熊金根

西部管道公司科技信息服務中心

摘要：接地系統在油氣站場內分布較廣，站內埋地管道受其影響導致區域陰極保護失效而發生腐蝕甚至穿孔。分析了接地系統對站內埋地管道的影響及與陰保系統的關系，介紹了西部管道部分站場接地系統對區域陰極保護的影響及典型腐蝕案例，提出了相關建議。

關鍵詞：接地系統；區域陰極保護；屏蔽；油氣站場

區域陰極保護技術自20世紀70年代在國內部分油氣站場實施取得了很好的保護效果。但由于接地系統在油氣站場內分布較廣，并與埋地管道防腐層差異較大，對埋地管道陰極保護效果及腐蝕的影響也日益凸顯[1]。為此，開展了接地系統對區域陰極保護的影響分析。

1  概述

接地系統對站內埋地管道的影響主要體現在三個方面：①銅、石墨等自腐蝕電位較管道電位高的接地體與管道電連接后，由于電偶腐蝕效應導致管道腐蝕速率增大；②裸露且結構復雜的接地體（水平和垂直接地體）對埋地管道陰極保護產生嚴重的干擾和屏蔽，導致管道電位分布不均和欠保護風險高[2]；③由于采用聯合接地，管道極化電位測試困難，管道實際保護狀況無法得知。

長期以來，由于專業不同，接地系統與區域陰極保護系統都是單獨設計，且由不同專業人員負責。銅接地極由于其良好的導電和耐腐蝕性能而被認為是首選的接地材料，但是隨著國內外頻繁出現的因接地導致的埋地管道腐蝕案例，其對埋地管道的影響逐步受到重視。20世紀60年代初Husock提出：要使陰極保護系統達到較好的保護效果，應盡可能使被保護結構物遠離銅接地極。E L Kirkpatrick也指出了接地系統與管道陰極保護系統之間存在的矛盾：對于接地系統而言，地下結構物的相互聯結可有效降低發生電擊的風險；但對于管道陰極保護系統而言，結構物相互聯結意味著陰極保護電流需求量的增大。當接地極為裸銅線時，陰極保護電流的需求量將增大20多倍且銅接地極將消耗90%以上的陰極保護電流，管道涂層較好時陰極保護電流需求量會更大。

目前站場復雜埋地結構的電位測試主要采用恒電位儀同步斷電法測試埋地管道的斷電電位，鑒于站內大量接地的存在，所測電位為接地與管道的混合電位。而且多數站場存在大量無法斷開的裸金屬接地，接地材料多為鍍鋅扁鋼。也就是說，該法所測電位為鋅接地和管道的混合電位，與管道真正的極化電位存在一定誤差。

2  接地極對區域陰保的影響

歷年現場調查發現，蘭成首站、鄯蘭末站、鄯蘭成品油站、鄯蘭原油泵及原油加熱區等均采用了20支以上的石墨接地極。雙蘭線各站場和分輸站、閥室等采用了大量的石墨接地極。西一線部分站場也有大量采用銅接地極的情況。

通過現場調查、試驗及數值模擬計算得知：石墨、銅等電位偏正的接地極對周邊埋地管道陰極保護效果產生嚴重負面影響，一旦陰極保護電流供給不足，將會加速附近埋地管道防腐層失效處或破損處的外腐蝕，有時甚至會出現電偶腐蝕。石墨及銅接地極影響范圍較大，可達到5 m以上，相距埋地管道越近影響越嚴重。根據現場試驗，一支石墨接地極吸收0.5 A電流后，其極化電位可以達到﹣0.85 V.CSE，除非預先采取針對性措施在每支石墨接地極周邊布滿輔助陽極，充分滿足石墨及銅接地極對陰保電流的需求后，才能避免臨近埋地管道的加速腐蝕現象。2020年3月24日鄯善站庫原油轉油泵至換熱器管線的腐蝕穿孔事件即為典型的由石墨接地極臨近埋地管道敷設引起電偶腐蝕導致的腐蝕穿孔。

3  屏蔽對區域陰保的影響

對區域陰保電流的屏蔽不僅局限于接地系統，站場內埋地小口徑管道及其密集處也存在屏蔽問題。

某站場出站ESD閥[3]的排污管線由于外腐蝕穿孔泄漏，如圖 1所示。經現場調研及測試發現，閥體周圍用試片法測得斷電電位均滿足陰保準則要求。將試片埋設于排污管線及主閥體之間時，測得試片的斷電電位未達﹣0.85 V.CSE。

圖 1 閥門排污管線外腐蝕穿孔圖片

經分析得知：①排污管線和主閥體距離太近，對陰保電流到達排污管線12點鐘位置存在一定的屏蔽，再加上回填土疏松和存在土壤空洞問題，進一步阻斷了陰保電流路徑，從而導致排污管線12點鐘位置存在欠保護；②由于施工條件限制，導致排污管線防腐層出現不均勻等施工缺陷，12點鐘位置厚度不足，從而降低了涂層的防護能力；③由于閥體存在裸露部分，雨水和溶解的雪水順閥體流至腐蝕穿孔處，導致該處土壤潮濕，甚至可能出現水土流失造成土壤疏松和空洞情況，一方面由于潮濕加快了管道自然腐蝕速度，另一方面因土壤疏松和空洞阻斷了陰保電流路徑抑制了該處陰極保護效果，從而加大了泄漏事件的發生概率；④出站ESD閥處輸送介質溫度為45℃左右，高溫環境可加速管道自然腐蝕速度，進一步加大了泄漏事件的發生風險。

4  區域陰保電位測量

站內采用聯合接地時，由于無法斷開埋地管道與接地網的電連接，通過恒電位儀斷電法測量得到的電位均為管道與接地網的混合電位。同時，恒電位儀斷電，由于接地網和管道極化水平不同，還存在不平衡電流流動，因此無法反映管道真實的保護狀況。試片法是一種有效的管道極化電位測試方法，但在聯合接地狀況下如何運用試片法測量管道的極化電位仍然是一個棘手的問題。因考慮如下因素：①試片面積的選擇確定；②斷電延遲時間的選擇確定；③參比電極位置的選擇確定；④接地產生的電場對管道極化電位測試的影響；⑤聯合接地狀況下埋地管道陰極保護測試位置的選取。

5  結論

（1）站場接地系統的接地極應避免使用石墨、銅等自然電位正于管線的材料。

（2）站場區域陰保輔助陽極布置時，應充分考慮接地網的材料及分布位置對管線陰保的影響，輔助陽極盡可能避開接地網布置，必要時可采用數值模擬計算的方式優化輔助陽極的位置。

（3）站場區域陰保電位測試應盡可能采用試片斷電法，試片的安裝位置、面積、斷電時間選取應能夠全面真實地反映站場埋地管道的保護狀況。

參考文獻：

[1]吳廣春，杜艷霞，路民旭，姜子濤，唐德志，接地系統對區域陰極保護影響規律及解決措施研究現狀[J]. 腐蝕與防護，2014，11：1065-1068，1097.

[2]郭繼銀，韓文禮，周冰， 張盈盈，張貽剛.西部地區站場接地系統對陰極保護效果影響的評價分析[J]. 2015油氣站場智能化管理論壇，2015，09，23：56-58.

[3]汪世軍.Shafer氣液聯動閥執行機構功能與維護[J]. 油氣儲運，2010，29(4)：296-298.

作者簡介：熊金根，1965年生，本科，高級工程師，華中工學院電力系統及其自動化專業，主要從事腐蝕防護及陰極保護工作。聯系方式：13199811851，2253688734@qq.com。