装绝缘件,实现站内管道与进、出站干线的电性隔离。由于多种原因,一般情况是站内埋地管道的涂层质量较差,且站内管道连接有多个接地极,同时站内还有大量钢质结构、水泥支墩和电导线与管道相连,这些相关的不带保护层的钢材、铜材大大提高了站内埋地管道的腐蚀风险。根据NACE SP0169-2007的要求:所有埋地管道都会受到腐蚀的影响,应该采取有效、充分的腐蚀控制工艺来保证管道的完整性。因此有必要对站内埋地管道实施阴极保护以实现复杂情况下的腐蚀控制。

区域性阴极保护是指将某区域内所有预保护对象作为一个整体进行保护,依靠辅助阳极的合理布局、保护电流的自由分配以及与相邻设备的电绝缘措施,使被保护对象处于规定的保护电位范围内。站场区域阴极保护就是对站内工艺管网、生产设备及附属设施进行阴极保护。

3. 输油站场区域阴极保护方式选择

区域阴极保护技术的发展落后于长输管道阴极保护技术。长输管道的阴极保护有较为成熟的计算公式，而区域保护被保护体多、分布复杂、电流需求量大、边界条件复杂，电位与电流密度呈非线性关系，目前国际上尚无较有效的计算公式及计算软件。目前国内外区域阴极保护大部分采用外加电流方式，主要是考虑站内接地系统较多，又无法与被保护体断开，对阴极保护电流的需要量很大。而牺牲阳极系统驱动电压差小，输出电流量较少，且不适用于高土壤电阻率地区

（土壤电阻率高达150Ω・m），因此最终选用了外加电流阴极保护的方式。

区域阴极保护中，有85%的电流用在保护混凝土中的钢筋及防雷防静电接地，仅有15%的电流是用于保护埋地管道。因此，阳极地床的选择及分布至关重要。区域阴极保护中外加电流的辅助阳极有深井阳极、浅埋阳极及柔性阳极，三种辅助阳极各有其特点及应用环境。

深井阳极地床适用于地表土壤电阻率高的环境，其占地面积小，电流分布范围广且均匀。浅埋阳极适用于土壤电阻率低的环境，其占地面积大，保护电流分布范围小，易造成电流分布不均匀及屏蔽现象。

浅埋阳极适用于土壤电阻率低的环境，其占地面积大，保护电流分布范围小，易造成电流分布不均匀及屏蔽现象。柔性阳极与管道平行敷设，输出电流均匀，避免了过保护和保护不足的问题，不受土壤电阻率大小的影响，但造价高，一般只在关键地方且土壤电阻率极高的部分区域使用。

4.输油站场区域性阴极保护存在的问题和解决措施

4.1干扰问题

由于站外长输管线阴极保护系统的控制参比电极和通电点一般设在绝缘接头附近，站区阴极保护系统运行后的输出电流以及形成地电场远远大于干线阴极保护的地电场，大电流所形成的强电场可能会对站外干线通电点附近过保护和保护距离缩短，站外远端可能保护不上。由于干线阴极保护系统均采用恒电位控制方式，以基准信号参比附近管道的极化电位作为反馈信号进行恒电位调节，通电点附近的极化电位变化直接影响到系统的输出。当来自站内保护系统的干扰电流导致控制点阴极极化增加时，干线阴极保护系统输出将自动下降，这样干线阴极保护系统的保护距离就会缩短;当站内保护系统的干扰电流导致控制点阴极极化减小时，干线阴极保护系统输出将自动提高，这种情况下控制点是干扰电流的流出点(阳极)，管道上另有干扰电流流人点(阴极)，干扰电流的流人/流出也是出现在管道局部。由于系统输出增加，所以整个管道阴极极化加大，近端易于产生过保护。如果采用柔性阳极进行区域性保护则不会或者很少对干线阴极保护造成影响。

防止干扰的主要措施有:①设计时应使站区阴极保护系统的阳极床尽可能地远离干线阴极保护系统的通电点和基准信号参比电极;②采用对输出电流分散且外界干扰小的辅助阳极系统，例如柔性阳极;③合理设置站内多个不同位置的通电点和基准信号点;④如果采用深井阳极做区域保护的辅助阳极时，在干线通电点附近要设置排流措施来抑制站内保护对它的干扰。

4.2屏蔽问题及防止措施

站内区域保护的另一个常见问题就是站内埋地金属构筑物密集所造成的屏蔽闭。由于站场地下工艺管道与电力系统、钢筋混凝土、消防给排水管道以及接地系统等金属都会存在搭接，流向该区域的总电流会在土壤中产生电位梯度导致屏蔽效应。在结构密集区的中央，屏蔽影响将达到最大。当出现密集区屏蔽时，依靠远阳极阴极保护系统是不行的，可采用近阳极进行补充保护，远阳极与近阳极相结合，使阳极周围的影响区相互充分叠加，改善整个区域内结构的保护电位，对于接地系统庞大的站区，可采用负电性金属(例如镁阳极或锌阳极)作为接地材料以帮助消除屏蔽，促使保护电流均衡分布。

4.3接地系统影响

站场的接地极问题是区域性保护近几年暴露出来的问题，电力接地或者联合接地系统成网状分布在上场区内，而且竖向接地极多采用更正于管道自然电位的铜包钢和减阻接地模块材料，造成保护电流大量无序漏失，严重制约了被保护管道电位的极化程度和均匀分布，严重影响到预期的保护效果。阴极保护电流大量流失就是从接地极流往地下，应尽可能采用牺牲阳极类的材料做接地极，例如锌棒或者锌包钢材料。

5.结语

输油站场实施区域性阴极保护是站场综合保护的发展趋势，也越来越引起专业人事的重视，以强制电流为主、牺牲阳极为辅的综合保护方式将成为站场阴极保护的合理方案，主要采用深井MMO阳极和柔性阳极两种阳极。由于站内阴

极保护的电流量很大(百安培级)，深井阳极系统强大电场存在着对干线阴极保护的严重干扰，以及站内错综复杂管道的电流屏蔽问题，而柔性阳极由于电场范围的可控性、方向性和均匀性，干扰和屏蔽问题基本上不存在。以柔性阳极为辅助阳极的强制电流系统是站场区域性阴极保护的发展方向。

参考文献：[1] 王岩,陈勇.阴极保护在长输管线上的应用[J]. 齐齐哈尔大学学报(自然科学版). 2009(03)

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[3] 李冰,李莉,宋延民.用于地下金属管网的智能控制阴极保护装置[J]. 纳米技术与精密工程. 2008(06)