區(qū)域陰極保護系統(tǒng)失效原因分析及解決辦法

閆宇陶

（中國石油天然氣管道工程有限公司新疆設(shè)計分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

區(qū)域陰極保護是將指定區(qū)域范圍內(nèi)所有需要保護的埋地金屬結(jié)構(gòu)作為一個整體，通過輔助陽極的合理布局、將陰保電流傳輸?shù)奖槐Ｗo對象處，使其陰極保護電位滿足GB/T 21448-2017埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范的要求[1]。國內(nèi)外工程實踐證明，使用區(qū)域陰極保護和防腐涂層技術(shù)共同保護，能有效減緩腐蝕速率，降低由腐蝕造成的危險事故[2]。目前區(qū)域陰極保護技術(shù)已廣泛應(yīng)用于長輸管道油氣輸送站場的防護[1-3]。

強制電流陰極保護系統(tǒng)主要由極化電源（恒電位儀）、輔助陽極和被保護金屬構(gòu)筑物（陰極）組成[4]。區(qū)域陰極保護系統(tǒng)運行過程中可能會發(fā)生恒電位儀失效、輔助陽極失效、參比電極失效、陽極電纜斷開、絕緣接頭失效等問題，任何一個問題的出現(xiàn)都將影響區(qū)域陰保系統(tǒng)的正常運行，本文重點針對陽極電纜斷開的問題進行分析并提出解決方法，對其它失效原因也進行了分析介紹，以期使區(qū)域陰極保護系統(tǒng)更好的運行。

1 陽極電纜斷開

陽極電纜是陰極保護系統(tǒng)連接電纜的重要組成部分，是恒電位儀將陰保電流傳輸給各個陽極的路徑，然而陽極電纜斷開的情況卻時有發(fā)生，尤其在站場升級改造或站內(nèi)定期開挖檢修維護時，陽極匯流電纜及分支陽極電纜被挖斷的現(xiàn)象更為突出，這對陰極保護系統(tǒng)的運行十分不利，本文提出一種新型陽極連接方法來解決該問題。

以淺埋硅鐵陽極為例，常規(guī)的做法是自恒電位儀引出陽極匯流電纜、再通過陽極分線箱引出幾根分支陽極電纜，每根分支陽極電纜上并聯(lián)數(shù)個陽極，合理的布置在管道旁，以實現(xiàn)對管道的陰極保護，示意圖如圖1所示。但是，這種常規(guī)的陽極連接方法的問題是，當電纜在某點斷開后，后面的陽極將全部失效，且想要排查出哪根電纜或哪個陽極出現(xiàn)故障進而開展維修十分困難，從而導致局部管道陰保電流不足、陰極保護電位不達標，管道面臨腐蝕的風險，對于管道的運維不利。

圖1 常規(guī)陽極連接方法示意圖

為了解決電纜和陽極損壞不易查找的問題，提出一種新型的陽極連接思路。新型的陽極連接方法如圖2所示。即陽極匯流電纜從恒電位儀引出至陽極分線箱（一級分線箱），然后從一級分線箱引出幾根分支陽極匯流電纜，分別進入下一個陽極分線箱（二級分線箱），二級分線箱引出的分支陽極電纜分別直接引到陽極上，即每個陽極都有單獨的接線柱相連，運用這種陽極連接方法可以使用萬用表測出每個陽極點的電位，如果發(fā)現(xiàn)電位異常，則可更換電纜或陽極，且即使沒有及時查找及更換陽極或電纜，也可以避免常規(guī)做法中一段陽極電纜損壞引起一整串陽極失效的問題，對于管道的運維管理十分有利。

圖2 新型陽極連接方法示意圖

2 恒電位儀失效

恒電位儀是強制電流陰極保護系統(tǒng)的心臟，它是不斷向管道提供陰極保護電流的源頭。但是恒電位儀的運行會受到降雨季節(jié)等因素的影響，因為土壤含水量會直接影響陰極保護系統(tǒng)回路的電阻，回路電阻的變化會引起恒電位儀參數(shù)的波動，從而導致恒電位儀發(fā)生故障[5]。因此在日常管理過程中應(yīng)加強對陰極保護管理人員的培訓，使其熟練掌握恒電位儀的操作和基本維護維修，定期對恒電位儀進行維護保養(yǎng)并做好記錄；同時應(yīng)預備好恒電位儀的相關(guān)備件，發(fā)生故障后及時通知維修部門或聯(lián)系生產(chǎn)廠家進行維修，并定期淘汰失效的恒電位儀[6]。

3 輔助陽極失效

輔助陽極地床是強制電流陰極保護系統(tǒng)的重要組成部分之一，其作用是將保護電流經(jīng)土壤傳遞到被保護的金屬構(gòu)筑物表面[7]。然而，輔助陽極選型錯誤、安裝方式問題、埋設(shè)陽極地區(qū)土壤電阻率較高、陽極填料性能下降、陽極地床發(fā)生氣阻現(xiàn)象[2]等眾多因素都會影響陽極的效果，導致陰極保護系統(tǒng)失效。

所以在設(shè)計階段應(yīng)結(jié)合陽極敷設(shè)地的地形地貌、土壤電阻率、氣候條件、站場內(nèi)管道的整體布置等因素綜合考慮，對陽極的類型進行合理的選擇。除了對陽極正確選型外，對于土壤干燥、土壤電阻率較高的地區(qū)應(yīng)采用非預包裝陽極，加入降阻劑或定期澆水保濕的方式降低陽極地床的接地電阻，并定期進行陽極地床接地電阻的測算，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，以實現(xiàn)陰極保護系統(tǒng)電流的 流通[2]。

4 參比電極失效

目前主要采用的參比電極為硫酸銅參比電極，參比電極主要用作恒電位儀的基準信號源、電位測試的基準信號等。硫酸銅溶液的飽和程度、氯離子污染硫酸銅溶液、參比電極受陽光直射、環(huán)境溫度低于25℃[8]、土壤干燥[9]等因素都會影響參比電極的精度。所以在陰極保護系統(tǒng)施工過程中，應(yīng)在參比電極上方安裝PVC管，為日后注水、參比電極校對提供方便，并能起到標識作用[8]，同時，施工時應(yīng)注意將參比電極埋設(shè)在凍土層以下；在陰極保護系統(tǒng)運行過程中要定期對參比進行校準，保證參比電極的測量精度；定期給參比電極澆水，使參比電極附近土壤濕潤，延長參比電極的使用壽命、提高參比電極的測量精度[5]；同時，由于長效參比電極一般使用壽命為5～10年，小于管道的壽命周期，應(yīng)定期對參比電極進行更換[6]。

5 絕緣接頭失效

由于站場內(nèi)存在大量的設(shè)備、儀表接地，所以站內(nèi)的陰保電流往往比線路管道需要的陰保電流多，通常采用絕緣接頭將站內(nèi)管道和線路管道的陰極保護系統(tǒng)隔開，使線路和站場的管道都能實現(xiàn)有效保護[10]。然而，當絕緣接頭出現(xiàn)故障，無法起到絕緣效果時，線路和站場的陰極保護系統(tǒng)相互連通，導致陰極保護系統(tǒng)失效。對此，應(yīng)在絕緣接頭處設(shè)置絕緣接頭保護器，可采用電火花間隙或氧化鋅避雷器，以防止絕緣接頭遭到強電沖擊而破壞，同時在絕緣接頭處設(shè)置測試樁，定期檢測絕緣接頭兩側(cè)的電位，以保證絕緣接頭的有效性。

6 結(jié)語

本文對引起區(qū)域陰極保護系統(tǒng)失效的恒電位儀失效、輔助陽極失效、參比電極失效、陽極電纜斷開、絕緣接頭失效等因素進行了分析，針對各失效原因提出了解決辦法，并針對陽極電纜斷開的問題提出了一種新型的陽極連接方法以解決該問題，以期為區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計和改造提供借鑒。