区域阴极保护问题原因分析及改进措施|阴保防腐技术研究|管道保护网

区域阴极保护问题原因分析及改进措施

来源：《管道保护》杂志作者：王立伟1 胡亚楠2 黎建国2 倪伟斌2 张勇2 时间：2018-7-5 阅读：

王立伟1 胡亚楠2 黎建国2 倪伟斌2 张勇2

1.中石油西部管道公司乌鲁木齐输油气分公司，2.中石油西部管道公司独山子输油气分公司

管道保护过程中，外壁保护依靠防腐涂层与阴极保护联合保护的方式，在长输管道的保护上取得了显著效果。然而对于站场内管道而言，若仅依靠防腐涂层保护，一方面由于很难进行工厂机械化预制，站场管道大多采用现场涂装，涂装质量存在一定不足，涂层本身缺陷也在所难免；另一方面由于站场内绿化需要，土壤环境较站外更为潮湿，腐蚀性相对较强，则缺乏阴极保护的情况下，极易发生腐蚀甚至穿孔泄漏。因此，对站场内管道进行区域性阴极保护十分必要。

1 独山子成品油站区域阴极保护现状

独山子成品油站建成于2008年，站内区域根据功能主要分为阀组区、泵房和成品油罐区。其中罐区的所有储罐均采用罐底MMO网状阳极保护方式，其余埋地管道部分则采用深井阳极保护方式。独山子成品油站站内埋地管道系统主要包括站内工艺管道以及消防系统管道，其中工艺埋地管道外壁表面积约为7320㎡，管道防腐层采用聚乙烯胶粘带。防腐层等级为加强级，结构分为三层，防腐层总厚度≥1.4mm。另有消防管线外壁总面积约5630㎡。

根据原设计说明，阀组区和站内的所有埋地工艺及辅助管道系统均为保护对象。设计采用位于站外的一口预制式金属氧化物深井阳极实施保护，阳极位于站外北侧80m，埋深50m，阳极为10节，总长≥10m。

1.1 现场测试结果及分析

2011年7月，针对站队区域阴极保护现状，由第三方公司与站队共同对站场内区域阴极保护相关数据密间距电位测量（CIS）进行了测试。

测试根据设计图纸及实际管道埋设情况，在站内选取了30个点，进行通断电电位测试，以检验现有系统工作情况。测试工具采用万用表和便携式参比电极进行，利用现场测试桩内的零位接线点。

通过此次测试可以看出，整个站区管网基本上都在未保护状态，相当一部分电位处于自然腐蚀范围，通断电位相差无几。其中6、 7、 8三点位于站区泵房后，是站内埋地管道最为密集的区域，此三处电位几乎等于自然电位，说明站队埋地管道的阴极保护系统急需改造。

为排除可能的情况，对深井阳极与土壤电阻率进行了测试，结果见表2、表3。

从测试结果可知，站区外面的深井阳极附近，砾石较多且大，土壤露天，较干燥，易失水分，属低腐蚀环境；站区内砾石多、较小，有混凝土地坪，土壤不易失水，属中度腐蚀环境。深井阳极系统阻值都正常，恒电位仪的输出也正常，但根据现场测得电位看来，整个站区管网系统远远达不到保护状态。

为检验外加电流的影响，将恒电位仪调整至满负荷运转的情况，针对30个测试点进行第二次通断电测试。结果见表4。

从上述结果可以得知，恒电位仪满负荷运载后，输出电流只上升了0.6安，电流大小不能满足现场要求，对站区内管网保护电位的提高没有明显的作用，大多数管网仍处于保护不足的状态，为解决此问题，需要另外设计并安装阴极保护系统。

通过此次实际测试情况来看，显示主要站内工艺管道系统远未达到设计的GB/T 21488 2008《埋地钢制管道阴极保护技术规范》的-0.85~-1.5V的保护电位的要求，深井阳极的设备输出回路电阻为7.5Ω，属于偏高的范围，根据阳极接地电阻值和恒电位仪的容量，当恒电位仪输出电压为40伏，回路电阻为2欧时，才能够输出电流20安，根据现有站场的实际情况，恒电位仪满负荷工作时电流只能达到4.8安，不能够满足现场的要求。同时加之站产接地网的消耗，导致管网系统远远达不到保护状态。总之结合深井阳极的测试参数、阳极床的位置、接地网的屏蔽作用及现有恒电位仪的容量不能够匹配现有站场区域阴极保护的需求，都是导致站场埋地管网欠保护的直接原因。

2 对站区阴极保护问题原因分析

由于目前区域阴极保护缺乏具体可供依据的规范，设计与施工多为依靠经验，且影响区域阴极保护效果的原因较多，较为复杂，难以得出确切的系统失效原因，本文依据目前国内外的区域阴极保护的主流技术与共同问题，结合现场测量数据对独山子成品油站区域阴极保护现状进行分析。

2.1 电流通过防雷接地系统流失

独山子成品油站内阴极保护系统与避雷防静电接地网相连，而目前认为区域阴极保护中，外界影响最严重、最直接的就是站场各种电接地系统。国内设计习惯为将管道、储罐底板、混凝土基础以及各种设备仪表接地构成统一的防雷接地网，然而依据相关研究显示，这会造成阴极保护电流的大量散失，并且辅助阳极的寿命减少到十分之一以上。此外，由于站场内管道防腐层为现场涂装，随着时间增加，绝缘质量差别较大，同样造成电流消耗增大。根据国内资料统计，阴保电流中超过85%流失于接地系统，仅不足15%的电流消耗在埋地管网与储罐底板上。

图2 独山子成品油站接地网屏蔽示意图

对接地网进行电位测试（选取30个各区域代表性的测试点，采取断开接地线的方式进行测试），目的是说明接地网的屏蔽作用（测试结构理论上应该是接地网的电位在-0.85~-1.5V之间，处于别保护状态）。同时对接地网的面积进行计算，并按50mA/m2进行计算接地网消耗的电流量，通过结果进一步说明我站大部分阴保电流被接地网消耗了，同时作为接下来计算电流需求量得理论依据。

2.2 屏蔽问题

（1）独立的阴极保护系统设计。独山子成品油站内储油罐区采用单独的罐底铺设网状阳极阴极保护系统，站内埋地管道则为深井阳极阴极保护系统，这一设计同目前我国大多已建的站场区域阴极保护设计类似，即对站内地下管道和地面储油罐实施分开独立的阴极保护，但依据收集到的资料得知，这种设计很容易产生屏蔽和杂散电流腐蚀的问题。解决这一问题的一个行之有效的方法是将区域内所有要保护的构件和设施作为一个整体进行区域阴极保护。

（2）深井阳极。深井阳极这一设计同样会产生屏蔽问题。依据美国防腐专家A.W.Peabody在其著作《Control of Pipeline Corrosion》“Shieldingin Congested Areas”一节中的相关试验及其结论，由于站场内埋地构件众多，结构密集区的管道可能会与接地系统、钢筋混凝土基础、电力系统、供水管线相将接触，流向该区域的总电流足以在土壤中产生电位梯度，继而产生屏蔽。根据实验数据，屏蔽影响由边缘向密集区的中央呈现增加趋势，如果其中存在裸管，则屏蔽将非常严重。对照表1及4中测试数据，独山子成品油站内保护电位最弱的点位于阴极保护系统中较为中心的位置，由于输油泵站区域较大，地下管网较多，因此，区域阴保除靠近阳极地床的区域配管外，相当一部分由于地下管道的相互电屏蔽及接地网的影响而没有达到保护电位，屏蔽问题的比较严重。

2.3 干扰问题

对独乌线0-76km范围内保护电位进行分析，发现出站4km内，保护电位明显过高，具体数据如表5所示。

从此表可以看出，出站4km范围内管道干线均存在过保护现象，特别是5km处，距离站场最近，其过保护现象最为严重。结合自然电位测量结果发现，当全线恒电位仪断电后，测量此段管线的自然电位均在-1000mv左右，可以判定存在严重的电流干扰。

其中干扰分为控制点有电流流入与电流流出两种。分析独山子成品油站实际情况，站场近端存在严重的过保护，而远端保护电流并无明显不足，属于控制点有电流流出的情况。即由于控制点电流流出，导致极化减小，为维持设定的控制电位，干线阴极保护系统自动提高输出电流，导致整个管段阴极极化增大，对管道近端形成过保护。

3 对现有系统的改造方案

在进行具体的检测后，北京鼎尚基业科技有限公司提出了在站内铺设基于MMO/Ti的柔性阳极的改造方案。

柔性阳极开发的目的就是用来解决传统阴极保护难题的，尤其用来解决阴极保护中因屏蔽而造成保护不足和过保护同时存在的难题，以及对外界金属构筑物特别是对干线管道的干扰问题。

图3为柔性阳极与传统的深井阳极和分布式浅埋阳极的特点对比，图3中红、黑、白三条曲线分别代表柔性阳极、分布式阳极以及深井阳极等保护系统在管采用柔线上的电位分布形态。柔性阳极电位分布为-0.9-- -1.0V；分布式阳极电位分布为-0.79-- -1.3V；深井阳极保护情况下的电位分布为-0.7V-- -1.6V。不难看出，柔性阳极的电位分布最为均衡，能很好地避免保护不足和过保护的问题，过保护对管道防腐层和管道材质，尤其是对X80钢的危害不容忽视。