摘　要：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。利用陰極保護(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，并通過現(xiàn)場測試對(duì)模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)模擬及現(xiàn)場測試的結(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。

關(guān)鍵詞：區(qū)域陰極保護(hù)　陽極干擾　數(shù)值模擬　現(xiàn)場檢測　處理

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)的安全長效運(yùn)行，近年來區(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，無法達(dá)到保護(hù)效果，目前國內(nèi)對(duì)于不同陰極保護(hù)系統(tǒng)間干擾問題的檢測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)采用淺埋陽極地床的外加電流保護(hù)方式，通過3路淺埋陽極地床來保護(hù)站場內(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)場運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開啟后，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0.5 V左右。通過開展現(xiàn)場測試和試驗(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、柔性陽極地床、高硅鑄鐵淺埋輔助陽極地床、參比電極、饋流點(diǎn)和測試點(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：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。

站場區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)開啟后，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)榱悖@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)陽極地床的陽極電場影響區(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)恒電位儀無輸出，最終導(dǎo)致站場上下游管線實(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，通過計(jì)算控制參比電極的可能移動(dòng)位置來保證線路陰極保護(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)場實(shí)驗(yàn)測試提供一定的借鑒指導(dǎo)作用。其計(jì)算過程如下。

該站的平面分布圖、管網(wǎng)分布圖及站內(nèi)接地網(wǎng)分布圖如圖1~3所示。

圖1　壓氣站平面分布圖

圖2　壓氣站管網(wǎng)分布圖

圖3  壓氣站接地網(wǎng)分布圖

根據(jù)圖1~3所示的基礎(chǔ)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4和5所示。

圖4　壓氣站站內(nèi)外干擾三維計(jì)算模型

圖5　壓氣站站內(nèi)外干擾三維計(jì)算模型的網(wǎng)格分布

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)，站場附近線路的陰極保護(hù)電位分布，如圖6所示。由圖可見，不存在干擾時(shí)，站場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-1.0 V左右，對(duì)應(yīng)云圖中色塊的顏色為淡綠色。

圖6　不存在干擾時(shí)站場附近線路陰極保護(hù)電位分布

當(dāng)存在干擾時(shí)，即站場區(qū)域陰保系統(tǒng)輸出電流為30 A時(shí)，站場附近出站和進(jìn)站線路的陰極保護(hù)電位分布分別如圖7和圖8所示。由圖可見，存在干擾時(shí)，站場附近線路由于受到陽極干擾的影響而發(fā)生電位負(fù)移，但未發(fā)生過保護(hù)的情況。以淡綠色為無干擾時(shí)的正常電位標(biāo)志，由圖可見該陽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7　存在干擾時(shí)站場附近出站線路陰極保護(hù)電位分布

圖8 　存在干擾時(shí)站場附近進(jìn)站線路陰極保護(hù)電位分布

3干擾程度及范圍

3.1干擾程度

為保證站場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)陽極地床影響區(qū)的管線仍然受陽極干擾[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量表

測試結(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，測得干線出站絕緣接頭站外管段極化電位為-1.20 V，干線未發(fā)生過保護(hù)的情況，這說明區(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量干線不同點(diǎn)的通電電位，見下表：

表4　站內(nèi)外干擾影響范圍測量表

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干擾問題處理

根據(jù)前期測試及模擬計(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法準(zhǔn)確定位埋深及走向，且站內(nèi)外落差有6m，因此不宜在站外開挖查找電纜。在站內(nèi)管線出站位置，沿管線開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)如下表：

表5　恒電位儀輸出統(tǒng)計(jì)表

由上表可以看出，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)的陽極干擾未引起站外管線的極化電位過負(fù)的現(xiàn)象；

（3）經(jīng)過數(shù)值模擬計(jì)算及現(xiàn)場實(shí)際測試，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。

參考文獻(xiàn)

[1] 王燕。某油庫區(qū)域陰極保護(hù)實(shí)踐[J].腐蝕與防護(hù)；2011,32（7）：562-566

[2] 張俊義，劉志剛，張永盛等。區(qū)域性陰極保護(hù)實(shí)施過程中的幾個(gè)問題[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)；2000, 19（2）：51-52

[3] 陳航的。長輸油氣管道工藝站場的區(qū)域性陰極保護(hù)[J].腐蝕與防護(hù)；2008, 29（8）：485-487

[4] 劉玲莉，陳洪源，劉明輝，劉桂春。輸油氣站區(qū)陰極保護(hù)中的干擾與屏蔽[J].管道技術(shù)與設(shè)備。2005,2:31-33

[5] I.A. Metwally, H.M. Al-Mandhari, A. Gastli, Z. Nadir. Factors affecting cathodic-protection interference[J]. Engineering Analysis with Boundary Elements,2007（31）：485-493

[6] F. Brichau, J. Deconinck, and T. Driesens.Modeling of Underground Cathodic Protection Stray Currents[J]. CORROSIONENGINEERING,1996,52（6）：480-488

作者簡介

趙康，男，1987.4.5,2008年本科畢業(yè)于重慶大學(xué)材料成型及控制工程，現(xiàn)就職中石油西部管道公司管道處，完整性管理，副處長。