長輸管道站場區(qū)域陰極保護講座

1、 長輸管道站場 區(qū)域陰極保護 1、 區(qū)域陰極保護的意義 2、 技術(shù)發(fā)展回顧 3、 區(qū)域陰極保護技術(shù)特點 4 、傳統(tǒng)輔助陽極地床 5、 柔性陽極技術(shù) 6、 結(jié)束與建議1、 區(qū)域陰極保護的意義 30多年來，隨著越來越多的石油和天然氣管道工程的建設，人們對長輸管道的腐蝕控制已經(jīng)得到了足夠的重視，管道腐蝕泄露事故越來越少；然而，由于對站場地下管道的腐蝕防護缺乏重視，輸油氣站場內(nèi)配管系統(tǒng)腐蝕的事例卻不斷地發(fā)生，已經(jīng)越來越引起大家的關(guān)注，對輸油氣管道站場實施區(qū)域陰極保護的呼聲越來越高，將區(qū)域陰保納入站場腐蝕防護工作中已成為必須。 多年來站場內(nèi)部埋地管網(wǎng)的腐蝕破壞事故不斷的發(fā)生，如忠武輸氣管線站場在擴建開挖

2、時發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)管線防腐層脫落嚴重，又沒有陰極保護措施，造成了較為嚴重的腐蝕；07年初在西氣東輸輪南首站以及陜京輸氣管道站內(nèi)開挖過程中，也同樣發(fā)現(xiàn)防腐層破損嚴重，使管道遭受了腐蝕；另外，早些年在阿賽線、濮-臨復線輸油管道上，也都出現(xiàn)過站內(nèi)埋地管道腐蝕泄漏的報導。所有這些站內(nèi)管道被腐蝕的實例，都在迫切地督促著人們盡快采取必要的防護措施，改善和綜合治理由于站內(nèi)管網(wǎng)缺乏保護正在遭受著的腐蝕侵害。 由于站內(nèi)設備、儀表設施以及人員相對比較集中，站內(nèi)腐蝕泄露的危害要比干線嚴重的多。正因為如此，站內(nèi)腐蝕在國外油氣儲運工程中一直都很重視，美國腐蝕工程師協(xié)會nace要求站內(nèi)管道必須采取陰極保護。中石油最近十多年來也

3、陸續(xù)在許多管道工程中,如忠武線、庫鄯線、黃島首站、太陽升和林源等泵站、鄯烏線，陜京輸氣管道、以及廣東lng等諸多工程的工藝站場實施了區(qū)域陰極保護，取得了一定的效果。一些管道項目如西一線、西部原油成油管道等都正在實施增設區(qū)域陰極保護。 下圖為忠武管道站內(nèi)腐蝕現(xiàn)場圖片二、 技術(shù)發(fā)展回顧 國內(nèi)長輸管道行業(yè)區(qū)域陰極保護技術(shù)始于上世紀70年代末80年代初，當時的管道勘察設計院在管道局所屬的東營首站首次嘗試進行區(qū)域陰極保護，陰極保護采用的是深井陽極，保護站內(nèi)庫區(qū)與地下管網(wǎng)，現(xiàn)場采取不斷調(diào)試通電點方式，由于當時庫區(qū)地下金屬管網(wǎng)與其它金屬構(gòu)筑物較多，而且分布情況不明，除臨近地床附近的一些區(qū)域達到-0.85的保

4、護要求外，許多管道因相互屏蔽而沒達到-0.85v的保護電位；90年代初，管道局所屬的東北輸油局又在林源和太陽升泵站實施了區(qū)域陰極保護，保護方式采用強制電流法，陽極地床采用站外周邊水平淺埋陽極組方式，這兩個站的設計和實施由泵站管理單位完成，由于輸油泵站區(qū)域較大，地下管網(wǎng)較多，管道電絕緣幾乎沒有實施，因此，這兩個站的區(qū)域陰保除靠近陽極地床的區(qū)域配管外，相當一部分由于地下管道的相互電屏蔽而沒有達到保護電位，普遍在-0.75-0.8v c.s.e。 進入新世紀初，區(qū)域陰極保護進入全面嘗試應用階段。2001年11月，管道公司在所屬的鄯烏線對沿線所有工藝站場實施區(qū)域陰極保護，這次陰極保護的實施，充分總結(jié)了

5、以前的經(jīng)驗，先后對鄯善首站、烏石化末站、新化分輸站、城市站等所有站場進行區(qū)域保護，保護采用深井陽極與淺埋陽極相結(jié)合分散布置的方式，以深井陽極為主，淺埋陽極為輔，深井陽極安裝于站外，淺埋陽極靠近被保護管道，以降低屏蔽和干擾。同時對站內(nèi)接地系統(tǒng)進行改造，將原來的角鋼接地改為鋅合金。工程實施后，進行電位實測，總結(jié)了很多經(jīng)驗。陜京線也先后在采育、永清、通州等站實施區(qū)域陰極保護；西氣東輸也陸續(xù)在甪直和古浪開展了區(qū)域陰保研究； cpe西南分公司也在永唐秦輸氣管道站場中實施了深井陽極地床區(qū)域陰極保。 在國內(nèi)工程不斷進行區(qū)域陰保實驗的同時，管道局也先后在科威特、俄羅斯西伯利亞太平洋等管道工程中實施區(qū)域陰保，同

6、時我們也在不斷與我們的國際合作伙伴如美國克羅尼爾、mactor、英國cp、德國sss等專業(yè)公司廣泛合作，對國外的區(qū)域陰保也有比較多的了解和掌握。三、 區(qū)域性陰極保護技術(shù)特點 多年來，長輸管道工程設計中，區(qū)域性陰極保護設計和實施之所以沒有很好地全面開展，與其保護對象的多樣性、影響因素的多重性以及現(xiàn)場條件制約的多方性有很大關(guān)系。通常來說，區(qū)域陰保具有如下技術(shù)特點。 -保護對象復雜性，站內(nèi)區(qū)域性陰極保護是復雜的系統(tǒng)，通常包括站內(nèi)埋地工藝管網(wǎng)、站內(nèi)消防管線、排污管線、放空管線、熱力管網(wǎng)等，這與站外單一干線管道的保護完全不同，相互制約和影響因很多，需要系統(tǒng)地統(tǒng)籌考慮。 -影響因素差異性，站內(nèi)管道本身具有

7、防腐層差異、管徑差異、敷設方式差異、介質(zhì)溫度差異、材質(zhì)差異、鄰近或交叉分布差異以及地質(zhì)環(huán)境差異等，這些差異反應在陰極保護電場分布方面，直接影響著陰極保護電位的分布。 區(qū)域保護設計中，需要根據(jù)這些不同客觀條件，采取適當調(diào)節(jié)措施，有效地均衡各區(qū)段管道的保護電位，根據(jù)需要調(diào)節(jié)不同區(qū)域保護電流的合理分配，才能保證整體系統(tǒng)處于預期的保護狀況。 -外界條件限制多樣性，外界影響最嚴重、最直接的就是站場各種電接地系統(tǒng)，在常規(guī)站場電力接地系統(tǒng)的設計中，往往采用整體聯(lián)合接地網(wǎng)形式，將防雷擊接地、工作接地、安全接和防靜電接地做成一個整體，使得需要保護的管段與不需要保護的設施連為一體，會造成保護電流的大量意外流失，限

8、制著保護電流的合理流動，嚴重影響著防腐保護應有的保護效果。-必要絕緣設施的安裝限制，站場區(qū)域性陰極保護設計中，應當根據(jù)需要設置必要的絕緣隔離設施，但在裝置區(qū)內(nèi)安裝絕緣接頭因數(shù)量較多、安裝空間有限等原因顯得很不現(xiàn)實，造成一定的陰極保護電流流失。-調(diào)試與檢測，如上所述，站場區(qū)域性陰極保護的實施受到許多制約影響，需要根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)并合理分配保護電流，實際操作中保護電流的調(diào)配以及保護電位的均衡并不是十分容易取得理想效果的，有時會顧此失彼； 這些因素都是區(qū)域陰保難以成功實施原因。 四、傳統(tǒng)輔助陽極地床 國內(nèi)近30年區(qū)域陰極保護經(jīng)驗證明，站場區(qū)域陰極保護能否成功，陽極地床方式和位置至關(guān)重要，這是我們十多

9、項區(qū)域陰保工程的最深刻感受，可以說是區(qū)域陰保能否成功的關(guān)鍵。如果地床方式或位置分布選擇不當，將會對保護范圍以外的干線管道和鄰近金屬構(gòu)筑物形成不良的干擾影響，并且，存在對于管網(wǎng)密集的地方因屏蔽而達不到保護而其它區(qū)域卻產(chǎn)生了過保護問題。 傳統(tǒng)的區(qū)域陰極保護輔助陽極地床形式主要有淺埋、深井陽極等形式。1 淺埋陽極地床,淺埋陽極地床是指一支或多支陽極垂直（或水平）安裝于地下15米以內(nèi)的土壤中，以提供陰極保護的陽極地床。這種陽極地床適合保護幾何形狀單一的構(gòu)筑物，如單一長輸管線。分布式淺埋陽極地床也可用于站場區(qū)域陰極保護。2 深井陽極地床 深井陽極地床是指在地下深層井孔中（通常井深大于15米）垂直安裝一支

10、或多支陽極的地床形式，多用于地表土壤電阻率高或空間狹小、無法滿足淺埋陽極地床安裝空間及所需的陽極接地電阻要求的環(huán)境條件下。 深井陽極地床方式對地質(zhì)條件、地下水位、地下地層土壤電阻率等因素要求苛刻，另外深井陽極方式存在著施工設施龐大、施工復雜、鉆井配套設施復雜、工程費用較高、鉆井失敗的風險較大等許多不利因素。 五、柔性陽極技術(shù) 柔性陽極技術(shù)介紹 柔性陽極是目前國外區(qū)域陰極保護中普遍采用的陽極材料。 柔性陽極是一種柔軟、長線形的輔助陽極，在外面包覆碳粉填料制成的纜形陽極。它包括導電聚合物、金屬氧化物、以及和鉑鈮合金三種。導電聚合物陽極為早期的第一代柔性陽極，mmo柔性陽極為第二代產(chǎn)品。 兩種陽極外

11、形相似，使用目的和方式相同，但結(jié)構(gòu)上有著本質(zhì)的差別。目前國際上正在廣泛使用的是mmo柔性陽極。相對于傳統(tǒng)的深井陽極與分布式陽極，柔性陽極具有如下優(yōu)點：-輸出電流分布均勻，即使管道防腐層破損嚴重，甚至裸管，也能提供足夠的保護電流；-保護電位分布均勻，避免了管道保護中過保護和保護不足的問題；-針對性強，對其他金屬構(gòu)筑物干擾影響很??；-適用于不同土壤電阻率的土壤環(huán)境；-保護管網(wǎng)，可以弱化電絕緣條件要求；-能夠有效解決復雜管網(wǎng)區(qū)域內(nèi)屏蔽和相互干擾；-與站內(nèi)工藝管道同時施工，同溝敷設，便于安裝，可根據(jù)現(xiàn)場需要截取任意長度；-不影響以后站場改、擴建，以及站場改擴建后的相應區(qū)域陰極保護擴容?？梢哉f，柔性陽極

12、開發(fā)的目的就是用來解決傳統(tǒng)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(gòu)筑物特別是對干線管道的干擾問題。因此，一經(jīng)面世，該陽極即廣泛用于站場管網(wǎng)及附屬金屬構(gòu)筑物保護，包括大型儲罐底板的陰極保護。 柔性陽極在國內(nèi)外的應用 柔性陽極在美國廣泛應用于石油金屬設施的保護、電廠地下金屬配管和構(gòu)筑物的保護、船舶碼頭的保護等等，即使是美國水務協(xié)會awwa也聽從了美國腐蝕工程師協(xié)會ncae的建議在城市供水管網(wǎng)上大量采用柔性陽極進行保護，1999年，中石油曾組團到歐洲考察管道建設，發(fā)現(xiàn)歐洲的許多管道如zeepipe、asgard、europipe1、europ

13、ipe、norfra等管道的陰極保護也廣泛采用了柔性陽極技術(shù)。 在由管道局承建、俄羅斯人設計的俄羅斯西伯利亞太平洋管道站場區(qū)域陰極保護工程中采用的也是柔性陽極。今年8月份，北京中俄管道項目部轉(zhuǎn)來一份中俄管道俄羅斯境內(nèi)管段的設計文件，俄羅斯人在該管道上仍然采用的是柔性陽極保護。歐盟規(guī)范也建議采用柔性陽極進行區(qū)域陰極保護。 下圖為柔性陽極與傳統(tǒng)的深井陽極和分布式淺埋陽極的特點對比，圖中紅、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(tǒng)在管采用柔線上的電位分布形態(tài)。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

14、-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(zhì)，尤其是對x80鋼的危害不容忽視。 從上表可以看出，柔性陽極區(qū)域陰極保護的保護參數(shù)非常理想，不存在保護不足和過保護的問題。也沒有對干線管道造成雜散電流干擾。 由于柔性陽極技術(shù)在區(qū)域陰極保護中獨特的優(yōu)勢，目前西二線、陜京三線、蘭鄭長、獨烏鄯原油管道等站場陰極保護中全面采用了柔性陽極。 目前西氣東輸公司也開始在不少站場大修工程中采用柔性陽極技術(shù)。 根據(jù)我們所了解的國外信息，以及國內(nèi)外工程反復實踐檢驗，區(qū)域陰極保護中最不恰當?shù)牡卮卜绞骄褪沁h陽極地床。這一點，美國著名的管道腐

15、蝕控制專家a.w.peabody 在他的專著control of pipeline corrosion第二版“shielding in congested areas”一節(jié)已經(jīng)說明的非常明白，他在談到對工藝站場區(qū)域保護時指出密集區(qū)的屏蔽作用是個難題，使用遠地床陰極保護系統(tǒng)是不起作用的。 國內(nèi)柔性陽極應用情況 柔性陽極問世不久即在我國得到應用，目前已經(jīng)在我國電力行業(yè)的電廠配管保護、儲備庫區(qū)保護、石油管道保護、城市配氣管網(wǎng)保護等工程中得到大量應用。 在電廠配管保護工程案例中，有外方設計的秦山核電站地下循環(huán)水管網(wǎng)的保護、三門核電工程一期工程、北京燃氣集團所屬的京豐電廠項目等； 陜京線輸氣管道衙門口良鄉(xiāng)配氣管道工程等采用的都是柔性陽極保護，城市配氣管網(wǎng)上應用的有采育南五環(huán)工程。至于在其它行業(yè)站庫區(qū)上的應用更是數(shù)不勝數(shù)，如：中石化儀征輸油站擴建一期工程、黃島國家石油儲備基地項目、上海石化白沙灣中轉(zhuǎn)油庫、中石化鎮(zhèn)海嵐山原油儲備庫、中石化天津乙烯煉化一體化項目原油儲運配套工程、塘沽南疆油庫、中石化天津乙烯煉化一體化項目原油儲運配套工程、中石化曹妃甸原油碼頭及配套設施工程曹妃甸油庫庫區(qū)及配套設施、中石化金嘉湖輸油管線首站配套罐區(qū)工程、石家莊油庫及站區(qū)管網(wǎng)陰極保護工程等等，由這些項目也可以看出，柔性陽極技術(shù)在除中石油外的石化、電力行業(yè)都已全面