天然氣站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題及措施

1、 天然氣站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題及措施 摘要：近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的各行業(yè)的發(fā)展也有了進(jìn)步。在天然氣場(chǎng)站的建設(shè)過(guò)程中，區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)在大型油氣站場(chǎng)的應(yīng)用成為一種必然趨勢(shì)，不斷摸索和實(shí)踐，目前取得很多成功應(yīng)用，但針對(duì)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(kuò)建施工影響，對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域性陰保，有效控制埋地管道及設(shè)備腐蝕，達(dá)到理想的保護(hù)效果，都是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：天然氣站場(chǎng)區(qū)域；陰極保護(hù)系統(tǒng)；存在的問(wèn)題；措施引言目前，在天然氣行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，鋼制管道在我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道及站場(chǎng)建設(shè)中使用非常普遍，對(duì)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(hù)聯(lián)

2、合的方式，目前區(qū)域陰極保護(hù)形式在石油天然氣站場(chǎng)應(yīng)用廣泛，且效果顯著，但也暴露出一些問(wèn)題。通過(guò)對(duì)天然氣站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)的探討，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行過(guò)程中存在的一些問(wèn)題提出了初步的解決辦法，并就如何保證站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提出了管理措施，應(yīng)做到陰極保護(hù)設(shè)備、恒電位儀、參比電極、陽(yáng)極地床、測(cè)試樁裝置、絕緣法蘭等的定期檢查和維護(hù)。1區(qū)域陰極保護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)區(qū)域陰極保護(hù)是對(duì)某一地區(qū)所有預(yù)保對(duì)象整體進(jìn)行陰極保護(hù)，依靠輔助陽(yáng)極的合理分布，保護(hù)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(duì)象被置于指定且確定的電勢(shì)范圍內(nèi)。區(qū)域陰極保護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)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(hù)電流消耗高。（2）地下金屬結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，站外陰極保護(hù)系統(tǒng)、自身回路與回路之間的干擾和屏蔽兩種情況同時(shí)存在，且較為嚴(yán)重。（3）安全性要求高，天然氣站場(chǎng)為易燃、易爆場(chǎng)所，屬于一級(jí)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(hù)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(dá)到陰極保護(hù)效果，需要反復(fù)測(cè)量、調(diào)試，最終達(dá)到各系統(tǒng)之間的平衡，以求獲得最佳保護(hù)效果。2天然氣站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題2.1明火作業(yè)引發(fā)火災(zāi)爆炸天然氣站場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)時(shí)，在站場(chǎng)內(nèi)的輸氣管道、儲(chǔ)氣設(shè)備以及裝有易燃易爆介質(zhì)的容器上會(huì)直接或間接使用明火，稍有不慎會(huì)引發(fā)火災(zāi)爆

4、炸危險(xiǎn)，導(dǎo)致巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。2.2防腐覆蓋層故障這里所說(shuō)的防腐覆蓋層故障是指廣義的故障，就是說(shuō)，當(dāng)兩座陰極保護(hù)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(shí)，陰極保護(hù)站提供最大的保護(hù)電流都已無(wú)法滿足最小陰極保護(hù)電位標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下，認(rèn)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(kāi)始出現(xiàn)明顯老化趨勢(shì)的管道上。構(gòu)成防腐覆蓋層故障的因素有兩個(gè)，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(mén)對(duì)防腐覆蓋層放松管理，長(zhǎng)期不對(duì)防腐覆盞層進(jìn)行檢漏、修補(bǔ)，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(jìn)行或委托專(zhuān)業(yè)測(cè)試隊(duì)伍承擔(dān)。2.3管道

5、陰保電位異常對(duì)套管對(duì)地電位進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明有陰保電流流入套管和被保護(hù)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(guò)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(hù)管線陰保電位欠保護(hù)的原因。設(shè)計(jì)的埋地管道和保護(hù)套管之間是干燥絕緣的，但是水有時(shí)通過(guò)有殘缺的密封端頭進(jìn)入套管，或是由通氣孔進(jìn)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(hù)管線得不到有效保護(hù)。在施工階段，涂覆的管線被推入套管時(shí)，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(kāi)挖維修，所以存在較大的腐蝕安全隱患。3天然氣站場(chǎng)區(qū)域

6、陰極保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化3.1區(qū)域性陰極保護(hù)電流密度的選取陰極保護(hù)電流需求量是區(qū)域性陰極保護(hù)一個(gè)非常重要參數(shù)。主要從三種方法確定所需保護(hù)電流密度：經(jīng)驗(yàn)估算法，主要估計(jì)防腐層面電阻率來(lái)選取陰極保護(hù)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(hù)電流密度。但針對(duì)油氣集輸站場(chǎng)埋地被保護(hù)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(diǎn)，僅參照標(biāo)準(zhǔn)中給定的參數(shù)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)方法是難以準(zhǔn)確確定所需的保護(hù)電流密度；實(shí)驗(yàn)室測(cè)量法主要利用電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)區(qū)域內(nèi)實(shí)際被保護(hù)對(duì)象的類(lèi)型、表面狀況差異制作相應(yīng)的測(cè)試試樣，通過(guò)極化曲線（極化電流密度和極化電位對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線）測(cè)試，得到不同

7、試樣的極化電流密度值，根據(jù)保護(hù)面積計(jì)算得到區(qū)域陰極保護(hù)保護(hù)總電流需求量；現(xiàn)場(chǎng)饋電試驗(yàn)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)建立臨時(shí)保護(hù)站，預(yù)埋臨時(shí)陽(yáng)極地床，測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)的電位，調(diào)整臨時(shí)電源系統(tǒng)的輸出電流和電壓，直至建立較理想保護(hù)電位，再根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)輸出電流情況確定區(qū)域陰極保護(hù)電流需求量。3.2運(yùn)維管理措施（1）陰極保護(hù)設(shè)備應(yīng)定期檢查，包括陰極保護(hù)設(shè)備電路接觸的可靠性。（2）恒電位儀的檢測(cè)和維修。包括：區(qū)域陰極保護(hù)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(shí)，應(yīng)立即檢查和修復(fù)，設(shè)備維修過(guò)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(dòng)，連接點(diǎn)是否

8、可靠，引信是否完好等，必須找出原因，進(jìn)行處置；清潔內(nèi)部，除去灰塵；發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)應(yīng)及時(shí)檢修，并投用備用回路。（3）參比電極的檢查與維護(hù)。對(duì)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(jìn)行實(shí)地測(cè)量時(shí)，要保持清潔，防止污染。應(yīng)每間隔一段時(shí)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(jìn)行制備，硫酸銅溶液混濁時(shí)，應(yīng)及時(shí)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(chǎng)測(cè)量電位驗(yàn)證的便攜式參比電極可用于校對(duì)其他參比電極。（4）陽(yáng)極地床的維護(hù)。陰極保護(hù)站應(yīng)明確標(biāo)志出陽(yáng)極電纜的走向及陽(yáng)極地床位置，陰極保護(hù)站檢修時(shí)一并檢查陽(yáng)極及電纜周邊有無(wú)大

9、規(guī)模開(kāi)挖施工等對(duì)陽(yáng)極正常運(yùn)行造成影響的情況，每月檢修情況應(yīng)記錄在專(zhuān)業(yè)設(shè)備技術(shù)檔案中，陽(yáng)極床的電阻值可以每月測(cè)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(hù)電流時(shí)，應(yīng)更換或修復(fù)陽(yáng)極地床，以降低接地電阻。在特別干旱地區(qū)，陽(yáng)極地床可定期采取澆水降阻措施。當(dāng)實(shí)際測(cè)量的地面阻力大于允許值時(shí)，應(yīng)及時(shí)維護(hù)、修理或更換陽(yáng)極地床。3.3區(qū)域性陰極保護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)站場(chǎng)區(qū)域性陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單靠經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，缺乏理論指導(dǎo)，很難達(dá)到預(yù)期的效果。采用數(shù)值模擬方法來(lái)對(duì)區(qū)域性陰極保護(hù)效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)于提高陰極保護(hù)的效果具有重要意義。區(qū)域性陰極保護(hù)電位分布的數(shù)學(xué)模型包括問(wèn)題的描述方程和相應(yīng)的邊界條件兩個(gè)方面，主要根據(jù)

10、被保護(hù)構(gòu)件的幾何尺寸和陽(yáng)極的位置、形狀，電流流經(jīng)的體系周?chē)橘|(zhì)的電性能，陰、陽(yáng)極的電化學(xué)特性而建立。常用的陰極保護(hù)電位分布描述方程為拉普拉斯方程。邊界條件常采用陽(yáng)極邊界、土壤邊界和陰極邊界三種邊界。陽(yáng)極邊界常采用電位值恒定的第一類(lèi)邊界條件，土壤邊界一般采用電流密度恒定的第二類(lèi)邊界條件，陰極邊界常采用極化特性函數(shù)表示的第三類(lèi)邊界條件，一般通過(guò)極化特性測(cè)試獲得。陰極保護(hù)體系的數(shù)學(xué)模型可通過(guò)有限元法（fem）、有限差分法（fdm）和邊界元法（bem）等來(lái)求得數(shù)值解，fem法與fdm法相比的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行三維陰極保護(hù)系統(tǒng)模擬時(shí)，計(jì)算量和花費(fèi)的時(shí)間將是很大的。bem法通過(guò)建立邊界積分方程，能使問(wèn)題維數(shù)降低一維，方程組階數(shù)降低，給定節(jié)點(diǎn)密度下的計(jì)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(hù)數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域有廣闊前景的計(jì)算方法。結(jié)語(yǔ)為了從根本上解決天然氣戰(zhàn)場(chǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，需要從加強(qiáng)安全管理，改進(jìn)防護(hù)措施，規(guī)范人員操作等多個(gè)方面入手對(duì)站場(chǎng)存在的潛在