王喜權 萇鵬 李江寧 孫俊偉 齊文海

北京管道內蒙古輸油氣分公司

 

摘要：壓氣站場陰極保護系統陽極地床故障是影響陰極保護有效性的常見問題之一。通過排查測試，發現輔助陽極地床失效原因主要包括施工質量不佳或地面沉降等造成的埋地陽極線纜與陽極連接點虛接或斷線、陽極線纜破損腐蝕等。提出了故障整治方案，為相關陰極保護管理提供借鑒。

關鍵詞：埋地管道；陰極保護；恒電位儀；陽極地床

 

某壓氣站場1#恒電位儀由3路MMO/Ti柔性陽極和1路分布式淺埋高硅鑄鐵陽極組成，主要負責保護過濾分離區、壓縮機進出口匯管區和其他埋地附屬設施等；2#恒電位儀由1路柔性陽極、1路分布式淺埋高硅鑄鐵陽極、1路深井陽極組成，主要負責保護站場工藝區、放空區和分離區埋地管道；站場所有輔助陽極接入陽極匯流箱，統一接入機柜間恒電位儀。運行中1#恒電位儀報警，經查看設備運行參數異常。通過現場恒電位儀檢查調試、陽極地床檢測等，分析故障原因為陽極地床失效。輔助陽極一旦發生故障將導致恒電位儀輸出異常，埋地管道和鋼結構附屬設施陰極保護出現欠保護，需采取整治措施。

1  現場排查及測試分析

1.1  恒電位儀檢查測試

恒電位儀為恒流方式運行，現場檢查測試結果如下。

（1）從運行參數看，1#恒電位儀第2回路電位﹣0.869 V，輸出電流6.96 A，預置電流10 A，輸出電壓52.4 V，運行異常。其他3個回路運行正常。

（2）從1#恒電位儀第2回路的陰極線、零位線、參比電極線測量結果看，陰極線、零位線管道電位均為﹣0.81V；陰極、零位間電阻為0.58 Ω；參比電極校準在正常允許范圍內。說明陰極線、零位線、參比電極均處于正常狀態。

（3）1#恒電位儀各回路陰極、陽極接地電阻測試結果見表 1。可以看出，第2回路陽極接地電阻較大。其他回路運行正常。

表 1 1#恒電位儀陰極、陽極接地電阻測試結果

（4）1#恒電位儀輸出調試記錄見表 2。可以看出，增大第2回路輸出電流設置，通電電位無明顯增高，表明陰極保護輸出回路出現故障。嘗試將第1回路陽極、陰極、零位、參比線纜接入第2回路，該路設備運行正常。再切換第2回路接回第1回路，出現與第2回路相同的異常運行情況。考慮到陰極測試結果無異常，說明故障發生在陽極或陽極線纜。

表 2 1#恒電位儀第2回路運行參數調試記錄

1.2  陽極地床接地電阻測試

在匯流箱處對站內每個支路陽極接地電阻進行詳測，結果見表 3。可以看出，現場2#支路陽極存在多處斷點，結合恒電位儀輸出數據分析，輔助陽極僅一小部分與電源連接起到提供電流作用。

表 3 1#恒電位儀陽極地床接地電阻測試結果

1.3  陰極保護電位測試

壓氣站壓縮機進出口匯管區域的管道電位測試結果見表 4，該區域埋地管道及其附屬設施電位明顯偏正，處于欠保護狀態。如圖 1所示。

表 4 壓縮機區管道通電電位測試結果

圖 1 壓縮機進出口埋地管道欠保護區域示例

1.4  陽極故障趨勢分析

通過查看遠程陰極保護管理系統數據，進一步分析現場陽極異常變化趨勢。圖 2為1#恒電位儀運行曲線圖，預置電流10 A，正常運行時回路電阻3 Ω，輸出電壓15 V，4月20日發生異常時輸出電壓超限，輸出電流7 A，回路電阻35 Ω。表明系統運行趨勢與現場測量結果相吻合。

圖 2 2022-04-01～ 04-20 1#恒電位儀運行曲線圖

2  陽極失效原因分析

2.1  陽極失效原因分析

該壓氣站所用柔性陽極為鈦基混合金屬氧化物（MMO/Ti），由MMO/Ti陽極芯絲、并行銅芯雙絕緣層電纜、專用高電導率焦炭、包裹耐酸織物和外部機械編織保護網格層五部分組成（圖 3）。形似較粗的電纜，可靈活彎折，電流分布均勻，不存在密集管網屏蔽問題，在土壤電阻率較大時依舊能夠有效保護管道，對站外陰極保護系統干擾小。但其對施工質量和自身安全保護措施要求較高[1]。

圖 3 MMO/Ti柔性陽極結構示意圖

查看2021年1月至2022年4月初恒電位儀運行數據，2#柔性陽極的回路電阻由0.8 Ω緩慢升高至1.5 Ω，電阻變化范圍較小。期間陽極地床區域無施工作業，可知故障不是由第三方施工導致。分析失效原因包括以下幾個方面。

（1）陽極地床敷設施工或開挖時不合理操作，可能導致陽極絲斷裂，造成部分陽極失效。

（2）柔性陽極及其電纜節點連接不規范，密封不嚴密，不能有效隔離水氣滲入，增加陽極及其電纜腐蝕斷線風險。

（3）有關鈦基MMO陽極擊穿電壓與恒電位儀輸出電壓及環境電阻率的關系目前沒有相關研究成果，陽極被擊穿失效原因尚不清楚。

（4）壓氣站地處鹽堿地土壤環境，現場土壤電阻率為4 Ω。經對局部柔性陽極開挖并進行破壞性檢驗（圖 4），發現其內部銅芯發生輕微氧化可見銅銹，外層聚氯乙烯護套變黃硬化；柔性陽極周邊0.3 m范圍土壤呈黃色pH值4～5，其他區域土壤正常pH值7～8偏中性。出現銅銹說明陽極電纜絕緣出現問題，在堿性土壤環境中發生析氧和析氯反應導致土壤呈酸性，侵蝕銅芯雙絕緣層電纜。

圖 4 MMO/Ti柔性陽極破壞性檢查示例

2.2  壓縮機區陽極失效風險

壓氣站壓縮機區出口管道運行壓力和溫度高，管體材料強度等級高。據統計，近90％的應力腐蝕開裂發生在壓氣站下游溫度最高區段[2]。當該區域埋地設施陰極保護系統發生故障時，埋地管道出口管段發生應力腐蝕的可能性會更高。一旦發生應力腐蝕開裂，存在天然氣泄漏、爆炸風險。

3  故障整治思路及效果

2#支路柔性陽極分布于壓縮機進出口匯管區域，在此新增一定數量分布式高硅鑄鐵陽極，同時開挖陽極坑找出原有柔性陽極加以利用，所有陽極線纜統一接到陽極匯流箱。整治后，原壓縮機進出口匯管區欠保護情況得到明顯改善，經測量管地電位達標。

4  結論

壓氣站區域陰極保護陽極地床故障的主要原因是現場埋地柔性陽極地床出現多處斷點，造成回路接地電阻較大，導致恒電位儀設備無法正常輸出。柔性陽極位于鹽堿土壤環境時發生析氧、析氯反應，生成酸性產物；現場柔性陽極電纜耐氯性能差，遭受酸性侵蝕使其結構老化變黃且硬化。針對MMO/Ti柔性陽極運維管理提出三點建議。

（1）敷設前嚴格檢查陽極及其電纜外觀、電纜與陽極節點防腐質量，按規范安裝，回填時做好與其他埋地構筑物的隔離保護，并選用細土[3]。

（2）針對含氯離子的土壤環境選用耐氯離子老化的電纜材料。

（3）后續應開展MMO/Ti柔性陽極擊穿電壓與恒電位儀輸出電壓及環境電阻率相關關系的研究，以提供更多技術支持。

 

參考文獻：

[1]李振軍，王成，吳錦強，等.油氣管道站場區域陰保系統陽極地床應用對比分析[J].管道保護，2021(6)：51-54.

[2]羅匯果.壓力容器和壓力管道應力腐蝕開裂機理及影響因素分析[J].廣東化工，2017，44(6)：139-141.

[3]程明，屠海波，張平.線性陽極在陽曲壓氣站區域性陰極保護中的應用[J].腐蝕與防護，2012，33(4)：338-341.

作者簡介：王喜權，1988年生，助理工程師，管道崗三級工程師，現從事管道本體安全、第三方施工、地質災害防治等方面工作。聯系方式：15242322014，1294846132@qq.com。