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典型站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(tǒng)干擾的檢測及處理

2021-02-22 11:02:24 作者：趙康來源：中國石油石化腐蝕與防護技術(shù)大會分享至：

摘　要：為了消除區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(tǒng)的干擾，使線路陰極保護系統(tǒng)能夠正常恒位運行。利用陰極保護電位分布數(shù)值模擬及干擾模擬計算的三維幾何模型對干擾進行了分析，并通過現(xiàn)場測試對模擬進行了驗證。根據(jù)模擬及現(xiàn)場測試的結(jié)果對干擾采取了有效的治理，消除了區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(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　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。為了保護站內(nèi)埋地管網(wǎng)及防雷接地網(wǎng)的安全長效運行，近年來區(qū)域陰極保護技術(shù)發(fā)展迅速[1-2]。由于站內(nèi)陰極保護系統(tǒng)所保護的埋地構(gòu)筑物多為裸鋼或防腐層較差的鋼結(jié)構(gòu)，而站外陰極保護系統(tǒng)所保護的干線防腐層較好，站內(nèi)、外兩套陰極保護系統(tǒng)所需的保護電流存在較大差異，因此常采用絕緣接頭將站內(nèi)、外管線電隔離，即站場內(nèi)外各自采用獨立的陰極保護系統(tǒng)。由于站內(nèi)陰極保護系統(tǒng)通常距離站外干線較近，如果設(shè)計不合理，站內(nèi)陰極保護系統(tǒng)會對站外干線陰極保護系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，引起干線陰極保護系統(tǒng)輸出異常，無法達到保護效果，目前國內(nèi)對于不同陰極保護系統(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)域陰極保護系統(tǒng)采用淺埋陽極地床的外加電流保護方式，通過3路淺埋陽極地床來保護站場內(nèi)的接地網(wǎng)、埋地工藝管線及壓縮機區(qū)域埋地金屬構(gòu)筑物?，F(xiàn)場運行發(fā)現(xiàn)，站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)開啟后，引起該站所轄干線陰極保護系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流為零，同時下游出站端管線極化電位較正常保護下管線的極化電位正移0.5 V左右。通過開展現(xiàn)場測試和試驗明確了干線陰極保護系統(tǒng)的干擾源，并進行了有效治理，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)域陰極保護系統(tǒng)對站外干線陰極保護系統(tǒng)干擾排查

某壓氣站站場區(qū)域陰極保護系統(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、饋流點和測試點、分流箱、連接電纜等構(gòu)成。每路的設(shè)計保護區(qū)域：第1回路保護站區(qū)接地系統(tǒng)；第2回路保護工藝裝置區(qū)、收發(fā)球筒區(qū)、放空區(qū)及其周圍管網(wǎng)；第3回路保護壓縮機區(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)域陰極保護系統(tǒng)開啟后，干線陰極保護系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流即為零，為確認是區(qū)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀的哪一路對線路陰極保護系統(tǒng)存在干擾，將3路區(qū)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀分別通斷，觀察線路陰極保護系統(tǒng)恒電位儀的輸出，見表1：

表1　干線陰保恒電位儀輸出值

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由上表可以看出，第2路區(qū)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀開啟后，干線陰極保護系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流變?yōu)榱?，這是因為線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降低為零。干線陰極保護系統(tǒng)恒電位儀無輸出，最終導(dǎo)致站場上下游管線實際得不到陰極保護，增大了管線發(fā)生腐蝕的風(fēng)險。

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電位分布數(shù)值模擬及干擾模擬計算的三維幾何模型，通過計算控制參比電極的可能移動位置來保證線路陰極保護系統(tǒng)能以恒電位模式正常工作，為下一步的調(diào)整和現(xiàn)場實驗測試提供一定的借鑒指導(dǎo)作用。其計算過程如下。

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。

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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)域陰極保護數(shù)值模擬及干擾模擬計算的三維模型，并進行了邊界元網(wǎng)格劃分，如圖4和5所示。

圖4　壓氣站站內(nèi)外干擾三維計算模型

圖5　壓氣站站內(nèi)外干擾三維計算模型的網(wǎng)格分布

利用軟件對站內(nèi)外干擾模型進行數(shù)值模擬計算，研究陽極干擾區(qū)的距離。

首先模擬計算了不存在干擾時，站場附近線路的陰極保護電位分布，如圖6所示。由圖可見，不存在干擾時，站場附近線路能受到良好的陰極保護，且保護電位能達到-1.0 V左右，對應(yīng)云圖中色塊的顏色為淡綠色。

圖6　不存在干擾時站場附近線路陰極保護電位分布

當(dāng)存在干擾時，即站場區(qū)域陰保系統(tǒng)輸出電流為30 A時，站場附近出站和進站線路的陰極保護電位分布分別如圖7和圖8所示。由圖可見，存在干擾時，站場附近線路由于受到陽極干擾的影響而發(fā)生電位負移，但未發(fā)生過保護的情況。以淡綠色為無干擾時的正常電位標(biāo)志，由圖可見該陽極干擾的影響距離可能達到200~300 m，此時應(yīng)將參比電極移動到300 m以外。

圖7　存在干擾時站場附近出站線路陰極保護電位分布

圖8 　存在干擾時站場附近進站線路陰極保護電位分布

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，需改變目前線路陰極保護系統(tǒng)控制參比電極的位置，使線路陰極保護系統(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

同時調(diào)整干線陰極保護系統(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)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀同步通斷，測得干線進出站絕緣接頭兩端的電位如表3所示：

表3　進出站絕緣接頭兩端電位測量表

測試結(jié)果表明，若將干線陰極保護系統(tǒng)的控制參比電極移動到陽極干擾區(qū)之外，同時維持干線陰極保護系統(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)生過保護的情況，這說明區(qū)域陰極保護系統(tǒng)未對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)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(tǒng)的影響范圍，將區(qū)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀調(diào)整為通斷運行，沿管線出站下游方向測量干線不同點的通電電位，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，站內(nèi)區(qū)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀通斷電運行不會引起干線通電電位的變化，說明區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(tǒng)的影響范圍為出站350 m以內(nèi)，與模擬計算結(jié)果相一致。

4干擾問題處理

根據(jù)前期測試及模擬計算結(jié)果，為消除區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(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)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀及線路陰極保護系統(tǒng)恒電位儀輸出參數(shù)如下表：

表5　恒電位儀輸出統(tǒng)計表

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由上表可以看出，線路控制參比遷移后，線路陰極保護系統(tǒng)恒電位儀基本不受區(qū)域陰保系統(tǒng)的影響。

5結(jié)論

圖片

（1）第2路區(qū)域陰極保護系統(tǒng)恒電位儀開啟后，干線陰極保護系統(tǒng)恒電位儀輸出電壓電流為零，說明第2路區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對線路陰極保護系統(tǒng)存在陽極干擾；

（2）區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對站外陰極保護系統(tǒng)的陽極干擾未引起站外管線的極化電位過負的現(xiàn)象；

（3）經(jīng)過數(shù)值模擬計算及現(xiàn)場實際測試，區(qū)域陰極保護系統(tǒng)對干線陰極保護系統(tǒng)的影響范圍為出站350 m以內(nèi)；

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

參考文獻

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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。

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