深井阳极对地下金属构筑物的影响及措施

刘元洪

(四川科宏石油天然气工程有限公司，四川 成都 610213)

地处重庆的渝北区的中心城区的两路保护站，目的是为站外的φ720管线、φ711管线、φ529管线、φ426管线提供阴极保护。由于当地土地资源紧缺和有效利用，原站外阳极地床所占地被征用，阳极地床的新选址范围只能在站内原征地范围内，具体位置位于工艺区外40 m的绿化带。阴极保护站投产后，阳极地床对附近埋地金属构筑物的产生了直流干扰影响，本文分析原因并提出建议措施。

1 深井阳极地床的选用

本站采用双阳极井措施，阳极井间的距离不小于阳极长度的2倍，阳极体埋设在地面下40 m的含水层，每座深阳极地床井深不小于40 m，采用闭孔阳极地床，每座深阳极安装3组分段预制式阳极体，共6组该阳极体，阳极具体结构如下:

(1)阳极组合体为外径φ219 mm，长6 m的钢套管(20号钢);每组阳极体内串接有3支采用以钛为基体材料，表面覆盖贵金属氧化物组成的钛镀贵金属氧化物阳极。

(2)贵金属氧化物阳极直径为25 mm;单支阳极长度为1000 mm，重量320 mg;执行标准为ASTM B338一级钛(或GB/T3620 TA2);氧化膜为 IrO/TaO(氧化铱/氧化钽)。

(3)阳极体应采用在工厂预先封装，贵金属氧化物阳极周围应填充高纯度、低阻抗碳素填料，填充应密实。电缆在阳极筒内连接，接触电阻小于 0.01 Ω。

图1 深井阳极安装布置图Fig.1 Deep anode installation layout(mm)

2 测试

2.1 两路阴极保护站的设置

PS-1恒电位仪2台(1用1备)，阴极保护控制台1台(4路输出通道)。阴极保护站输出情况见表1、表2。

表1 阴极保护参数测试结果(分别送电)Table1 Cathodic protection parameters test results(respectively transmission)

表2 阴极保护参数测试结果(同时送电)Table2 Cathodic protection parameters test results(sent simultaneously power)

2.2 站外测试桩测试情况见表3

表3 第一个检测桩测试参数(同时送电)Table3 First detected pile test parameters(sent simultaneously power

2.3 深井阳极阳极干扰情况

具体测试见表4，阳极干扰区地电位梯度测试见表5。

表4 其它金属构筑物地电位参数Table4 Deep anode ground around the parameters of other metal structures

表5 地电位梯度测试结果Table5 Test results of Ground potential gradient

3 问题分析

3.1 深井阳极干扰

一般，深井阳极地电场干扰电压可用下式进行计算:

式中:l—阳极长度(含填料)，m;

ρ—阳极区土壤电阻率，(Ω·m);

t—埋深(填料顶部距地表面，m;

r—距离工艺装置区，m;

I—阳极输出电流，A;

Ur—地电场电压，V。

两路深井阳极埋深t=23 m，阳极长度l=18 m，距离工艺装置区r=38 m，土壤电阻率ρ=30 Ω·m。经计算，两路阴极保护站2组深井阳极在工艺装置区产生的地电场迭加干扰电压见表6。

表6 两路站距离深井阳极38 m处阳极干扰电压Table6 Lianglu Station 38m from deep anode voltage at the anode interference calculation

当阴极保护电流输出为7 A时，10～40 m范 围内地电场迭加干扰电压见表7。

表7 两路站距离深井阳极5～40 m阳极干扰电压Table7 Lianglu Station 5～40 m deep well anode voltage anode interference calculation

当地电场干扰电压＜500 mV，且造成的干扰段管道阳极极化区极化电位＜100 mV时，不会造成不可接受的后果。此时，受干扰管段的阳极极化区腐蚀速度约等于钢铁的自然腐蚀速度。

经现场检测，当输出电流降低至5.7 A时，两路站站内工艺装置接近深井阳极端阴极极化约－50 mV，远端阳极极化＜100 mV。此时站内埋地工艺装置受到轻微的阳极干扰。另外，站内水管线距离深井阳极较近(4～10 m)，受到的阳极干扰电压约1～1.5 V，该水管线接近深井阳极端阴极极化约-100 mV，远端阳极极化110～150 mV，阳极干扰现象明显。

为保证辅助阳极干扰电压＜500 mV，阴极保护辅助阳极地床和埋地管道的安全间距也需要满足:间距＞阳极长度0.65×阳极电压。

经计算，当两路阴极保护站深井阳极电压不大于6.78 V时，站内工艺装置受到的阳极干扰电压小于500 mV。

通过以上分析，可以确认两路站站内工艺装置区管道受到深井阳极的阳极干扰。因此，采取有效的排流措施可以消除或缓解阳极干扰对站内埋地管道造成的危害。

3.2 断电电位

对于两路阴极保护站断电电位未完全达到－850 mV，认为主要涉及测试条件和阳极干扰问题。

首先，由于应用断电技术和有关方法进行无IR降电位测试的条件受到客观条件的制约:杂散电流、电偶电流、在线牺牲阳极、高压交流干扰、其它阴极保护站未同步断开输出电流等都会造成所测试的断电电位不真实或误差很大，不能真实反映管道在通电状况下的阴极极化程度。例如，φ529管线沿线设置的牺牲阳极就会对该管线断电电位测试造成较大的影响。

其次，对于两路站在通电点处受到阳极干扰较大的管段，阳极干扰会造成较大的IR降，以至于需要较高的通电点测试电位才能使得管道的阴极极化达到需求。此时，随着管道远离阳极干扰区，阳极干扰造成的IR降会逐步降低。

另外，阳极干扰区内站内埋地管道会消耗部分阴极保护电流，引起阴极保护电流不能有效分配到保护管道，造成保护管道阴极极化不足的现象。

4 处理措施

在站内阳极干扰区内查明埋地管道阳极极化区(一般位于距离深井阳极干扰区的远端或干扰电流流出通道较好处)，在阳极极化区与保护管道之间用二极管和可变电阻连接，消除站内埋地管道受阳极干扰产生的阳极极化现象，并把阴极保护电流引回保护管道，改善保护管道的阴极保护效果。具体措施如下:

(1)提高阳极区附近的地下金属构筑物的防腐层质量，其绝缘电阻不低于50000 Ω·m2。

(2)通过现场管地电位检测，查明站内阳极极化区分布。

(3)在恒电位仪器允许条件下，提高给定电位，确保断电位不超过-1.15 V。

(4)在保护管道和阳极极化区之间，或绝缘法兰之间，用“二极管和0.2～2 Ω可变变阻”连接，调节可变电阻，消除阳极极化区偏移电位;

(5)两路站进出各管道相关阴极保护站设置同步通断控制器，对保护范围内管段实施断点电位测试，验证干扰排流后对阴极保护站运行工作的影响。

排流技术可控制阳极干扰带来的负面影响，在维持两路阴极保护站正常输出条件下，深井阳极产生的阳极干扰不会对站内管道形成有危害性的阳极极化区。同时，该方案也有利于改善保护电流分配。

[1]W.v.贝克曼.阴极保护手册—〈电化学保护理论与实践〉，第3版[M].北京:化学工业出版社，2005:386.