工艺管网区域阴极保护系统干扰问题的检测及处理

熊金根，李岚鑫，孙冰冰

（1.中国石油西部管道公司科技信息服务中心，新疆乌鲁木齐 830012；2.中国石油西部管道公司新疆输油气分公司，新疆乌鲁木齐 830063）

0 引言

输油气站库站内一般包含了管网、储罐和防雷接地网等在内的多种埋地金属结构物。为了保护站库内埋地管网的安全，近年来区域阴极保护技术发展迅速[1-3]。由于站内、外阴极保护系统所需保护电流及保护对象等存在较大差异，常采用绝缘法兰将站内、外管道电隔离，即站场内外各自采用独立的阴极保护系统。由于站内、外阴极保护系统相对距离较近，如果设计不合理，不同阴极保护系统之间可能会产生干扰问题[4-8]，一般是站内阴极保护系统对站外干线阴极保护系统产生干扰，引起干线阴极保护系统输出异常，无法达到保护效果。目前国内对于不同阴极保护系统间干扰问题的检测和处理仍处于研究探索阶段。

鄯善商业储备库 （以下简称储备库）工艺管网区域阴极保护系统采用深井阳极的外加电流保护方式，通过4座深井阳极地床来保护储备库内的埋地输油管道和消防管道。现场运行发现，储备库工艺管网区域阴极保护系统开启后，引起西部原油成品油管道 （以下简称双兰线）阴极保护恒电位仪输出电流和电压出现大幅增加，同时上下游管道电位出现明显负移，通过开展现场检测和试验，对双兰线受干扰的原因进行了分析确定，并对干扰解决方法进行了探索。

1 储备库工艺管网区域阴极保护系统干扰问题

储备库工艺管网阴极保护系统 （以下简称工艺管网区域阴保系统）采用外加电流保护方式，该系统的阳极地床为4座深井阳极，分布在站内东、南、西、北方向，其中用于保护消防管道的恒电位仪1台，用于保护油管道的恒电位仪3台。阳极井深度超过200 m，每座深井埋设4组高硅铸铁辅助阳极。设备采用4台福建三明PC-1B-P型恒电位仪，每台恒电位仪输出额定功率为50 V×12.5 A。

工艺管网区域阴保系统在建成之后未能正常投入使用，在排除设备和连接问题之后，发现主要是因为该系统开启之后，双兰线管道电位较正常值负移达0.6～0.7 V，管地电位值约为-1.7～-1.9 V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极，缩写为CSE）；同时开启站内工艺管网区域阴保系统恒电位仪前后，双兰线阴保系统恒电位仪的输出电压和输出电流都有明显的增大，如表1所示。以上这些现象表明工艺管网区域阴保系统对双兰线管道阴极保护系统产生了干扰。

表1 双兰线阴保系统恒电位仪屏显值

2 工艺管网区域阴保系统对双兰线干扰原因的现场检测及排查

初步分析，工艺管网区域阴保系统开启后引起双兰线阴保电位及恒电位仪输出参数变化的原因可能有两方面，一方面是工艺管网区域阴保系统对双兰线造成了杂散电流干扰，导致一部分区域阴保电流从某处流入双兰线管道，又从其他位置流出，从而引起双兰线阴保电位及输出参数的变化；另一方面是储备库工艺管网和双兰线之间的绝缘失效，导致彼此之间有电连接，从而使得一部分区域阴保电流泄漏到双兰线上，引起双兰线电位偏移及输出参数变化。为了明确产生干扰的根本原因，开展了详细的现场检测和试验，通过检测及试验数据分析来对干扰原因进行排查。

2.1 绝缘失效导致区域阴极保护电流泄漏可能性的检测与排查

鄯善站库进出站管道共设5个绝缘接头，若出现绝缘性能失效，可能会导致区域阴保电流泄漏到双兰线中，故首先对绝缘接头绝缘性能进行了检测。本次检测采用PCM漏电率法对各绝缘接头进行检测，结果发现双兰线原油出站的绝缘接头存在一定的漏电现象，表2为鄯善站库绝缘接头PCM漏电率法测试结果。

表2 鄯善站库绝缘接头PCM漏电率法测试结果

除了对绝缘接头进行绝缘性能测试，还采用PCM电流衰减检测法对双兰线进出站场附近的管道电流衰减情况进行了检测，确定检测管段是否出现异常点 （破损点或分支等）可能构成杂散电流流入的途径。经检测双兰线出站管段出现电流衰减情况，如图1所示。

图1 双兰线出站管道PCM电流衰减检测结果

由图1可见，双兰线出站管段在30号测点出现电流急剧变化，说明该处管段可能有外防腐层漏点。通过查看站场管网，该处也是双兰线与站内工艺管网接近的区域。

由表2及图1可见，双兰线漏点绝缘接头及电流衰减突变点均出现在双兰线出站管段，若储备库工艺管网区域阴保系统影响双兰线阴保电位及恒电位仪参数的主要原因为区域阴保电流通过该处泄漏点泄漏到双兰线上，则断开双兰线阴保系统上下游跨接线后，双兰线上游管道 （进站管道）将不再受到干扰，而下游管道 （出站管道）仍会受到干扰。按照上述方式对上下游管道电位进行检测，测试结果如表3所示。

表3检测结果表明，在开启工艺管网区域阴保系统恒电位仪后，双兰线上游测试桩电位迅速负移，干扰依然存在；下游测试桩电位略有负移，但是负移程度很小。这说明双兰线所受干扰并非主要由站内区域阴保电流流失造成。而且现场进一步测试的数据显示，工艺管网区域阴保系统恒电位仪开启后，双兰线站内绝缘接头外侧管地电位出现正向偏移，偏移量达到0.2～0.7 V，若双兰线所受影响是由于站场内外绝缘失效导致区域阴保电流泄漏导致，则不会出现这种库区附近管道电位正移的现象。

表3 工艺管网区域恒电位仪开启前后双兰线站外管地电位测试结果

综合上面所作的各项现场检测及分析，可基本排除储备库工艺管网和双兰线之间发生绝缘失效而使部分区域阴保电流泄漏到双兰线上的可能性。

2.2 工艺管网区域阴保系统对双兰线造成杂散电流干扰的检测与排查

双兰线阴极保护系统采用恒电位运行模式，而控制参比电极通常设在绝缘接头或绝缘法兰外侧，距离站内金属结构较近，因此易受到站内阴极保护系统的影响。当该处管道受到站内阴极保护系统干扰时，就会由于附加极化或去极化而影响控制系统的信号反馈，从而使干线保护系统的输出降低或增加，干线保护相应受到影响。这种干扰通常分为两种方式：干扰电流从控制参比电极位置流入或干扰电流从控制参比电极位置流出。图2为两种情况的示意图。

将双兰线干线阴保系统恒电位仪关闭，测试工艺管网区域阴保系统恒电位仪开启前后双兰线站内绝缘接头内外侧管地电位，如表4所示。

由表4可见，在工艺管网区域阴保系统开启后，双兰线站内绝缘接头外侧管道电位正移0.2～0.7 V，这种情况是典型的干扰电流从控制参比电极位置流出的现象，也称阴极干扰[9-10]。形成阴极干扰的主要原因是工艺管网区域阴保系统采用深井阳极地床形式。由于深井阳极埋深较深，因此阳极电场影响较小，主要是工艺管网阴极电场影响了双兰线靠近站场的管段，导致有杂散电流从该段管道上流出，由于控制参比电极一般设在该段管道上，杂散电流的流出导致极化减小，为维持恒电位仪设定的控制电位，双兰线阴保系统输出电压和输出电流将自动提高，导致双兰线上下游管道电位负移，这也正是储备库工艺管网区域阴保系统开启后引起双兰线上下游管道电位较正常值负移0.6～0.7 V的根本原因。

图2 控制参比电极处干扰电流

表4 工艺管网阴保系统恒电位仪开启前后双兰线绝缘接头内外侧管地电位

3 储备库工艺管网区域阴保系统干扰问题的处理

3.1 通过合理布置控制参比电极的埋设位置来消除恒电位仪所受干扰

由前面的分析可见，双兰线阴保系统恒电位仪输出电压、输出电流参数变化的主要原因是由于双兰线控制参比电极位置处受到阴极干扰导致，因此通过改变控制参比电极的位置可以缓解对恒电位仪的干扰。将双兰线控制参比电极位置由图3（a）所示位置移至图3（b）所示的站外302#测试桩附近，避开站内工艺管网区域阴保系统的影响区域，检测测试双兰线上下游管道电位，结果见表5（工艺管网区域阴保系统处于开启状态）。从表5可以看出改变双兰线控制参比电极位置后，双兰线上下游管道的管地电位恢复正常，同时恒电位仪的输出也恢复到干扰前的水平。因此，通过合理布置控制参比电极的埋设位置可消除恒电位仪所受的干扰。

图3 双兰线阴保系统控制参比电极位置

表5 双兰线阴保系统控制参比埋设在站外时，双兰线站外上下游管地电位测试结果

3.2 关于彻底消除管道电位正向偏移干扰问题的设想

尽管通过改变双兰线控制参比电极的位置可以消除恒电位仪所受干扰，使双兰线上下游管道电位恢复正常，但在双兰线站内绝缘接头外侧管道电位的正向偏移仍存在，说明干扰问题仍没有完全消除。消除干扰的最终目标是将恒电位仪的运行参数及各个位置的管地电位均恢复至受干扰前的水平。由于正向偏移意味着杂散电流流出，腐蚀的风险非常高，因此需尽快采取措施解决该问题。要消除正向偏移问题，需要结合区域阴极保护阳极地床的优化改造来进行，必要时需采取适当的排流措施，如牺牲阳极排流地床。

4 结束语

（1）储备库工艺管网区域阴极保护系统开启后引起双兰线阴极保护系统输出电压和电流增大，上下游管地电位负移0.6～0.7 V，站内绝缘法兰外侧管地电位出现正向偏移，说明工艺管网区域阴极保护系统对双兰线阴保系统造成了明显干扰。

（2）通过对绝缘接头绝缘性能及管道电流衰减情况进行PCM检测，并开展现场试验，排除了绝缘失效导致区域阴极保护电流泄漏引起双兰线干扰的可能性。通过理论分析及现场测试数据确定了双兰线受到干扰的根本原因是控制参比电极位置处受到站内工艺管网阴极干扰，导致该位置处杂散电流流出，极化减小，为了维持设定的电位，系统输出增大，使得上下游管道电位负向偏移。

（3）通过改变控制参比电极的位置，消除了恒电位仪所受干扰，使双兰线上下游管地电位恢复正常，但双兰线绝缘接头外侧管道电位正向偏移依旧存在，尚需要通过区域阴极保护地床的优化布置或必要的排流措施来消除腐蚀隐患。

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