天然氣站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)存在的問題及措施

1、 天然氣站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)存在的問題及措施 摘要：近年來，隨著社會的發(fā)展，我國的各行業(yè)的發(fā)展也有了進步。在天然氣場站的建設(shè)過程中，區(qū)域性陰極保護技術(shù)在大型油氣站場的應(yīng)用成為一種必然趨勢，不斷摸索和實踐，目前取得很多成功應(yīng)用，但針對建站早，站內(nèi)埋地管道、設(shè)備布置復(fù)雜、防腐層質(zhì)量、接地網(wǎng)形式以及因改、擴建施工影響，對實現(xiàn)區(qū)域性陰保，有效控制埋地管道及設(shè)備腐蝕，達到理想的保護效果，都是一項嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：天然氣站場區(qū)域；陰極保護系統(tǒng)；存在的問題；措施引言目前，在天然氣行業(yè)的發(fā)展過程中，鋼制管道在我國天然氣長輸管道及站場建設(shè)中使用非常普遍，對于埋地鋼制管道的防腐措施，一般采用防腐涂層與陰極保護聯(lián)

2、合的方式，目前區(qū)域陰極保護形式在石油天然氣站場應(yīng)用廣泛，且效果顯著，但也暴露出一些問題。通過對天然氣站場區(qū)域陰極保護技術(shù)特點的探討，結(jié)合現(xiàn)場區(qū)域陰極保護在設(shè)計、施工、運行過程中存在的一些問題提出了初步的解決辦法，并就如何保證站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的正常運行提出了管理措施，應(yīng)做到陰極保護設(shè)備、恒電位儀、參比電極、陽極地床、測試樁裝置、絕緣法蘭等的定期檢查和維護。1區(qū)域陰極保護的技術(shù)特點區(qū)域陰極保護是對某一地區(qū)所有預(yù)保對象整體進行陰極保護，依靠輔助陽極的合理分布，保護電流的自由分布，以及相鄰管線和設(shè)備之間的電氣絕緣對象被置于指定且確定的電勢范圍內(nèi)。區(qū)域陰極保護的技術(shù)特點包括：（1）站內(nèi)埋管腐蝕層薄弱

3、，接地系統(tǒng)龐大，陰極保護電流消耗高。（2）地下金屬結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，站外陰極保護系統(tǒng)、自身回路與回路之間的干擾和屏蔽兩種情況同時存在，且較為嚴(yán)重。（3）安全性要求高，天然氣站場為易燃、易爆場所，屬于一級防火區(qū)，要保證在輸出大電流的情況下不能發(fā)生短路打火現(xiàn)象。（4）陰極保護系統(tǒng)較復(fù)雜，后期調(diào)試整改工作量較大，局部地區(qū)因特殊原因很難達到陰極保護效果，需要反復(fù)測量、調(diào)試，最終達到各系統(tǒng)之間的平衡，以求獲得最佳保護效果。2天然氣站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)存在的問題2.1明火作業(yè)引發(fā)火災(zāi)爆炸天然氣站場進行動火作業(yè)時，在站場內(nèi)的輸氣管道、儲氣設(shè)備以及裝有易燃易爆介質(zhì)的容器上會直接或間接使用明火，稍有不慎會引發(fā)火災(zāi)爆

4、炸危險，導(dǎo)致巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。2.2防腐覆蓋層故障這里所說的防腐覆蓋層故障是指廣義的故障，就是說，當(dāng)兩座陰極保護站之間管段整體防腐覆蓋層絕緣電阻小于防腐覆蓋層極限電阻時，陰極保護站提供最大的保護電流都已無法滿足最小陰極保護電位標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下，認為防腐覆蓋層出現(xiàn)了故障。防腐覆蓋層故障主要發(fā)生在防腐覆蓋層接近使用壽命并開始出現(xiàn)明顯老化趨勢的管道上。構(gòu)成防腐覆蓋層故障的因素有兩個，一是防腐覆蓋層整體性能老化，導(dǎo)致絕緣電阻下降；二是管理部門對防腐覆蓋層放松管理，長期不對防腐覆盞層進行檢漏、修補，致使防腐覆蓋層的破損積少成多，判斷這種故障應(yīng)由工程技術(shù)人員進行或委托專業(yè)測試隊伍承擔(dān)。2.3管道

5、陰保電位異常對套管對地電位進行測試，結(jié)果表明有陰保電流流入套管和被保護管道，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)含有導(dǎo)電成分，不存在絕緣層屏蔽；套管和工作管線通過電解質(zhì)發(fā)生電性連接，穿越套管的短路分流是造成被保護管線陰保電位欠保護的原因。設(shè)計的埋地管道和保護套管之間是干燥絕緣的，但是水有時通過有殘缺的密封端頭進入套管，或是由通氣孔進入套管的空氣中凝結(jié)水氣。管線和套管間積存的水和其他電解質(zhì)導(dǎo)致兩者產(chǎn)生電性連接，從而造成陰保電流分流，被保護管線得不到有效保護。在施工階段，涂覆的管線被推入套管時，管線涂層很可能被損壞，由于套管與管道間的空間比較狹小，所處位置又不能定期開挖維修，所以存在較大的腐蝕安全隱患。3天然氣站場區(qū)域

6、陰極保護系統(tǒng)優(yōu)化3.1區(qū)域性陰極保護電流密度的選取陰極保護電流需求量是區(qū)域性陰極保護一個非常重要參數(shù)。主要從三種方法確定所需保護電流密度：經(jīng)驗估算法，主要估計防腐層面電阻率來選取陰極保護電流密度，得到近似電流總需求量。常用防腐層面電阻率，及根據(jù)防腐層面電阻率按如下原則選取保護電流密度。但針對油氣集輸站場埋地被保護體的多樣性和分布的復(fù)雜性及表面狀況差異較大的特點，僅參照標(biāo)準(zhǔn)中給定的參數(shù)通過經(jīng)驗估計方法是難以準(zhǔn)確確定所需的保護電流密度；實驗室測量法主要利用電化學(xué)測量系統(tǒng)，根據(jù)區(qū)域內(nèi)實際被保護對象的類型、表面狀況差異制作相應(yīng)的測試試樣，通過極化曲線（極化電流密度和極化電位對應(yīng)關(guān)系曲線）測試，得到不同

7、試樣的極化電流密度值，根據(jù)保護面積計算得到區(qū)域陰極保護保護總電流需求量；現(xiàn)場饋電試驗法通過現(xiàn)場建立臨時保護站，預(yù)埋臨時陽極地床，測量被保護結(jié)構(gòu)的電位，調(diào)整臨時電源系統(tǒng)的輸出電流和電壓，直至建立較理想保護電位，再根據(jù)測試實驗輸出電流情況確定區(qū)域陰極保護電流需求量。3.2運維管理措施（1）陰極保護設(shè)備應(yīng)定期檢查，包括陰極保護設(shè)備電路接觸的可靠性。（2）恒電位儀的檢測和維修。包括：區(qū)域陰極保護設(shè)備一般設(shè)有備份回路，應(yīng)根據(jù)管理要求定期使用，切換到備份循環(huán)時，應(yīng)立即檢查和修復(fù)，設(shè)備維修過程中不得帶電插拔各種插接件、印刷電路板等；觀察所有部件是否有腐蝕、荒廢、損壞、電路故障情況，緊固件是否松動，連接點是否

8、可靠，引信是否完好等，必須找出原因，進行處置；清潔內(nèi)部，除去灰塵；發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時應(yīng)及時檢修，并投用備用回路。（3）參比電極的檢查與維護。對于液態(tài)硫酸銅電極，溶液的泄漏和銅棒的清潔度必須每周檢查一次，進行實地測量時，要保持清潔，防止污染。應(yīng)每間隔一段時間清洗電極中的銅棒，露出銅的顏色。飽和硫酸銅溶液應(yīng)使用純的硫酸銅晶體和蒸餾水進行制備，硫酸銅溶液混濁時，應(yīng)及時更換。參比電極外殼應(yīng)采用非透明材料，并預(yù)留觀察窗。符合上述要求且經(jīng)現(xiàn)場測量電位驗證的便攜式參比電極可用于校對其他參比電極。（4）陽極地床的維護。陰極保護站應(yīng)明確標(biāo)志出陽極電纜的走向及陽極地床位置，陰極保護站檢修時一并檢查陽極及電纜周邊有無大

9、規(guī)模開挖施工等對陽極正常運行造成影響的情況，每月檢修情況應(yīng)記錄在專業(yè)設(shè)備技術(shù)檔案中，陽極床的電阻值可以每月測試一次。當(dāng)接地電阻增大，使恒電位器不能提供管道所需的保護電流時，應(yīng)更換或修復(fù)陽極地床，以降低接地電阻。在特別干旱地區(qū)，陽極地床可定期采取澆水降阻措施。當(dāng)實際測量的地面阻力大于允許值時，應(yīng)及時維護、修理或更換陽極地床。3.3區(qū)域性陰極保護數(shù)值模擬技術(shù)站場區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計單靠經(jīng)驗估計，缺乏理論指導(dǎo)，很難達到預(yù)期的效果。采用數(shù)值模擬方法來對區(qū)域性陰極保護效果進行預(yù)測，對于提高陰極保護的效果具有重要意義。區(qū)域性陰極保護電位分布的數(shù)學(xué)模型包括問題的描述方程和相應(yīng)的邊界條件兩個方面，主要根據(jù)

10、被保護構(gòu)件的幾何尺寸和陽極的位置、形狀，電流流經(jīng)的體系周圍介質(zhì)的電性能，陰、陽極的電化學(xué)特性而建立。常用的陰極保護電位分布描述方程為拉普拉斯方程。邊界條件常采用陽極邊界、土壤邊界和陰極邊界三種邊界。陽極邊界常采用電位值恒定的第一類邊界條件，土壤邊界一般采用電流密度恒定的第二類邊界條件，陰極邊界常采用極化特性函數(shù)表示的第三類邊界條件，一般通過極化特性測試獲得。陰極保護體系的數(shù)學(xué)模型可通過有限元法（fem）、有限差分法（fdm）和邊界元法（bem）等來求得數(shù)值解，fem法與fdm法相比的一個優(yōu)點在于可方便地處理復(fù)雜的或彎曲的幾何面，但同fdm法一樣，結(jié)果的精度也與單元的大小和數(shù)目有關(guān)，因此進行三維陰極保護系統(tǒng)模擬時，計算量和花費的時間將是很大的。bem法通過建立邊界積分方程，能使問題維數(shù)降低一維，方程組階數(shù)降低，給定節(jié)點密度下的計算精度提高，克服了fdm法和fem法數(shù)據(jù)準(zhǔn)備量大的缺陷，成為在陰極保護數(shù)值計算領(lǐng)域有廣闊前景的計算方法。結(jié)語為了從根本上解決天然氣戰(zhàn)場中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，需要從加強安全管理，改進防護措施，規(guī)范人員操作等多個方面入手對站場存在的潛在