油田工程陰極保護系統(tǒng)調(diào)試過程的典型問題

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　摘要：本文針對目前我國油田現(xiàn)場采用的陰極保護系統(tǒng)，依據(jù)電化學(xué)、電學(xué)等基本原理，剖析油田陰極保護系統(tǒng)工程在調(diào)試過程中出現(xiàn)的典型問題，并提出了相應(yīng)的解決辦法，在實際應(yīng)用中有一定的實用價值。

　　關(guān)鍵詞：油田工程　陰極保護系統(tǒng)　調(diào)試

　　一、油田陰極保護系統(tǒng)概述

　　油田工業(yè)是目前人類利用自然資源的主要行業(yè)之一，也是目前推進人類發(fā)展的主要支柱。油田工業(yè)作為煉油工業(yè)的上游工藝企業(yè)，主要進行原油的鉆采和儲運工作，其中原油儲運主要靠鋼質(zhì)儲罐和鋼質(zhì)管道實現(xiàn)。原油儲罐和管道使用壽命的長短直接關(guān)系到油田工業(yè)能否長期穩(wěn)定和正常生產(chǎn)，也關(guān)系到油田的經(jīng)濟效益和成本。而原油儲罐和管道的使用壽命主要受電化學(xué)腐蝕的影響，目前解決原油儲罐和管道電化學(xué)腐蝕的主要方法是對其采取陰極保護措施。陰極保護系統(tǒng)在延長油田原油儲罐、管道的使用壽命方面，起著不可替代的巨大作用。

　　油田陰極保護系統(tǒng)通常是犧牲陽極法和強制電流法的綜合應(yīng)用，下面分別對其主要組成部分進行簡要說明：

　　1、恒電位儀：在強制電流法中，給需保護金屬體提供連續(xù)可調(diào)的陰極保護電流。

　　2、輔助陽極：主要有深井陽極和陽極床，在強制電流法中，用來使恒電位儀所提供的陰極保護電流形成回路。

　　3、犧牲陽極：常用的主要有三大類：鎂基（包括高純鎂）犧牲陽極、鋅基（包括高純鋅）犧牲陽極、鋁基犧牲陽極。主要用于強制電流不宜和不能使用的地方，如鋼質(zhì)儲罐內(nèi)等。

　　4、參比電極：是進行陰極保護系統(tǒng)測量時的參照極。油田用參比電極的主要種類有：飽和甘汞參比電極（電極構(gòu)成為Hg / HgCL2、飽和KCL）、飽和氯化銀參比電極（電極構(gòu)成為Ag / AgCL2、飽和KCL）、飽和硫酸銅參比電極（電極構(gòu)成為Cu / CuSO4、飽和CuSO4）等。

　　5、電纜：主要有陰極電纜、陽極電纜、接零電纜、均壓電纜、參比電纜、接陰電纜等，主要用于連接陰極保護系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)。

　　6、控制臺：主要是對陰極保護系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和集中控制。

　　7、自動監(jiān)測系統(tǒng)：是陰極保護系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，主要對陰極保護系統(tǒng)運行效果進行實時監(jiān)測。該系統(tǒng)主要包括：腐蝕信號檢測探頭、腐蝕信號接收裝置、自動監(jiān)測系統(tǒng)主機等。

　　8、測試樁：是在巡查陰極保護系統(tǒng)各監(jiān)測點時，提供電氣接線的裝置。

　　二、油田陰極保護系統(tǒng)調(diào)試中的典型問題及其解決辦法

　　由于油田陰極保護系統(tǒng)主要采用犧牲陽極法和強制電流法，下面主要就這兩種方法在現(xiàn)場調(diào)試過程中暴露出的典型問題，進行深入討論，剖析其原因，并提出解決辦法。

　　1、現(xiàn)場實測自然電位與設(shè)計電位不符

　　這一問題是油田陰極保護系統(tǒng)調(diào)試過程中的普遍問題之一，若不能解決此問題，則無法判定陰極保護系統(tǒng)是否有效。

　　因目前油田陰極保護系統(tǒng)的自動監(jiān)測裝置和其他檢測儀表，均不帶智能溫度修正功能，而需保護金屬體相對于參比電極的自然電位，隨著溫度的不同偏移較大。故在不同溫度環(huán)境下，進行監(jiān)測自然電位時，需進行偏移電位修正。修正后的自然電位可按下式計算。

　　Rzr = Rsc + Rqb + K（ t – 25℃ ）

　　其中： Rzr —— 修正后的自然電位

　　Rsc —— 實測自然電位

　　Rqb —— 氫標(biāo)參比電極25℃時的標(biāo)準(zhǔn)電位

　　K —— 溫度修正系數(shù)

　　t—— 環(huán)境溫度

　　2、當(dāng)電力系統(tǒng)有較大負(fù)荷起停時，部分本來正常的陰極保護電位跳變?yōu)椴徽?/p>

　　電力系統(tǒng)相對于陰極保護系統(tǒng)從電的角度而言，前者屬高電壓、大電流的交流電系統(tǒng)，后者屬低電壓、小電流的直流電系統(tǒng)；從施工角度而言，前者的接地系統(tǒng)屬埋地鋪設(shè)，后者的犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號檢測探頭也屬埋地安裝。電力系統(tǒng)中較大負(fù)荷的起停，必將出現(xiàn)不平衡電流，且通過其接地系統(tǒng)排入大地，而電力接地系統(tǒng)在自然地坪以下排流，以半球狀形式散流，且其散流半徑達15米～20米。如果陰極保護系統(tǒng)的犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號檢測探頭，有一項處于電力接地系統(tǒng)散流區(qū)內(nèi)，由于雜散電流的影響和干擾，必將導(dǎo)致陰極保護電位的跳變。

　　為了使陰極保護系統(tǒng)避免電力接地系統(tǒng)排流的影響和干擾，必須使陰極保護系統(tǒng)的埋地部分，處于電力接地系統(tǒng)排流區(qū)以外，即在電力系統(tǒng)接地裝置半徑20米以外埋設(shè)犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號檢測探頭等陰極保護系統(tǒng)的埋地部分。

　　3、長輸管道上測試點的施工沒有問題，但部分測試點的保護電位總是達不到設(shè)計要求。

　　因長輸管道一般采用犧牲陽極的陰極保護法，管道及犧牲陽極的埋設(shè)深度一般為2米～2.5米，但油田各站場間的長輸管道一般長達50公里左右，由于自然地貌的原因，有些管道的兩頭落差高達幾十米甚至上百米。同時管道兩頭地下水位不同和地質(zhì)情況的不同，導(dǎo)致部分管道所處土壤的土壤電阻率太高。而犧牲陽極的陰極保護法不適合在高土壤電阻率區(qū)域使用（參照陰極保護方法選擇圖）。由于強制電流法的應(yīng)用不受土壤電阻率的限制，故解決這一問題的辦法是，將高土壤電阻率段管道犧牲陽極保護法改為強制電流保護法。

　　4、多臺恒電位儀同時投運時，會出現(xiàn)恒電位儀保險熔斷現(xiàn)象，更換保險重復(fù)投運，則重復(fù)熔斷

　　各臺恒電位儀將交流輸入整流為直流時，各自的直流輸出沒有直接電氣連接（如圖一所示），負(fù)極用陰極電纜與被鋼質(zhì)管道連接，正極用陽極電纜與各自的輔助陽極連接。在同時投運多臺恒電位儀時，出現(xiàn)恒電位儀保險重復(fù)熔斷現(xiàn)象，其原因只有一種可能，就是至少有一臺恒電位儀的正極，誤接到了其他恒電位儀的輔助陽極，使兩臺恒電位儀通過鋼質(zhì)管道而并聯(lián)（如圖二所示），加上各恒電位儀的輸出電位并不同步相等，則兩臺恒電位儀和鋼質(zhì)管道上有短路電流回流，會造成恒電位儀保險熔斷現(xiàn)象。

　　5、單臺恒電位儀在調(diào)試時，各監(jiān)測點保護電位均正常，當(dāng)同時投運多臺恒電位儀時，個別監(jiān)測點保護電位跳變?yōu)椴徽！?/p>

　　以圖三為例，當(dāng)恒電位儀V1、V2單獨調(diào)試時，監(jiān)測點處的保護電位均正常，當(dāng)現(xiàn)任意投運一臺恒電位儀，調(diào)至監(jiān)測點處保護電位正常后，在投運另一臺恒電位儀時，監(jiān)測點處的保護電位突然跳變?yōu)椴徽?。運用電荷基本性質(zhì)不難發(fā)現(xiàn)，雖然兩臺恒電位儀所提供的陰極保護電流有各自的電氣回路，但在兩個電氣回路相接近處，由于同性電荷相斥的原因，形成了陰極保護電流不能到達的“盲區(qū)”，若監(jiān)測點正處于該“盲區(qū)”內(nèi)，則會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。要解決這一問題，就要使陰極保護電流“盲區(qū)”不覆蓋監(jiān)測點，現(xiàn)場有兩種辦法：一是將監(jiān)測點從陰極保護電流“盲區(qū)”移開；二是調(diào)節(jié)恒電位儀的輸出電流，使陰極保護電流“盲區(qū)”偏移。

　　三、結(jié)束語

　　本文主要是在中石化西北分公司油田地面建設(shè)工程中，通過長期參與工程施工和調(diào)試工作，經(jīng)總結(jié)研究而來，文中有不妥之處，誠請專家和同行批評指正。