楊永和 胡江鋒 李振軍 方衛林 吳思憲 王晉中

中國石油西部管道分公司

壓氣站作為天然氣生產(chǎn)和輸送中的一個(gè)重要環(huán)節，站內一般包含了工藝管網(wǎng)、防雷接地網(wǎng)等在內的多種埋地金屬構筑物。為了保護站內埋地管網(wǎng)及防雷接地網(wǎng)的安全長(cháng)效運行，近年來(lái)區域陰極保護技術(shù)發(fā)展迅速[1-2]。由于站內陰極保護系統所保護的埋地構筑物多為裸鋼或防腐層較差的鋼結構，而站外陰極保護系統所保護的干線(xiàn)防腐層較好，站內、外兩套陰極保護系統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、外管線(xiàn)電隔離，即站場(chǎng)內外各自采用獨立的陰極保護系統。由于站內陰極保護系統通常距離站外干線(xiàn)較近，如果設計不合理，站內陰極保護系統會(huì )對站外干線(xiàn)陰極保護系統產(chǎn)生干擾，引起干線(xiàn)陰極保護系統輸出異常，無(wú)法達到保護效果，目前國內對于不同陰極保護系統間干擾問(wèn)題的檢測和處理仍處于研究探索階段[3-4]。

某壓氣站區域陰極保護系統采用淺埋陽(yáng)極地床的外加電流保護方式，通過(guò)3路淺埋陽(yáng)極地床來(lái)保護站場(chǎng)內的接地網(wǎng)、埋地工藝管線(xiàn)及壓縮機區域埋地金屬構筑物�，F場(chǎng)運行發(fā)現，站場(chǎng)區域陰極保護系統開(kāi)啟后，引起該站所轄干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀輸出電壓電流為零，同時(shí)下游出站端管線(xiàn)極化電位較正常保護下管線(xiàn)的極化電位正移0.5 V左右。通過(guò)開(kāi)展現場(chǎng)測試和試驗明確了干線(xiàn)陰極保護系統的干擾源，并進(jìn)行了有效治理，將干線(xiàn)恒電位儀的輸出參數恢復至干擾前的水平。

1 站內區域陰極保護系統對站外干線(xiàn)陰極保護系統干擾排查

某壓氣站站場(chǎng)區域陰極保護系統主要由1套4路恒電位儀、柔性陽(yáng)極地床、高硅鑄鐵淺埋輔助陽(yáng)極地床、參比電極、饋流點(diǎn)和測試點(diǎn)、分流箱、連接電纜等構成。每路的設計保護區域：第1回路保護站區接地系統；第2回路保護工藝裝置區、收發(fā)球筒區、放空區及其周?chē)�管網(wǎng)；第3回路保護壓縮機區及其周?chē)�管網(wǎng)；第4回路備用。設備采用福建三明PS-3F型恒電位儀，額定輸出功率為50 V/30 A。

站場(chǎng)區域陰極保護系統開(kāi)啟后，干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀輸出電壓電流即為零，為確認是區域陰極保護系統恒電位儀的哪一路對線(xiàn)路陰極保護系統存在干擾，將3路區域陰極保護系統恒電位儀分別通斷，觀(guān)察線(xiàn)路陰極保護系統恒電位儀的輸出，見(jiàn)表1：

表1 干線(xiàn)陰保恒電位儀輸出值

由上表可以看出，第2路區域陰極保護系統恒電位儀開(kāi)啟后，干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀輸出電壓電流變?yōu)榱�，這是因為線(xiàn)路控制參比電極一般放置在出站絕緣接頭站外側附近，且處于第2路區域陰極保護系統陽(yáng)極地床的陽(yáng)極電場(chǎng)影響區，導致有雜散電流從該段管道上流入，雜散電流的流入導致極化增大，恒電位儀為維持設定的控制電位，輸出電壓和輸出電流自動(dòng)降低為零。干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀無(wú)輸出，最終導致站場(chǎng)上下游管線(xiàn)實(shí)際得不到陰極保護，增大了管線(xiàn)發(fā)生腐蝕的風(fēng)險。

2 干擾及緩解措施的數值模擬分析

根據該站的平面布置圖、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值模擬及干擾模擬計算的三維幾何模型，通過(guò)計算控制參比電極的可能移動(dòng)位置來(lái)保證線(xiàn)路陰極保護系統能以恒電位模式正常工作，為下一步的調整和現場(chǎng)實(shí)驗測試提供一定的借鑒指導作用。

該站的平面分布圖、管網(wǎng)分布圖及站內接地網(wǎng)分布圖如圖1~3所示。

根據圖1~3所示的基礎資料建立了該站區域陰極保護數值模擬及干擾模擬計算的三維模型，并進(jìn)行了邊界元網(wǎng)格劃分，如圖4和5所示。

利用軟件對站內外干擾模型進(jìn)行數值模擬計算，研究陽(yáng)極干擾區的距離。

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

當存在干擾時(shí)，即站場(chǎng)區域陰保系統輸出電流為30 A時(shí)，站場(chǎng)附近出站和進(jìn)站線(xiàn)路的陰極保護電位分布分別如圖7和圖8所示。由圖可見(jiàn)，存在干擾時(shí)，站場(chǎng)附近線(xiàn)路由于受到陽(yáng)極干擾的影響而發(fā)生電位負移，但未發(fā)生過(guò)保護的情況。以淡綠色為無(wú)干擾時(shí)的正常電位標志，由圖可見(jiàn)該陽(yáng)極干擾的影響距離可能達到200~300 m，此時(shí)應將參比電極移動(dòng)到300 m以外。

3 干擾程度及范圍

3.1 干擾程度

為保證站場(chǎng)上下游管線(xiàn)得到有效的陰極保護，需改變目前線(xiàn)路陰極保護系統控制參比電極的位置，使線(xiàn)路陰極保護系統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，但位于區域陰極保護系統陽(yáng)極地床影響區的管線(xiàn)仍然受陽(yáng)極干擾[5-6]，為考察影響區內的管線(xiàn)受干擾的程度，調整區域陰極保護系統恒電位儀的輸出，見(jiàn)表2：

同時(shí)調整干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀的輸出，使得其輸出電流維持在未受干擾的水平，然后與區域陰極保護系統恒電位儀同步通斷，測得干線(xiàn)進(jìn)出站絕緣接頭兩端的電位如表3所示：

測試結果表明，若將干線(xiàn)陰極保護系統的控制參比電極移動(dòng)到陽(yáng)極干擾區之外，同時(shí)維持干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀輸出電流在未受干擾的水平，測得干線(xiàn)出站絕緣接頭站外管段極化電位為-1.20 V，干線(xiàn)未發(fā)生過(guò)保護的情況，這說(shuō)明區域陰極保護系統未對站外管線(xiàn)的極化電位產(chǎn)生影響。

3.2 干擾范圍

為考察區域陰極保護系統對線(xiàn)路陰極保護系統的影響范圍，將區域陰極保護系統恒電位儀調整為通斷運行，沿管線(xiàn)出站下游方向測量干線(xiàn)不同點(diǎn)的通電電位，見(jiàn)下表：

由上表可以看出，當便攜式參比電極放置在距出站絕緣接頭下游350 m處時(shí)，站內區域陰極保護系統恒電位儀通斷電運行不會(huì )引起干線(xiàn)通電電位的變化，說(shuō)明區域陰極保護系統對線(xiàn)路陰極保護系統的影響范圍為出站350 m以?xún)�，與模擬計算結果相一致。

4 干擾問(wèn)題處理

根據前期測試及模擬計算結果，為消除區域陰極保護系統對線(xiàn)路陰極保護系統的干擾，需將線(xiàn)路控制參比電極沿出站管線(xiàn)下游方向移動(dòng)350 m，并重新敷設參比電纜，與原有參比電纜連接。由于原有參比電纜出站后無(wú)法準確定位埋深及走向，且站內外落差有6m，因此不宜在站外開(kāi)挖查找電纜。在站內管線(xiàn)出站位置，沿管線(xiàn)開(kāi)挖便于查找原有參比電纜。

線(xiàn)路控制參比電極遷移前后，區域陰極保護系統恒電位儀及線(xiàn)路陰極保護系統恒電位儀輸出參數如下表：

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

5  結論

（1）第2路區域陰極保護系統恒電位儀開(kāi)啟后，干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀輸出電壓電流為零，說(shuō)明第2路區域陰極保護系統對線(xiàn)路陰極保護系統存在陽(yáng)極干擾；

（2）區域陰極保護系統對站外陰極保護系統的陽(yáng)極干擾未引起站外管線(xiàn)的極化電位過(guò)負的現象；

（3）經(jīng)過(guò)數值模擬計算及現場(chǎng)實(shí)際測試，區域陰極保護系統對干線(xiàn)陰極保護系統的影響范圍為出站350 m以?xún)龋?/p>

（4）干線(xiàn)控制參比遷移后，干線(xiàn)陰極保護系統恒電位儀基本不受區域陰極保護系統的影響。 ◢

參考文獻：

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（作者簡(jiǎn)介：楊永和，西部管道公司管道處處長(cháng)，高級工程師）

2014年第3期（總第16期）