外加電流深井陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

摘 要

摘要：介紹了某中壓管道外加電流深井陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成和布局，為全面評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及輔助陽(yáng)極的消耗情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的檢測(cè)。系統(tǒng)有效地控制了中壓管道腐蝕，輔助
摘要：介紹了某中壓管道外加電流深井陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成和布局，為全面評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及輔助陽(yáng)極的消耗情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的檢測(cè)。系統(tǒng)有效地控制了中壓管道腐蝕，輔助陽(yáng)極消耗的理論計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)的回路電阻存在相關(guān)性，為判斷陽(yáng)極使用壽命增加了一個(gè)可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：外加電流；深井陽(yáng)極；陰極保護(hù)；檢測(cè)
Test and Evaluation of Impressed Current Deep Well Anode Cathodic Protection System
CHEN Zhuang-zhi，ZHENG Li-yu，YANG Dong-hui
Abstract：The composition and configuration of impressed current deep well anode cathodic protection system for a medium pressure pipeline are introduced. The overall test of the system is performed to evaluate the system operation and the consumption of auxiliary anode. The corrosion of the medium pressure pipeline has been effectively controlled by the system. There is correlation between the theoretical calculation result of auxiliary anode consumption and the circuit resistance of the system，which provides an additional field measurement basis for judging the anode service life.
Key words：impressed current；deep well anode；cathodic protection：test
1 概述
    控制燃?xì)夤艿栏g的主要方法是防腐層和陰極保護(hù)，陰極保護(hù)技術(shù)有外加電流法和犧牲陽(yáng)極法。不論何種方法，合理有效的陰極保護(hù)系統(tǒng)都可以獲得良好的保護(hù)效果，防止腐蝕產(chǎn)生危害[1、2]。福州華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰緭碛泄艿廊細(xì)庥脩粲?6×104戶，市政中壓管道逾200km。中壓管道主要集中在1990年前后完成，同時(shí)于1990年7月動(dòng)工建設(shè)市政中壓管道外加電流深井陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)。陰極保護(hù)系統(tǒng)初期設(shè)置5座陰極保護(hù)站，配備5臺(tái)陰極保護(hù)電源、8口深井陽(yáng)極井、1組淺埋陽(yáng)極(后報(bào)廢)。隨著管道的不斷增加，相繼擴(kuò)展了陰極保護(hù)系統(tǒng)，陰極保護(hù)系統(tǒng)擴(kuò)展至8座陰極保護(hù)站，配備13臺(tái)陰極保護(hù)電源、19口深井陽(yáng)極井。8座陰極保護(hù)站的分布見(jiàn)圖1。
 
   2008年為了保證福建LNG福州天然氣項(xiàng)目按期投產(chǎn)，福州華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰驹诟Ｖ莩情T建設(shè)管輸天然氣門站，同時(shí)為保護(hù)市政中壓燃?xì)夤艿?，在城門門站新建外加電流深井陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)。該陰極保護(hù)系統(tǒng)平面布局見(jiàn)圖2。
 
   站內(nèi)安裝防腐儀2臺(tái)，外埋深井陽(yáng)極井4口，井深40m，每口井安裝主深井陽(yáng)極10支，埋設(shè)參比電內(nèi)設(shè)置單向可控硅交流整流調(diào)壓設(shè)備。陰極保護(hù)有效期為20a，相對(duì)于銅/飽和硫酸銅參比電極的管道外壁保護(hù)電位為-850～-1500mV，系統(tǒng)目前運(yùn)行良好。
2 陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況
    陰極保護(hù)系統(tǒng)自2009年12月投入運(yùn)行以來(lái)的主要運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。系統(tǒng)采用恒電流的控制方式，陰極保護(hù)電流密度為1.5～2.0mA/m2。62個(gè)電位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的陰極保護(hù)電位的測(cè)量結(jié)果顯示：有61個(gè)電位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的陰極保護(hù)電位滿足不高于-850mV的標(biāo)準(zhǔn)，高于-850mV的點(diǎn)最高電位為-736mV，較自然電位負(fù)移值大于100mV，仍滿足陰極極化電位值大于100mV的陰極保護(hù)電位標(biāo)準(zhǔn)。因此，62個(gè)電位監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部滿足相關(guān)的陰極保護(hù)電位極2支以及陰極電纜、陽(yáng)極電纜和參比信號(hào)電纜，站 標(biāo)準(zhǔn)，福州市中壓燃?xì)夤艿捞幱诹己玫谋Ｗo(hù)狀態(tài)。
表1 陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)
編號(hào)
站名
陽(yáng)極規(guī)格
陽(yáng)極數(shù)量
陽(yáng)極井深/m
安裝時(shí)間
輸出電壓/V
輸出電流/A
備注
1
王莊
YJA-SiCr
Ø75×1500
12×2
45
1992年5月
28.0
30
—
2
交通路
YJA-SiCr
Ø75×1500
10×2
36
1992年5月
38.0
23
—
3
白馬路
YJA-SiCr
Ø75×1500
8×2
30
1992年5月
45.0
22
—
4
環(huán)南
YJA-SiCr
Ø75×1500
10×2
35
1992年5月
45.0
25
—
5
茶會(huì)
YJA-SiCr
Ø75×1000
15×1
40
2002年9月
26.0
32
—
15×1
40
26.0
32
—
6
竹林境
YJA-SiCr
Ø75×1000
15×1
40
2006年12月
26.0
20
維修增加
8×3
40
1998年5月
26.0
30
—
7
國(guó)棉
YJA-SiCr
Ø75×1000
15×1
40
2005年6月
35.O
15
—
15×1
40
35.0
15
—
15×1
40
29.0
15
—
8
城門
YJA-SiCr
Ø75×1000
15×1
40
2008年10月
2.5
1
—
2.5
1
—
3 輔助陽(yáng)極的消耗
   輔助陽(yáng)極是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，陽(yáng)極消耗速度的快慢，不僅取決于陽(yáng)極工作電流的大小，而且受陽(yáng)極周圍土壤性質(zhì)的影響。輔助陽(yáng)極安裝于地下，不可更換，輔助陽(yáng)極的使用壽命直接決定了外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的工作壽命。
   本系統(tǒng)采用含鉻高硅鑄鐵陽(yáng)極，其工作電流密度為10～50A/m2。1992年安裝的陽(yáng)極規(guī)格為Ø75×1500，質(zhì)量為46kg，表面積為0.36m2；隨后安裝的陽(yáng)極規(guī)格為Ø75×1000，質(zhì)量為31kg，表面積為0.24m2。當(dāng)使用焦炭填料時(shí)，含鉻高硅鑄鐵陽(yáng)極消耗率小于0.25kg/(A·a)。
    ① 輔助陽(yáng)極消耗量的理論計(jì)算
    輔助陽(yáng)極消耗量的理論計(jì)算值是陽(yáng)極工作電流、運(yùn)行時(shí)間、陽(yáng)極消耗率的乘積，陽(yáng)極消耗量的理論計(jì)算值見(jiàn)表2。
表2 陽(yáng)極消耗量的理論計(jì)算值
編號(hào)
站名
陽(yáng)極規(guī)格
陽(yáng)極質(zhì)量/kg
初期電流/A
末期電流/A
運(yùn)行時(shí)間/a
消耗量/kg
陽(yáng)極消耗比例/%
1
王莊
YJA-SiCr
1375×1500
1104
20
25
15.42
87
7.9
2
交通路
YJA-SiCr
Ø75×1500
920
20
25
15.42
87
9.4
3
白馬路
YJA-SiCr
Ø75×1500
736
15
25
15.42
77
10.5
4
環(huán)南
YJA-SiCr
Ø75×1500
920
15
25
15.42
77
8.4
5
茶會(huì)
YJA-SiCr
Ø75×1000
465
20
28
5.08
31
7.6
465
20
28
5.08
31
7.6
6
竹林境
YJA-SiCr
Ø75×1000
465
25
25
0.75
5
1.0
744
35
35
9.42
83
11.4
7
國(guó)棉
YJA-SiCr
Ø75×1000
465
10
20
2.33
9
1.9
465
10
20
2.33
9
1.9
465
10
20
2.33
9
1.9
 
合計(jì)
—
—
—
276
—
—
—
    ② 輔助陽(yáng)極消耗的檢測(cè)
陰極保護(hù)系統(tǒng)回路電阻是指從電源正極經(jīng)導(dǎo)線到陽(yáng)極、土壤、管道和陰極回到電源負(fù)極間的回路電阻。在外加電流深井陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，其導(dǎo)線電阻及土壤電阻的變化均相對(duì)較小，回路電阻的變化取決于陽(yáng)極接地電阻的變化。在陽(yáng)極均勻腐蝕的情況下，隨著陽(yáng)極的消耗，陽(yáng)極的接地面積減小，其回路電阻逐漸增大；但如果陽(yáng)極表面存在不均勻腐蝕，隨著陽(yáng)極的消耗，由于陽(yáng)極微觀面積可能增大，反而會(huì)導(dǎo)致回路電阻減小。根據(jù)回路電阻對(duì)陽(yáng)極消耗情況的定性判斷結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 陰極保護(hù)系統(tǒng)回路電阻的測(cè)量結(jié)果
編號(hào)
站名
陽(yáng)極井?dāng)?shù)量/口
初期回路電阻/Ω
末期回路電阻/Ω
陽(yáng)極消耗定性判斷
1
王莊
2
0.70
0.750
中
2
交通路
2
1.00
1.174
大
3
白馬路
2
1.50
1.750
大
4
環(huán)南
2
1.80
1.543
小
5
茶會(huì)
2
0.90
0.90
0.600
0.656
小
6
竹林境
4
—
—
—
7
國(guó)棉
3
2.00
1.80
1.25
1.800
1.700
1.650
小
注：竹林境站因陽(yáng)極編組發(fā)生變化，無(wú)可比性。
    由表3可見(jiàn)，陽(yáng)極消耗定性判斷與陽(yáng)極消耗量的理論計(jì)算值存在一定的相關(guān)性，交通路站和白馬
4 結(jié)論
    ① 福州華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰就饧与娏魃罹?yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)多年的連續(xù)運(yùn)行，深井陽(yáng)極的消耗是正常的，系統(tǒng)的回路電阻沒(méi)有發(fā)生顯著的增加，表明陽(yáng)極井沒(méi)有發(fā)生氣阻現(xiàn)象。
    ② 輔助陽(yáng)極消耗的理論計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)的回路電阻存在一定的相關(guān)性，為判斷陽(yáng)極使用壽命增加了一個(gè)可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的依據(jù)。
    ③ 從陰極保護(hù)電位的測(cè)量結(jié)果和運(yùn)行期間管道的實(shí)際情況可見(jiàn)，陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)福州中壓燃?xì)夤艿榔鸬搅肆己玫姆栏Ｗo(hù)作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 高鵬，王亞平，康志剛，等.新建埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿缽?qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)[J].煤氣與熱力，2008.28(12)：B09-B13.
[2] 范蓉，莊明.陰極保護(hù)設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)建議[J].煤氣與熱力，2007，27(5)：6-8.
 
(本文作者：陳壯志 鄭力宇 楊東輝 福州華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?福建福州 350014)