張 煜，尹黨強，李 雪

1中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北 廊坊

2中國石油天然氣管道局工程有限公司天津濱海分公司，天津

1.引言

傳統(tǒng)區(qū)域陰極保護技術(shù)選擇陽極位置、數(shù)量等設(shè)計參數(shù)時往往依靠經(jīng)驗性估算。由于缺乏理論指導(dǎo)，導(dǎo)致陽極布置不夠合理，引起管道和設(shè)備欠保護或過保護。因此，對于地下金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜、干擾和屏蔽現(xiàn)象嚴(yán)重的站場，傳統(tǒng)的陰極保護技術(shù)難以滿足要求。筆者以大港油田某聯(lián)合站為例，結(jié)合新開發(fā)的優(yōu)化設(shè)計軟件，對該站場進(jìn)行了區(qū)域陰極保護優(yōu)化設(shè)計。

2.區(qū)域陰極保護技術(shù)特點

典型的站場區(qū)域陰極保護具有如下特點：

1)接地系統(tǒng)消耗陰極保護電流高。區(qū)域陰極保護的對象為埋地管網(wǎng)，但與埋地管線連接的接地網(wǎng)無法進(jìn)行電絕緣，接地網(wǎng)消耗了大量電流。

2)干擾屏蔽問題嚴(yán)重。站內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)存在電連續(xù)性，尤其是年代久遠(yuǎn)的站場，已廢棄管線仍與在用設(shè)施連接，地下金屬結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，干擾和屏蔽問題突出。

3)需考慮調(diào)試整改。陰極保護回路復(fù)雜多變，要達(dá)到理想的保護和最大限度地降低對非本保護系統(tǒng)的干擾，施工和調(diào)試階段的設(shè)計調(diào)整是必不可少的[1]。

3.陽極地床比選

陽極地床設(shè)計是整個區(qū)域陰極保護中的重要環(huán)節(jié)，目前陽極地床有3種方式：深井陽極、淺埋陽極和線性陽極。

深井陽極地床安裝在地表以下15~150 m范圍內(nèi)，其接地電阻受季節(jié)和水位變化影響小，施工作業(yè)面小，輸出電流大，保護范圍大。深井陽極地床傾向于把保護對象整體極化[2]，但對鄰近的其他金屬構(gòu)筑物的干擾程度不易精準(zhǔn)控制，不能保證打井一次成功。

淺埋陽極地床采用淺埋立式或水平式敷設(shè)，可根據(jù)工程需要埋設(shè)在構(gòu)筑物周圍，在特定局部區(qū)域可提供大電流，可能對鄰近的其他金屬構(gòu)筑物產(chǎn)生干擾，受土壤電阻率影響大。

線性陽極地床沿管道敷設(shè)，保護電流分布定向且均勻，在陽極與被保護體之間能夠形成很好的回路[3]，能有效解決復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)域內(nèi)屏蔽，對線路管道及陰極保護系統(tǒng)干擾小。但費用較高，敷設(shè)中與管道、接地網(wǎng)等縱橫交叉，容易發(fā)生短路，需與管道同時施工。

經(jīng)過對比分析，該聯(lián)合站陽極地床采用深井陽極地床、淺埋陽極地床或二者組合的方式。

4.軟件模擬計算

4.1.聯(lián)合站陰極保護數(shù)值模擬類型

在聯(lián)合站的1#、2#、3#位置布置3口30 m深的陽極井，同時補充4組淺埋陽極地床，聯(lián)合站的管網(wǎng)及陽極地床分布如圖1所示。根據(jù)圖1建立了區(qū)域陰極保護數(shù)值模擬三維模型(見圖2(a))，并進(jìn)行了邊界元網(wǎng)格劃分(見圖2(b))。

Figure 1.The distribution diagram of pipe network in a joint station圖1.聯(lián)合站管網(wǎng)分布圖

Figure 2.Three-dimensional calculation model and the distribution of model grid in the joint station圖2.聯(lián)合站三維計算模型及模型網(wǎng)格分布

4.2.聯(lián)合站陰極保護數(shù)值模擬計算結(jié)果

經(jīng)模擬計算整個站場內(nèi)埋地管網(wǎng)、儲罐及接地網(wǎng)基本均處于保護范圍內(nèi)，每個地床的模擬計算輸出電流如表1所示。

Table 1.The calculated output current value of each anode groundbed表1.各個陽極地床計算輸出電流值

4.3.現(xiàn)場數(shù)據(jù)反饋

陰極保護系統(tǒng)施工完成后，經(jīng)調(diào)試其效果達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)[4]，現(xiàn)場恒電位儀輸出電流如表2所示。

Table 2.The actual output current value of each channel of the potentiostat表2.恒電位儀各路實際輸出電流值

5.結(jié)語

區(qū)域陰極保護優(yōu)化設(shè)計軟件將先進(jìn)的計算機數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計中，陰極保護系統(tǒng)投產(chǎn)運行后，通過現(xiàn)場實地測試，被保護的埋地管線及儲罐電位均達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工程要求。該設(shè)計技術(shù)對同類工程項目具有借鑒意義。