乍得原油管道陰極保護(hù)系統(tǒng)異常原因分析及解決方法

那 娜,郄振雷,鄭安升,劉 佳,廖煜炤

(1. 中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司，廊坊 065000； 2. 中油管道物資裝備總公司，廊坊 065000；3. 中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，廊坊 065000)

乍得原油管道陰極保護(hù)系統(tǒng)異常原因分析及解決方法

那 娜1,郄振雷2,鄭安升3,劉 佳3,廖煜炤3

(1. 中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司，廊坊 065000； 2. 中油管道物資裝備總公司，廊坊 065000；3. 中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，廊坊 065000)

介紹了乍得原油管道工程陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與試運(yùn)，分析了陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試中遇到的自腐蝕電位異常以及閥室陰極保護(hù)電流泄漏問題。通過完全摘除臨時(shí)陰極保護(hù)所用犧牲陽(yáng)極以及在恒電位儀輸出和輸出端增加絕緣解決了上述問題。

調(diào)試與試運(yùn)；陰極保護(hù)；閥室電流泄漏

乍得原油輸送管道線路全長(zhǎng)約311 km，設(shè)油田H區(qū)塊首站和恩賈梅納末站2個(gè)站場(chǎng)。全線設(shè)置8座閥室，其中有3座遠(yuǎn)程控制終端(RTU)閥室，5座普通閥室；4座陰極保護(hù)站，分別與首站、4號(hào)普通閥室、7號(hào)普通閥室和末站合建。首站出站后和末站進(jìn)站前各設(shè)置一個(gè)絕緣接頭，將線路管道與站場(chǎng)內(nèi)管道實(shí)現(xiàn)絕緣。站內(nèi)管道多為架空敷設(shè)，未施加陰極保護(hù)。

本管道設(shè)計(jì)輸量為100×104t/a，設(shè)計(jì)壓力為10 MPa，管徑為φ406.4 mm，管材采用API 5L X60 HFW管。原油在上游CPF加熱，首站加降凝劑綜合處理后，進(jìn)行密閉輸送。首站最高出站溫度80 ℃，從首站至2號(hào)閥室(里程33.8 km)的管道外防腐蝕采用3LPP(3層聚丙烯)防護(hù)層，其余管道外防腐蝕采用3LPE(3層聚乙烯)防護(hù)層。

本工程于2009年11月開工建設(shè)，2011年6月投產(chǎn)。

1 設(shè)計(jì)方案

本工程共設(shè)置4座陰保站，保護(hù)線路管道，分別與首站、4號(hào)閥室、7號(hào)閥室和末站合建，陰極保護(hù)站的分布見表1和圖1。

表1 陰極保護(hù)站分布

首末站陰極保護(hù)設(shè)備選用交流供電恒電位儀，額定功率為50 V/15 A；4號(hào)和7號(hào)閥室陰極保護(hù)設(shè)備選用直流供電恒電位儀，額定功率為36 V/10 A。

圖1 管道全線陰極保護(hù)示意圖Fig. 1 Cathodic protection schematic diagram for the pipeline

每座陰保站均建一口60 m的深井陽(yáng)極地床，每口深井陽(yáng)極內(nèi)含7支預(yù)包裝陽(yáng)極組，每組陽(yáng)極組由φ273 mm×6 000 mm鋼管、3支φ50 mm×1 500 mm硅鐵陽(yáng)極、焦炭排氣管、電纜導(dǎo)管以及電纜等材料組成。

2 調(diào)試與試運(yùn)

2.1 第一次試運(yùn)

2011年5月上旬至中旬，施工人員對(duì)管道全線進(jìn)行自腐蝕電位測(cè)量，之后開啟恒電位儀，對(duì)管道全線陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)，并對(duì)管道全線進(jìn)行通電電位測(cè)試，見圖2。但測(cè)量結(jié)果表明，全線有70%的自腐蝕電位負(fù)于-0.85 V(相對(duì)于Cu/CuSO4參比電極，下同)，只有4號(hào)、7號(hào)閥室的恒電位儀在運(yùn)行(恒電位儀手動(dòng)控制恒流輸出，輸出電流均為0.5 A左右)，首末站的保護(hù)電位為-1.3～-1.9 V，致使首末站的恒電位儀無(wú)法投運(yùn)。

圖2 第一次試運(yùn)后管道沿線電位Fig. 2 Pipeline potential curve after 1st commissioning

2.2 第二次試運(yùn)

由于第一次測(cè)得的自腐蝕電位不正常以及第一次試運(yùn)失敗，設(shè)計(jì)人員到現(xiàn)場(chǎng)親自參與測(cè)試、試運(yùn)工作。2011年6月中旬至下旬，再次對(duì)管道全線進(jìn)行自腐蝕電位測(cè)量，此次測(cè)量結(jié)果基本正常。只開啟4號(hào)閥室恒電位儀分段進(jìn)行試運(yùn)，給定電位為-1.2 V，極化48 h后，輸出電流為5.1 A，測(cè)得4號(hào)閥室下游116號(hào)測(cè)試樁保護(hù)電位為-5.2 V、首站附近保護(hù)電位為-4.4 V,此現(xiàn)象極不正常。關(guān)閉4號(hào)閥室恒電位儀，去極化48 h后，對(duì)7號(hào)閥室恒電位儀進(jìn)行通電投運(yùn)，恒電位儀按照恒電流模式自動(dòng)輸出，瞬間輸出電流達(dá)到8.0 A，恒電位儀顯示保護(hù)電位為-1.4 V，當(dāng)時(shí)測(cè)得7號(hào)閥室上游237號(hào)測(cè)試樁保護(hù)電位為-9.0 V，273號(hào)測(cè)試樁保護(hù)電位為-6.8 V，末站附近保護(hù)電位在-5.7 V。為此，設(shè)計(jì)人員關(guān)閉所有恒電位儀，去極化48 h后，開啟4號(hào)閥室恒電位儀，立即轉(zhuǎn)到手動(dòng)恒流輸出模式，從0.1 A逐步增大輸出，同時(shí)測(cè)量116號(hào)測(cè)試樁電位使其穩(wěn)定在-1.2 V，此時(shí)恒電位儀輸出電流為0.6 A，保護(hù)電位為-0.68 V。同樣，7號(hào)閥室情況亦是如此。

3 原因分析

3.1 第一次試運(yùn)

第一次測(cè)量時(shí),全線約有70%的自腐蝕電位負(fù)于-0.85 V，這顯然是不正常的，其原因是臨時(shí)作為陰極保護(hù)的犧牲陽(yáng)極沒有完全摘除。由于首站附近42～96號(hào)測(cè)試樁以及末站附近206～264號(hào)測(cè)試樁連接的鎂帶陽(yáng)極有近80%未斷開，管道受到保護(hù)致使電位偏負(fù)，導(dǎo)致首末站恒電位儀無(wú)法啟動(dòng)。摘除所有的犧牲陽(yáng)極并完成管道去極化后,第二次測(cè)量數(shù)據(jù)正常，恒電位儀也可正常啟動(dòng)。

3.2 第二次試運(yùn)

恒電位儀是一種伺服系統(tǒng)[1]，在恒電位輸出模式，儀器不斷采集管道電位(相對(duì)與參比電極)，然后與設(shè)定電位進(jìn)行比較[2]，如果負(fù)(正)于設(shè)定電位，自動(dòng)降低(升高)輸出電流，使管道電位與設(shè)定電位一致。

第二次試運(yùn)時(shí)，7號(hào)閥室恒電位儀電流輸出突然增大，原因是之前恒電位儀經(jīng)過多次開啟和關(guān)閉，經(jīng)過與廠家工程師溝通，該設(shè)備會(huì)自動(dòng)選擇上一次的運(yùn)行模式繼續(xù)運(yùn)行，廠家人員先前選擇恒流輸出，但是輸出電流大小手動(dòng)控制了。后續(xù)開啟和關(guān)閉期間，只是簡(jiǎn)單的通電，恒電位儀自動(dòng)選擇恒流輸出，但輸出電流沒有手動(dòng)控制，設(shè)備根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)輸出，致使輸出電流過大，4號(hào)閥室的恒電位和恒電流輸出模式亦說(shuō)明了該問題。其原因是閥室內(nèi)管線存在大的泄漏點(diǎn)，這是由大面積裸露金屬所致。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得管道和接地網(wǎng)電位一致，并測(cè)得管道與接地網(wǎng)電氣連通，判斷是閥室內(nèi)接地網(wǎng)與管道意外連接所致。經(jīng)過排查檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)恒電位儀設(shè)備本身存在問題。

由圖3可以看出，太陽(yáng)能控制器輸出端負(fù)極需要接地，也就是恒電位儀輸入端負(fù)極接地。由于該恒電位儀采用24 V直流輸入，經(jīng)斬波升壓、濾波后直流輸出，最大輸出為36 V。由圖3還可見，恒電位儀輸入負(fù)極端接地，且與輸出陰極端直接連通，導(dǎo)致管道直接接地。

4 整改及效果評(píng)價(jià)

圖3 恒電位儀電氣連接示意圖Fig. 3 Electrical connection schematic diagram for potentiostat

經(jīng)過與供貨商溝通，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，更改恒電位儀內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，通過逆變器、高頻變壓器等元件來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出和輸出端電氣隔離,見圖4。

2011年7月下旬，恒電位儀經(jīng)過整改后，又對(duì)其進(jìn)行投運(yùn)調(diào)試，4號(hào)和7號(hào)閥室周邊以及管道全線測(cè)試數(shù)據(jù)見表2和圖5。

圖4 整改后恒電位儀電氣原理簡(jiǎn)單示意圖Fig. 4 Electrical schematic diagram for potentiostat after rectification

表2 整改調(diào)試前后4號(hào)和7號(hào)閥室周邊測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2和圖5可以看出，恒電位儀整改后，4號(hào)和7號(hào)閥室泄漏陰極保護(hù)電流問題得以解決，管道沿線陰極保護(hù)電位恢復(fù)到正常水平。

5 總結(jié)與建議

(1) 針對(duì)第一次自然電位不正常以及第一次試運(yùn)首末站恒電位儀無(wú)法投運(yùn)的狀況，進(jìn)行了分析,為第二次試運(yùn)奠定基礎(chǔ)。

圖5 整改調(diào)試后管道沿線電位曲線Fig. 5 Pipeline potential curves after rectification

(2) 針對(duì)第二次試運(yùn)工程中遇到的問題進(jìn)行了分析，采取必要的解決措施，使得全線陰極保護(hù)系統(tǒng)得以正常投運(yùn)。

(3) 調(diào)試與試運(yùn)過程中應(yīng)詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，尤其是導(dǎo)致陰極保護(hù)電流泄漏的設(shè)施，如站場(chǎng)和閥室的接地系統(tǒng)，閥門的基礎(chǔ)，臨時(shí)設(shè)施等等。

(4) 恒電位儀廠商生產(chǎn)制造過程中應(yīng)保證直流恒電位儀輸入輸出端嚴(yán)格絕緣，避免類似問題再次發(fā)生。

(5) 建議調(diào)試運(yùn)行由專業(yè)人員參與，避免出現(xiàn)全線自腐蝕電位不正常還盲目試運(yùn)的情況。

[1] 李佳青，楊永志，安卓亮，等. 加鹽保濕降低陽(yáng)極地床接地電阻解決恒電位儀超槽壓告警[J]. 腐蝕與防護(hù)，2013,34(5)：440-441.

[2] 黃進(jìn)明，單劍，陳健. 某輪外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)工作異常的原因[J]. 腐蝕與防護(hù)，2013,34(3)：265-268.

Cause Analysis and Solution of Abnormal Behavior of Cathodic Protection for Chad Crude Pipeline

NA Na1, QIE Zhenlei2, ZHENG Ansheng3, LIU Jia3, LIAO Yuzhao3

(1. China Petroleum Pipeline Bureau First Engineering Branch, Langfang 065000, China; 2. China Petroleum Pipeline Material & Equipment Corporation, Langfang 065000, China; 3. China Petroleum Pipeline Engineering Corporation, Langfang 065000, China)

The cathodic protection system design, construction and commissioning for Chad crude pipeline were introduced. Abnormal corrosion potential and current leakage in valve station were analyzed in the cathodic protection system commissioning, and above problems were solved by completely disconnecting the temporary sacrificial anodes and increasing an insulation between iutput and output ends of potentiostat.

commissioning and operation; cathodic protection; current leakage in valve

10.11973/fsyfh-201705007

2015-06-19

鄭安升(1980-)，工程師，碩士，從事管道防腐及陰極保護(hù)研究，0316-2074963，zhengansheng@cppe.com.cn

TG174

B

1005-748X(2017)05-0353-03