油氣輸送廠站陰極保護(hù)相關(guān)問題及解決方案

摘 要

摘要：介紹了油氣輸送廠站陰極保護(hù)技術(shù)的特點，針對實際廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計、施工與運行調(diào)試過程中存在的保護(hù)電流消耗偏高、陽極地床布置不合理、存在干擾及屏蔽等進(jìn)行了分析
摘要：介紹了油氣輸送廠站陰極保護(hù)技術(shù)的特點，針對實際廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計、施工與運行調(diào)試過程中存在的保護(hù)電流消耗偏高、陽極地床布置不合理、存在干擾及屏蔽等進(jìn)行了分析，提出了解決方案。將陰極保護(hù)電位分布數(shù)值模擬方法應(yīng)用于廠站陰極保護(hù)設(shè)計，數(shù)值計算結(jié)果與實際測量結(jié)果的相對誤差小于5%。
關(guān)鍵詞：油氣輸送廠站；陰極保護(hù)；區(qū)域陰極保護(hù)；干擾；屏蔽；數(shù)值模擬；極化電池
Problems and Solutions Concerning Cathodic Protection in oil and Gas Transmission Station
DU Yanxia，LU Minxu，SUN Jianmin
Abstract：The technical characteristics of cathodic protection(CP)in oil and gas transmission station are introduced.Some problems such as high consumption of CP current，unreasonable distribution of anode ground bed，interference and shielding in design，construction and operation commissioning of cathodic protection system in a practical station are analyzed，and corresponding solutions are put forward.The simulation method of CP potential distribution values is used in design of CP in the station，and the relative error between the value calculation result and the practical measurement result is less than 5%.
Key words：oil and gas transmission station；cathodic protection(CP)；regional cathodic protection；interference；shielding；value simulation；polarization cell
   外防腐層與陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)方式已廣泛應(yīng)用于長距離油氣管道防腐，并取得了顯著的效果。為了保護(hù)廠站埋地管道的安全，我國從20世紀(jì)70年代末、80年代初開始在油田和部分廠站采用陰極保護(hù)技術(shù)[1～13]。對于輸油泵站、輸氣站、油庫罐區(qū)和油氣集輸聯(lián)合站等油氣輸送廠站，由于保護(hù)對象繁多、保護(hù)回路復(fù)雜、安全要求高等諸多問題給陰極保護(hù)技術(shù)的有效實施帶來一定的困難，因此限制了廠站陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。目前國內(nèi)還有大量的廠站沒有采用陰極保護(hù)技術(shù)，站內(nèi)埋地金屬管道和結(jié)構(gòu)僅依靠涂層防護(hù)，當(dāng)涂層出現(xiàn)缺陷時會面臨較為嚴(yán)重的腐蝕。例如某輸氣管道壓氣站，僅依靠涂層防腐，投產(chǎn)僅5年：由于腐蝕導(dǎo)致天然氣管道泄漏，造成上下游直接經(jīng)濟(jì)損失超過2000×104元[6]。因此，為了保證廠站安全，老廠站亟待補加陰極保護(hù)，新廠站在設(shè)計階段就應(yīng)該考慮陰極保護(hù)。由于我國廠站陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展還很不成熟，在設(shè)計、實施和應(yīng)用過程中存在一系列的問題有待改進(jìn)和解決，因此針對廠站陰極保護(hù)技術(shù)目前存在問題開展相關(guān)研究，對于提高廠站陰極保護(hù)水平具有重要意義。
1 油氣輸送廠站陰極保護(hù)技術(shù)的特點
    油氣輸送廠站陰極保護(hù)技術(shù)是對集中在廠站區(qū)域內(nèi)的多個埋地金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一的電化學(xué)保護(hù)，與保護(hù)對象單一的干線管道陰極保護(hù)系統(tǒng)相比，具有以下特點：
    ① 保護(hù)對象繁多。保護(hù)回路復(fù)雜。油氣輸送廠站例如油庫罐區(qū)、輸油泵站、壓氣站、油氣集輸聯(lián)合站等在相對狹窄的區(qū)域內(nèi)集中了眾多的金屬結(jié)構(gòu)如工藝、消防、排污、給排水等各種管道、儲罐底板、設(shè)備底座以及避雷防靜電接地系統(tǒng)，構(gòu)成了龐大的金屬結(jié)構(gòu)網(wǎng)，保護(hù)對象繁多，結(jié)構(gòu)密集，保護(hù)回路復(fù)雜。
    ② 保護(hù)電流消耗大。油氣輸送廠站內(nèi)陰極保護(hù)的對象除各種埋地金屬管道、儲罐底板外，還有各種設(shè)備和儀表的接地金屬結(jié)構(gòu)，此外還可能會包含設(shè)備底座及鋼筋混凝土基礎(chǔ)，通常保護(hù)電流需求量較大，數(shù)量級為10～100A[6]。
    ③ 干擾問題。對油氣輸送廠站進(jìn)行陰極保護(hù)是將整個廠站內(nèi)的所有地下金屬結(jié)構(gòu)全部納入保護(hù)系統(tǒng)，因此一般不會產(chǎn)生內(nèi)部干擾。但是由于廠站陰極保護(hù)電流通常遠(yuǎn)大于干線，故常常對干線管道等外部金屬結(jié)構(gòu)及其陰極保護(hù)系統(tǒng)造成干擾。一般廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流越大，對外部造成的干擾也會越嚴(yán)重。
    ④ 屏蔽問題。此處所指的屏蔽是指被保護(hù)管線的陰極保護(hù)電流被附近與之電性接觸的其他金屬結(jié)構(gòu)分流的現(xiàn)象。在油氣輸送廠站內(nèi)部，被保護(hù)管線常常與接地金屬、鋼筋混凝土基礎(chǔ)、水管等緊密鄰近且存在電性接觸。由于接地金屬、鋼筋混凝土基礎(chǔ)、水管等金屬結(jié)構(gòu)的外防腐層質(zhì)量相對于埋地輸油、輸氣管道要差很多，因此會分流大部分的陰極保護(hù)電流，從而使埋地輸油、輸氣管道無法獲得足夠的保護(hù)電流，極化程度低，不能滿足陰極保護(hù)要求。
    ⑤ 陽極地床設(shè)計困難。油氣輸送廠站內(nèi)陽極地床的設(shè)計難度較大，如何結(jié)合廠站的具體特點，準(zhǔn)確地確定陰極保護(hù)參數(shù)，合理地設(shè)計陽極地床的位置、埋設(shè)方式和分布形式，以獲得保護(hù)電流的均勻分布，消除干擾和屏蔽問題，使被保護(hù)對象處于要求的保護(hù)電位范圍之內(nèi)，成為設(shè)計工作者面臨的挑戰(zhàn)和制約廠站陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。
    ⑥ 后期調(diào)試整改工作量較大。由于傳統(tǒng)的廠站陰極保護(hù)設(shè)計中，設(shè)計參數(shù)選取多依靠經(jīng)驗，不能充分結(jié)合廠站埋地結(jié)構(gòu)的具體分布特點，對干擾和屏蔽問題考慮不足，導(dǎo)致后期的調(diào)試和整改工作量較大。后期調(diào)試和整改的目的是消除屏蔽、控制干擾、抑制過保護(hù)、降低系統(tǒng)輸出和能耗。
    ⑦ 安全要求高。油氣輸送廠站具有石油、天然氣收集、處理和儲運等功能，為易燃易爆場所，安全要求高。
2 廠站陰極保護(hù)技術(shù)難點分析及解決辦法
2.1 陰極保護(hù)電流消耗大的問題
    ① 提供足夠的陰極保護(hù)電流
    能否準(zhǔn)確確定所需的陰極保護(hù)電流是廠站陰極保護(hù)技術(shù)成功與否的關(guān)鍵。在實際的廠站陰極保護(hù)設(shè)計中，可采用兩種方法來確定保護(hù)電流：一是根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，考慮埋地金屬結(jié)構(gòu)涂層狀況估計電流密度值，將該值乘以金屬結(jié)構(gòu)埋地部分的外表面積，得到該結(jié)構(gòu)所需的保護(hù)電流，各埋地金屬結(jié)構(gòu)保護(hù)電流的代數(shù)和即為廠站陰極保護(hù)總電流；二是根據(jù)現(xiàn)場饋電試驗確定，即建立臨時陽極地床，根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)的電位變化和所施加的電流，計算結(jié)構(gòu)接地電阻，確定施加電流沿金屬結(jié)構(gòu)的分布情況和廠站永久陰極保護(hù)裝置的電流需求。
    實踐證明，對于長輸干線管道，由于埋地金屬結(jié)構(gòu)單一，外防腐層狀況差異不大，采用第一種方法是可行的。但是對于油氣輸送廠站，由于埋地金屬結(jié)構(gòu)種類繁多，分布復(fù)雜，且外防腐層狀況差異較大，僅通過經(jīng)驗估計的方法很難準(zhǔn)確確定實際所需的電流。例如某輸氣廠站采用第一種方法進(jìn)行了外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)計確定的恒電位儀額定輸出電流為30A，額定輸出電壓為50V。按照設(shè)計方案施工完成后，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)當(dāng)恒電位儀的輸出電流接近額定輸出電流時，廠站內(nèi)埋地金屬構(gòu)件的極化電位(相對于銅/飽和硫酸銅參比電極，以下同)為-0.605～-0.720V，達(dá)不到-0.85V的最小保護(hù)電位要求。后來利用已有陽極進(jìn)行了現(xiàn)場饋電試驗，試驗表明該輸氣廠站所需的保護(hù)電流為40A，于是將原恒電位儀更換為額定輸出電流更大的恒電位儀，運行后廠站內(nèi)埋地金屬結(jié)構(gòu)極化電位達(dá)到-0.880～-1.128V，滿足陰極保護(hù)要求。因此，推薦采用現(xiàn)場饋電試驗法來確定油氣輸送廠站所需的陰極保護(hù)電流。
   ② 減小電流需求量
    油氣輸送廠站內(nèi)埋地金屬管道、儲罐等與大量的接地金屬結(jié)構(gòu)電連接，這些接地金屬結(jié)構(gòu)多為裸金屬，如扁鋼、銅包鋼等，會消耗大部分的陰極保護(hù)電流，只有很少的保護(hù)電流消耗在埋地金屬管道、儲罐等結(jié)構(gòu)上。若能將接地金屬結(jié)構(gòu)與站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)相隔離，同時還要保證接地金屬結(jié)構(gòu)的功能不受影響，滿足站內(nèi)設(shè)備、儀表的電氣安全要求，將會大大減少廠站陰極保護(hù)電流需求。
    極化電池產(chǎn)品可以實現(xiàn)以上功能，該產(chǎn)品在國外應(yīng)用較為廣泛，是保證設(shè)備安全接地和高效陰極保護(hù)的必需件，但國內(nèi)尚未推廣。傳統(tǒng)的液態(tài)極化電池由一對分離的不銹鋼板浸于KOH溶液中構(gòu)成，當(dāng)在不銹鋼板間施加一定的電壓時，不銹鋼板的表面會發(fā)生極化，極化膜具有類似電容器的作用，能夠阻止直流電通過，而允許交流電及其他瞬態(tài)電通過。因此，當(dāng)將極化電池的兩端分別接在陰極保護(hù)構(gòu)件與接地構(gòu)件上，可以在隔離陰極保護(hù)直流電流同時確保安全接地。由于液態(tài)極化電池的電解液會帶來安全、維護(hù)和環(huán)境等問題，給使用帶來一些不便，國外采用固態(tài)半導(dǎo)體材料研制出功能相同、性能穩(wěn)定、效率更高的固態(tài)產(chǎn)品，包括美國DEI電氣工業(yè)公司的PCR/PCRH固態(tài)極化電池產(chǎn)品及加拿大省級腐蝕控制有限公司(ICCC)生產(chǎn)的Rustrol系列固態(tài)極化電池產(chǎn)品。極化電池產(chǎn)品的固態(tài)設(shè)計帶來了更高的可靠性，已經(jīng)在美國、加拿大等國家廣泛應(yīng)用于管道、罐區(qū)及電力電纜等系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)的直流隔離，確保交流及瞬態(tài)電的安全接地。在國內(nèi)油氣輸送廠站陰極保護(hù)技術(shù)中，如果能夠采用極化電池產(chǎn)品將埋地管網(wǎng)與接地系統(tǒng)隔離，將會大大減小陰極保護(hù)電流，同時會減弱或消除由接地金屬結(jié)構(gòu)引起的屏蔽問題和站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)對站外的干擾問題。
2.2 干擾問題
    油氣輸送廠站實施陰極保護(hù)時，易對干線管道等外部結(jié)構(gòu)及其陰極保護(hù)系統(tǒng)造成干擾。主要原因是長輸干線管道與站內(nèi)管道及設(shè)備一般通過絕緣法蘭進(jìn)行電隔離，各自單獨實施陰極保護(hù)。干線管道涂裝絕緣良好的防腐層，保護(hù)系統(tǒng)的電流輸出通常較小，一般不會對站內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)造成明顯干擾。但站內(nèi)保護(hù)電流通常遠(yuǎn)大于干線管道，所以站內(nèi)實施陰極保護(hù)易對站外陰極保護(hù)系統(tǒng)造成影響。
    站內(nèi)陰極保護(hù)電流一般通過影響站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)控制點來對其造成干擾。由于國內(nèi)大多數(shù)干線管道陰極保護(hù)系統(tǒng)采用恒電位控制方式，而電位信號反饋點即陰極保護(hù)電位控制點通常距離站內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)較近，因此易受到站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響，引起極化增加或去極化而影響控制系統(tǒng)的信號反饋，從而使干線保護(hù)系統(tǒng)的輸出電流降低或增加，干線陰極保護(hù)水平相應(yīng)受到影響。通常干擾有兩種類型：一是控制點處有干擾電流流入，導(dǎo)致極化增加，見圖1，為維持設(shè)定的控制電位，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流將自動下降，導(dǎo)致整個管道陰極極化程度降低，遠(yuǎn)端易保護(hù)不足；二是控制點處有干擾電流流出，導(dǎo)致極化減小，見圖2，為維持設(shè)定的控制電位，干線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流將自動提高，導(dǎo)致整個管道陰極極化加大，近端易產(chǎn)生過保護(hù)。
 

    在廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)投運前后，對比干線陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)的變化，可以檢測其是否受到干擾以及干擾的程度。表1列出了兩個實際廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)投運前后干線管道陰極保護(hù)參數(shù)的變化[7]。由表1數(shù)據(jù)可以判斷，1號廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)投運后，干線陰保系統(tǒng)輸出電流降低，管道遠(yuǎn)端陰極極化程度降低，屬于第一類情況，即控制點處有干擾電流流入；2號廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)投運后，干線陰保系統(tǒng)輸出電流增加，管道陰極極化程度增大，近端過保護(hù)，屬于第二類情況，即控制點處有干擾電流流出。
表1 廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)投運前后干線陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)對比
廠站名稱
1號站
2號站
廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)運行階段
投運前
投運后
投運前
投運后
干線陰極保護(hù)系統(tǒng)控制電位/mV
-1360
-1360
-1100
-1100
干線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流/A
0.6
0.2
1.0
1.6
干線陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電壓/V
3.70
1.20
1.78
2.80
干線保護(hù)電位/mV
站外近端
-1350
-1480
-1260
-1530
站外5km
-1220
-951
-1130
-1350
    當(dāng)檢測到干擾后，需要采取措施來降低或排除干擾，其原則是將站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的輸出參數(shù)恢復(fù)到廠站陰極保護(hù)投運以前的水平，并進(jìn)行保護(hù)電位測試，確認(rèn)干線保護(hù)電位和保護(hù)距離不因站內(nèi)系統(tǒng)的投運而受影響。可采用以下方法來降低或排除廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)對站外干線的干擾：①盡可能使廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極影響區(qū)遠(yuǎn)離站外陰保系統(tǒng)控制點；②根據(jù)廠站內(nèi)陰極保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試情況，對部分陽極進(jìn)行電流輸出限制；③廠站陰極保護(hù)采用對外界干擾小的輔助陽極系統(tǒng)，例如柔性陽極[9]；④對站外干線近端進(jìn)行密間隔電位測試，將站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)的控制點轉(zhuǎn)移至不受干擾的位置；⑤對站外干線恒電位控制點進(jìn)行處理，安裝排流電極以降低或消除干擾電流引起的附加極化或去極化；⑥站外干線陰極保護(hù)系統(tǒng)采用恒電流控制；⑦對于小型廠站，可考慮納入干線保護(hù)系統(tǒng)共同保護(hù)。
2.3 屏蔽問題
    油氣輸送廠站陰極保護(hù)中的屏蔽問題是指埋地金屬結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)電流被與其鄰近的其他金屬結(jié)構(gòu)分流的現(xiàn)象。通常密集區(qū)外圍的金屬結(jié)構(gòu)易對中央的金屬結(jié)構(gòu)造成屏蔽，且外圍的金屬結(jié)構(gòu)防腐層質(zhì)量越差，屏蔽影響將越大，如果全部為裸管道，屏蔽作用將會非常嚴(yán)重。
    圖3顯示了廠站陰極保護(hù)中管網(wǎng)密集區(qū)的屏蔽現(xiàn)象。1為管網(wǎng)密集區(qū)中央位置，2為遠(yuǎn)地點參比電極放置位置，3為近地點參比電極放置位置。現(xiàn)場測量得到，管網(wǎng)密集區(qū)中央相對于近參比電極的電位即1、3之間的電位差僅為-0.7V，達(dá)不到-0.85V的保護(hù)電位要求；而2、3之間的大地電位差達(dá)到-0.8V，說明電流在土壤中流動產(chǎn)生較大的電位梯度，同時管網(wǎng)密集區(qū)外圍接近保護(hù)要求，說明管網(wǎng)密集區(qū)外圍的管道吸收了大部分保護(hù)電流，導(dǎo)致中央管道得不到足夠的保護(hù)電流，從而造成了屏蔽。
 

    在實際生產(chǎn)中，常通過多組陽極分散布置，遠(yuǎn)、近陽極互為補充，犧牲陽極材料做接地等改進(jìn)措施，來減緩廠站陰極保護(hù)屏蔽問題。例如某壓氣站[6]，站內(nèi)除各種管網(wǎng)外，還有設(shè)備混凝土基礎(chǔ)和接地系統(tǒng)，采用兩口深井陽極進(jìn)行陰極保護(hù)。系統(tǒng)投運后，站區(qū)外圍均達(dá)到保護(hù)要求，但中央部分由于屏蔽效應(yīng)未達(dá)到保護(hù)要求。增加近陽極后，保護(hù)效果有所改善，但屏蔽問題仍未徹底解決。將接地極更換為鋅合金，整個站區(qū)全部達(dá)到保護(hù)要求。另一廠站陰極保護(hù)投運后[7]，保護(hù)電流輸出一直較高，同時壓縮機進(jìn)出口管區(qū)域(靠近接地極)保護(hù)不足。在用鋅合金陽極替換原角鋼接地極后，系統(tǒng)輸出電流顯著降低，進(jìn)出口管區(qū)域也得到了有效保護(hù)。
2.4 陽極地床的合理設(shè)計
    油氣輸送廠站陰極保護(hù)技術(shù)的特點給廠站內(nèi)陽極地床的設(shè)計帶來較大的困難。由于目前廠站陰極保護(hù)設(shè)計多參照長輸管道陰極保護(hù)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行，陽極位置、埋深、數(shù)量等設(shè)計參數(shù)的選擇往往依靠經(jīng)驗性的估算，對于陰極保護(hù)效果預(yù)知性較差，無法在設(shè)計中對干擾和屏蔽問題進(jìn)行處理，常出現(xiàn)陽極布置不合理現(xiàn)象，導(dǎo)致后期調(diào)試和整改工作量較大。因此，改進(jìn)廠站陰極保護(hù)設(shè)計技術(shù)對于提高設(shè)計水平具有重要的意義。
    隨著電化學(xué)和計算機技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)值模擬技術(shù)來獲取被保護(hù)體表面的電位和電流分布，成為陰極保護(hù)領(lǐng)域中十分活躍的一個方面，并已在地下長輸管道、海洋構(gòu)件、近海石油平臺等場所得到了較好的應(yīng)用[14～24]。文獻(xiàn)[14]、[15]采用數(shù)值計算方法模擬了船體陰極保護(hù)系統(tǒng)的電位分布。邱楓等利用數(shù)值模擬技術(shù)研究了碼頭鋼管樁以及埋地鋼管的陰極保護(hù)電位和電流分布[18～19]。Douglas等[20]對采用不同陽極布置方式的地上儲罐罐底(直接坐落于土壤或埋地罐基礎(chǔ)之上)陰極保護(hù)電位分布進(jìn)行了模擬。若將數(shù)值模擬技術(shù)與油氣輸送廠站陰極保護(hù)設(shè)計相結(jié)合，通過計算陰極保護(hù)電位和電流密度的分布，來評價保護(hù)效果，優(yōu)選保護(hù)方案，確定合理的陽極地床位置、埋設(shè)方式和分布形式等，將陰極保護(hù)的經(jīng)驗性設(shè)計變?yōu)榭茖W(xué)性設(shè)計，對提高廠站陰極保護(hù)設(shè)計水平提出了一個發(fā)展方向。梁旭魏等[21～22]嘗試將邊界元數(shù)值模擬方法應(yīng)用于油田區(qū)域性陰極保護(hù)中，確定了最佳陽極位置和電流輸出。筆者近些年也進(jìn)行了廠站陰極保護(hù)數(shù)值模擬方面的研究工作[23～24]。
    例如，某天然氣輸送廠站采用淺埋分布式陽極地床進(jìn)行陰極保護(hù)，站內(nèi)埋地管網(wǎng)和淺埋陽極的分布見圖4。
 

    利用數(shù)值模擬技術(shù)計算了該廠站內(nèi)陰極保護(hù)電位的分布，計算所采用的數(shù)學(xué)模型見文獻(xiàn)[23]。
    利用現(xiàn)場測量和室內(nèi)極化特性測試獲得陰、陽極邊界條件，采用邊界元數(shù)值計算方法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到土壤中各處的電位分布，見圖5，電位為負(fù)值，單位為V，圖中數(shù)據(jù)為電位數(shù)值的絕對值。
    在廠站埋地管道上選取了20個陰極保護(hù)電位測試點，測試點的分布見圖4。利用瞬間斷電法測量了這20個測試點處的管道極化電位，并將測量結(jié)果和數(shù)值模擬計算結(jié)果進(jìn)行了對比，見表2。由表2可見，對于所考察的20個測試點，管道極化電位數(shù)值計算結(jié)果和實際測量結(jié)果很接近，最大相對誤差小于5%。這說明對于廠站陰極保護(hù)系統(tǒng)，只要正確建立數(shù)學(xué)模型和合理選取邊界條件，可以采用數(shù)值模擬計算來預(yù)測保護(hù)效果。
表2 測試點處管道極化電位數(shù)值計算結(jié)果與實測結(jié)果對比
測試點編號
測量值/V
計算值/V
相對誤差/%
1
-1.03
-1.03
0.00
2
-1.04
-1.O3
0.96
3
-1.O5
-1.06
0.95
4
-1.02
-1.03
0.98
5
-1.O3
-1.03
0.00
6
-1.05
-1.05
0.00
7
-1.02
-1.03
0.98
8
-1.06
-1.04
1.89
9
-1.O7
-1.O6
0.93
10
-1.02
-1.05
2.94
11
-1.01
-1.03
1.98
12
-1.01
-1.03
1.98
13
-1.05
-1.08
2.86
14
-1.07
-1.08
0.93
15
-1.07
-1.08
0.93
16
-1.07
-1.O8
0.93
17
-1.02
-1.01
0.98
18
-1.05
-1.06
0.95
19
-1.04
-1.O6
1.92
20
-0.97
-1.00
3.09
    陰極保護(hù)電位分布數(shù)值模擬方法應(yīng)用于廠站陰極保護(hù)設(shè)計，具有以下優(yōu)勢：①陰極保護(hù)效果預(yù)知性強，保護(hù)電位大小和分布一目了然；②陽極地床的位置和數(shù)量確定更具理論依據(jù)；③能夠在模擬階段充分預(yù)測到干擾和屏蔽問題，并可通過在模擬中調(diào)整陽極地床分布來消除這些問題，減小了實際施工中的調(diào)試和整改工作量。由于陰極保護(hù)電位分布數(shù)值模擬方法在國內(nèi)仍處于起步階段，其準(zhǔn)確性要受到多個因素的制約，其中最主要的因素有：①幾何模型的準(zhǔn)確性，所建立的幾何模型和實際的埋地構(gòu)件分布越接近，計算結(jié)果越準(zhǔn)確；②邊界條件的準(zhǔn)確性，要準(zhǔn)確地給出計算的邊界條件，需要弄清楚所有埋地構(gòu)件表面的涂層狀況，并能給出不同表面狀況的構(gòu)件在廠站土壤環(huán)境下的極化特性。但是對于某些老站區(qū)，埋地管網(wǎng)眾多，建設(shè)時間不確定，管道表面狀況差異較大，如果不能準(zhǔn)確地掌握地下構(gòu)件的分布情況和表面狀況，就會影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此數(shù)值模擬方法更適用于新建站區(qū)的情況。
3 結(jié)語
    ① 廠站內(nèi)由于埋地金屬構(gòu)件的多樣性和復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地確定實際所需的保護(hù)電流，僅通過經(jīng)驗估計的方法是難以滿足要求的，推薦采用饋電試驗法進(jìn)行現(xiàn)場測試。在陰極保護(hù)技術(shù)實施過程中若能采用極化電池將埋地管網(wǎng)與接地系統(tǒng)隔離，將會大大減小陰極保護(hù)電流，減弱或消除干擾和屏蔽問題。
    ② 干擾和屏蔽是油氣輸送廠站陰極保護(hù)中經(jīng)常遇到的問題，如果無法在設(shè)計階段避免，只能通過后期的整改調(diào)試來消除。通過調(diào)整電位控制點的位置、陽極地床的位置、部分陽極限流輸出及安裝排流電極等措施，可控制乃至排除干擾；而通過多組陽極分散布置，遠(yuǎn)、近陽極互為補充以及犧牲陽極材料做接地，則可有效減緩屏蔽。
    ③ 將電位分布數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于廠站陰極保護(hù)設(shè)計中，可提高系統(tǒng)陰極保護(hù)效果的預(yù)知性，并能在設(shè)計階段對干擾和屏蔽問題進(jìn)行處理，陽極位置的確定也更具科學(xué)性，對提高廠站陰極保護(hù)設(shè)計水平提出了一個發(fā)展方向。
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(本文作者：杜艷霞1 路民旭1 孫健民2 1.北京科技大學(xué) 新材料技術(shù)研究院 北京 100083；2.北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100035)