油田工程阴极保护系统调试过程的典型问题

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　摘要：本文针对目前我国油田现场采用的阴极保护系统，依据电化学、电学等基本原理，剖析油田阴极保护系统工程在调试过程中出现的典型问题，并提出了相应的解决办法，在实际应用中有一定的实用价值。

　　关键词：油田工程　阴极保护系统　调试

　　一、油田阴极保护系统概述

　　油田工业是目前人类利用自然资源的主要行业之一，也是目前推进人类发展的主要支柱。油田工业作为炼油工业的上游工艺企业，主要进行原油的钻采和储运工作，其中原油储运主要靠钢质储罐和钢质管道实现。原油储罐和管道使用寿命的长短直接关系到油田工业能否长期稳定和正常生产，也关系到油田的经济效益和成本。而原油储罐和管道的使用寿命主要受电化学腐蚀的影响，目前解决原油储罐和管道电化学腐蚀的主要方法是对其采取阴极保护措施。阴极保护系统在延长油田原油储罐、管道的使用寿命方面，起着不可替代的巨大作用。

　　油田阴极保护系统通常是牺牲阳极法和强制电流法的综合应用，下面分别对其主要组成部分进行简要说明：

　　1、恒电位仪：在强制电流法中，给需保护金属体提供连续可调的阴极保护电流。

　　2、辅助阳极：主要有深井阳极和阳极床，在强制电流法中，用来使恒电位仪所提供的阴极保护电流形成回路。

　　3、牺牲阳极：常用的主要有三大类：镁基（包括高纯镁）牺牲阳极、锌基（包括高纯锌）牺牲阳极、铝基牺牲阳极。主要用于强制电流不宜和不能使用的地方，如钢质储罐内等。

　　4、参比电极：是进行阴极保护系统测量时的参照极。油田用参比电极的主要种类有：饱和甘汞参比电极（电极构成为Hg / HgCL2、饱和KCL）、饱和氯化银参比电极（电极构成为Ag / AgCL2、饱和KCL）、饱和硫酸铜参比电极（电极构成为Cu / CuSO4、饱和CuSO4）等。

　　5、电缆：主要有阴极电缆、阳极电缆、接零电缆、均压电缆、参比电缆、接阴电缆等，主要用于连接阴极保护系统的各组成环节。

　　6、控制台：主要是对阴极保护系统进行统一管理和集中控制。

　　7、自动监测系统：是阴极保护系统的辅助系统，主要对阴极保护系统运行效果进行实时监测。该系统主要包括：腐蚀信号检测探头、腐蚀信号接收装置、自动监测系统主机等。

　　8、测试桩：是在巡查阴极保护系统各监测点时，提供电气接线的装置。

　　二、油田阴极保护系统调试中的典型问题及其解决办法

　　由于油田阴极保护系统主要采用牺牲阳极法和强制电流法，下面主要就这两种方法在现场调试过程中暴露出的典型问题，进行深入讨论，剖析其原因，并提出解决办法。

　　1、现场实测自然电位与设计电位不符

　　这一问题是油田阴极保护系统调试过程中的普遍问题之一，若不能解决此问题，则无法判定阴极保护系统是否有效。

　　因目前油田阴极保护系统的自动监测装置和其他检测仪表，均不带智能温度修正功能，而需保护金属体相对于参比电极的自然电位，随着温度的不同偏移较大。故在不同温度环境下，进行监测自然电位时，需进行偏移电位修正。修正后的自然电位可按下式计算。

　　Rzr = Rsc + Rqb + K（ t – 25℃ ）

　　其中： Rzr —— 修正后的自然电位

　　Rsc —— 实测自然电位

　　Rqb —— 氢标参比电极25℃时的标准电位

　　K —— 温度修正系数

　　t—— 环境温度

　　2、当电力系统有较大负荷起停时，部分本来正常的阴极保护电位跳变为不正常

　　电力系统相对于阴极保护系统从电的角度而言，前者属高电压、大电流的交流电系统，后者属低电压、小电流的直流电系统；从施工角度而言，前者的接地系统属埋地铺设，后者的牺牲阳极、辅助阳极、输油管道、腐蚀信号检测探头也属埋地安装。电力系统中较大负荷的起停，必将出现不平衡电流，且通过其接地系统排入大地，而电力接地系统在自然地坪以下排流，以半球状形式散流，且其散流半径达15米～20米。如果阴极保护系统的牺牲阳极、辅助阳极、输油管道、腐蚀信号检测探头，有一项处于电力接地系统散流区内，由于杂散电流的影响和干扰，必将导致阴极保护电位的跳变。

　　为了使阴极保护系统避免电力接地系统排流的影响和干扰，必须使阴极保护系统的埋地部分，处于电力接地系统排流区以外，即在电力系统接地装置半径20米以外埋设牺牲阳极、辅助阳极、输油管道、腐蚀信号检测探头等阴极保护系统的埋地部分。

　　3、长输管道上测试点的施工没有问题，但部分测试点的保护电位总是达不到设计要求。

　　因长输管道一般采用牺牲阳极的阴极保护法，管道及牺牲阳极的埋设深度一般为2米～2.5米，但油田各站场间的长输管道一般长达50公里左右，由于自然地貌的原因，有些管道的两头落差高达几十米甚至上百米。同时管道两头地下水位不同和地质情况的不同，导致部分管道所处土壤的土壤电阻率太高。而牺牲阳极的阴极保护法不适合在高土壤电阻率区域使用（参照阴极保护方法选择图）。由于强制电流法的应用不受土壤电阻率的限制，故解决这一问题的办法是，将高土壤电阻率段管道牺牲阳极保护法改为强制电流保护法。

　　4、多台恒电位仪同时投运时，会出现恒电位仪保险熔断现象，更换保险重复投运，则重复熔断

　　各台恒电位仪将交流输入整流为直流时，各自的直流输出没有直接电气连接（如图一所示），负极用阴极电缆与被钢质管道连接，正极用阳极电缆与各自的辅助阳极连接。在同时投运多台恒电位仪时，出现恒电位仪保险重复熔断现象，其原因只有一种可能，就是至少有一台恒电位仪的正极，误接到了其他恒电位仪的辅助阳极，使两台恒电位仪通过钢质管道而并联（如图二所示），加上各恒电位仪的输出电位并不同步相等，则两台恒电位仪和钢质管道上有短路电流回流，会造成恒电位仪保险熔断现象。

　　5、单台恒电位仪在调试时，各监测点保护电位均正常，当同时投运多台恒电位仪时，个别监测点保护电位跳变为不正常。

　　以图三为例，当恒电位仪V1、V2单独调试时，监测点处的保护电位均正常，当现任意投运一台恒电位仪，调至监测点处保护电位正常后，在投运另一台恒电位仪时，监测点处的保护电位突然跳变为不正常。运用电荷基本性质不难发现，虽然两台恒电位仪所提供的阴极保护电流有各自的电气回路，但在两个电气回路相接近处，由于同性电荷相斥的原因，形成了阴极保护电流不能到达的“盲区”，若监测点正处于该“盲区”内，则会出现上述现象。要解决这一问题，就要使阴极保护电流“盲区”不覆盖监测点，现场有两种办法：一是将监测点从阴极保护电流“盲区”移开；二是调节恒电位仪的输出电流，使阴极保护电流“盲区”偏移。

　　三、结束语

　　本文主要是在中石化西北分公司油田地面建设工程中，通过长期参与工程施工和调试工作，经总结研究而来，文中有不妥之处，诚请专家和同行批评指正。