王立偉1 胡亞楠2 黎建國2 倪偉斌2 張勇2

1.中石油西部管道公司烏魯木齊輸油氣分公司，2.中石油西部管道公司獨山子輸油氣分公司

管道保護過程中，外壁保護依靠防腐涂層與陰極保護聯合保護的方式，在長輸管道的保護上取得了顯著效果。然而對于站場內管道而言，若僅依靠防腐涂層保護，一方面由于很難進行工廠機械化預制，站場管道大多采用現場涂裝，涂裝質量存在一定不足，涂層本身缺陷也在所難免；另一方面由于站場內綠化需要，土壤環境較站外更為潮濕，腐蝕性相對較強，則缺乏陰極保護的情況下，極易發生腐蝕甚至穿孔泄漏。因此，對站場內管道進行區域性陰極保護十分必要。

1 獨山子成品油站區域陰極保護現狀

獨山子成品油站建成于2008年，站內區域根據功能主要分為閥組區、泵房和成品油罐區。其中罐區的所有儲罐均采用罐底MMO網狀陽極保護方式，其余埋地管道部分則采用深井陽極保護方式。獨山子成品油站站內埋地管道系統主要包括站內工藝管道以及消防系統管道，其中工藝埋地管道外壁表面積約為7320㎡，管道防腐層采用聚乙烯膠粘帶。防腐層等級為加強級，結構分為三層，防腐層總厚度≥1.4mm。另有消防管線外壁總面積約5630㎡。

根據原設計說明，閥組區和站內的所有埋地工藝及輔助管道系統均為保護對象。設計采用位于站外的一口預制式金屬氧化物深井陽極實施保護，陽極位于站外北側80m，埋深50m，陽極為10節，總長≥10m。

1.1 現場測試結果及分析

2011年7月，針對站隊區域陰極保護現狀，由第三方公司與站隊共同對站場內區域陰極保護相關數據密間距電位測量（CIS）進行了測試。

測試根據設計圖紙及實際管道埋設情況，在站內選取了30個點，進行通斷電電位測試，以檢驗現有系統工作情況。測試工具采用萬用表和便攜式參比電極進行，利用現場測試樁內的零位接線點。

通過此次測試可以看出，整個站區管網基本上都在未保護狀態，相當一部分電位處于自然腐蝕范圍，通斷電位相差無幾。其中6、 7、 8三點位于站區泵房后，是站內埋地管道最為密集的區域，此三處電位幾乎等于自然電位，說明站隊埋地管道的陰極保護系統急需改造。

為排除可能的情況，對深井陽極與土壤電阻率進行了測試，結果見表2、表3。

從測試結果可知，站區外面的深井陽極附近，礫石較多且大，土壤露天，較干燥，易失水分，屬低腐蝕環境；站區內礫石多、較小，有混凝土地坪，土壤不易失水，屬中度腐蝕環境。深井陽極系統阻值都正常，恒電位儀的輸出也正常，但根據現場測得電位看來，整個站區管網系統遠遠達不到保護狀態。

為檢驗外加電流的影響，將恒電位儀調整至滿負荷運轉的情況，針對30個測試點進行第二次通斷電測試。結果見表4。

從上述結果可以得知，恒電位儀滿負荷運載后，輸出電流只上升了0.6安，電流大小不能滿足現場要求，對站區內管網保護電位的提高沒有明顯的作用，大多數管網仍處于保護不足的狀態，為解決此問題，需要另外設計并安裝陰極保護系統。

通過此次實際測試情況來看，顯示主要站內工藝管道系統遠未達到設計的GB/T 21488 2008《埋地鋼制管道陰極保護技術規范》的-0.85~-1.5V的保護電位的要求，深井陽極的設備輸出回路電阻為7.5Ω，屬于偏高的范圍，根據陽極接地電阻值和恒電位儀的容量，當恒電位儀輸出電壓為40伏，回路電阻為2歐時，才能夠輸出電流20安，根據現有站場的實際情況，恒電位儀滿負荷工作時電流只能達到4.8安，不能夠滿足現場的要求。同時加之站產接地網的消耗，導致管網系統遠遠達不到保護狀態。總之結合深井陽極的測試參數、陽極床的位置、接地網的屏蔽作用及現有恒電位儀的容量不能夠匹配現有站場區域陰極保護的需求，都是導致站場埋地管網欠保護的直接原因。

2 對站區陰極保護問題原因分析

由于目前區域陰極保護缺乏具體可供依據的規范，設計與施工多為依靠經驗，且影響區域陰極保護效果的原因較多，較為復雜，難以得出確切的系統失效原因，本文依據目前國內外的區域陰極保護的主流技術與共同問題，結合現場測量數據對獨山子成品油站區域陰極保護現狀進行分析。

2.1 電流通過防雷接地系統流失

獨山子成品油站內陰極保護系統與避雷防靜電接地網相連，而目前認為區域陰極保護中，外界影響最嚴重、最直接的就是站場各種電接地系統。國內設計習慣為將管道、儲罐底板、混凝土基礎以及各種設備儀表接地構成統一的防雷接地網，然而依據相關研究顯示，這會造成陰極保護電流的大量散失，并且輔助陽極的壽命減少到十分之一以上。此外，由于站場內管道防腐層為現場涂裝，隨著時間增加，絕緣質量差別較大，同樣造成電流消耗增大。根據國內資料統計，陰保 電流中超過85%流失于接地系統，僅不足15%的電流消耗在埋地管網與儲罐底板上。

圖2 獨山子成品油站接地網屏蔽示意圖

對接地網進行電位測試（選取30個各區域代表性的測試點，采取斷開接地線的方式進行測試），目的是說明接地網的屏蔽作用（測試結構理論上應該是接地網的電位在-0.85~-1.5V之間，處于別保護狀態）。同時對接地網的面積進行計算，并按50mA/m2進行計算接地網消耗的電流量，通過結果進一步說明我站大部分陰保電流被接地網消耗了，同時作為接下來計算電流需求量得理論依據。

2.2 屏蔽問題

（1）獨立的陰極保護系統設計。獨山子成品油站內儲油罐區采用單獨的罐底鋪設網狀陽極陰極保護系統，站內埋地管道則為深井陽極陰極 保護系統，這一設計同目前我國大多已建的站場區域陰極保護設計類似，即對站內地下管道和地面儲油罐實施分開獨立的陰極保護，但依據收集到的資料得知，這種設計很容易產生屏蔽和雜散電流腐蝕的問題。解決這一問題的一個行之有效的方法是將區域內所有要保護的構件和設施作為一個整體進行區域陰極保護。

（2）深井陽極。深井陽極這一設計同樣會產生屏蔽問題。依據美國防腐專家A.W.Peabody在其著作 《Control of Pipeline Corrosion》“Shieldingin Congested Areas”一節中的相關試驗及其結論，由于站場內埋地構件眾多，結構密集區的管道可能會與接地系統、鋼筋混凝土基礎、電力系統、供水管線相將接觸，流向該區域的總電流足以在土壤中產生電位梯度，繼而產生屏蔽。根據實驗數據，屏蔽影響由邊緣向密集區的中央呈現增加趨勢，如果其中存在裸管，則屏蔽將非常嚴重。對照表1及4中測試數據，獨山子成品油站內保護電位最弱的點位于陰極保護系統中較為中心的位置，由于輸油泵站區域較大，地下管網較多，因此，區域陰保除靠近陽極地床的區域配管外，相當一部分由于地下管道的相互電屏蔽及接地網的影響而沒有達到保護電位，屏蔽問題的比較嚴重。

2.3 干擾問題

對獨烏線0-76km范圍內保護電位進行分析，發現出站4km內，保護電位明顯過高，具體數據如表5所示。

從此表可以看出，出站4km范圍內管道干線均存在過保護現象，特別是5km處，距離站場最近，其過保護現象最為嚴重。結合自然電位測量結果發現，當全線恒電位儀斷電后，測量此段管線的自然電位均在-1000mv左右，可以判定存在嚴重的電流干擾。

其中干擾分為控制點有電流流入與電流流出兩種。分析獨山子成品油站實際情況，站場近端存在嚴重的過保護，而遠端保護電流并無明顯不足，屬于控制點有電流流出的情況。即由于控制點電流流出，導致極化減小，為維持設定的控制電位，干線陰極保護系統自動提高輸出電流，導致整個管段陰極極化增大，對管道近端形成過保護。

3 對現有系統的改造方案

在進行具體的檢測后，北京鼎尚基業科技有限公司提出了在站內鋪設基于MMO/Ti的柔性陽極的改造方案。

柔性陽極開發的目的就是用來解決傳統陰極保護難題的，尤其用來解決陰極保護中因屏蔽而造成保護不足和過保護同時存在的難題，以及對外界金屬構筑物特別是對干線管道的干擾問題。

圖3為柔性陽極與傳統的深井陽極和分布式淺埋陽極的特點對比，圖3中紅、黑、白三條曲線分別代表柔性陽極、分布式陽極以及深井陽極等保護系統在管采用柔線上的電位分布形態。柔性陽極電位分布為-0.9-- -1.0V；分布式陽極電位分布為-0.79-- -1.3V；深井陽極保護情況下的電位分布為-0.7V-- -1.6V。不難看出，柔性陽極的電位分布最為均衡，能很好地避免保護不足和過保護的問題，過保護對管道防腐層和管道材質，尤其是對X80鋼的危害不容忽視。

針對獨山子成品油站內的土壤條件、管網復雜程度和管道防腐層的可能破損情況，以及可能存在的屏蔽與干擾現象，柔性陽極是較為合理的選擇。

4 結語與建議

1、獨山子成品油站保護結構復雜，埋地管網陰極保護系統存在電流大量流失、屏蔽、干擾等可能性。

2、采用增加陽極的辦法對系統進行改造是比較有針對性的方法，其中柔性陽極具有較大優勢。

3、區域陰極保護作為站場管道防腐的重要保證，正日益被重視，但當前技術水平發展較為緩慢，缺乏相關的規范，僅依靠經驗設計，數值型模型是目前的研究方向。 

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作者簡介：王立偉，工程師，1979年生，2005年畢業于陜西科技大學電氣工程及其自動化專業，國家級注冊安全工程師，現主要從事基層站隊安全生產管理。

2014年第1期（總第14期）