外加電流深井陽極陰極保護系統的檢測與評價

摘 要

摘要：介紹了某中壓管道外加電流深井陽極陰極保護系統的組成和布局，為全面評估系統的運行狀況及輔助陽極的消耗情況，對系統進行了全面的檢測。系統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極陰極保護系統的組成和布局，為全面評估系統的運行狀況及輔助陽極的消耗情況，對系統進行了全面的檢測。系統有效地控制了中壓管道腐蝕，輔助陽極消耗的理論計算結果與系統的回路電阻存在相關性，為判斷陽極使用壽命增加了一個可以現場測量的依據。
關鍵詞：外加電流；深井陽極；陰極保護；檢測
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
    控制燃氣管道腐蝕的主要方法是防腐層和陰極保護，陰極保護技術有外加電流法和犧牲陽極法。不論何種方法，合理有效的陰極保護系統都可以獲得良好的保護效果，防止腐蝕產生危害[1、2]。福州華潤燃氣有限公司擁有管道燃氣用戶逾26×104戶，市政中壓管道逾200km。中壓管道主要集中在1990年前后完成，同時于1990年7月動工建設市政中壓管道外加電流深井陽極陰極保護系統。陰極保護系統初期設置5座陰極保護站，配備5臺陰極保護電源、8口深井陽極井、1組淺埋陽極(后報廢)。隨著管道的不斷增加，相繼擴展了陰極保護系統，陰極保護系統擴展至8座陰極保護站，配備13臺陰極保護電源、19口深井陽極井。8座陰極保護站的分布見圖1。
 
   2008年為了保證福建LNG福州天然氣項目按期投產，福州華潤燃氣有限公司在福州城門建設管輸天然氣門站，同時為保護市政中壓燃氣管道，在城門門站新建外加電流深井陽極陰極保護系統。該陰極保護系統平面布局見圖2。
 
   站內安裝防腐儀2臺，外埋深井陽極井4口，井深40m，每口井安裝主深井陽極10支，埋設參比電內設置單向可控硅交流整流調壓設備。陰極保護有效期為20a，相對于銅/飽和硫酸銅參比電極的管道外壁保護電位為-850～-1500mV，系統目前運行良好。
2 陰極保護系統的運行狀況
    陰極保護系統自2009年12月投入運行以來的主要運行參數見表1。系統采用恒電流的控制方式，陰極保護電流密度為1.5～2.0mA/m2。62個電位監測點的陰極保護電位的測量結果顯示：有61個電位監測點的陰極保護電位滿足不高于-850mV的標準，高于-850mV的點最高電位為-736mV，較自然電位負移值大于100mV，仍滿足陰極極化電位值大于100mV的陰極保護電位標準。因此，62個電位監測點全部滿足相關的陰極保護電位極2支以及陰極電纜、陽極電纜和參比信號電纜，站 標準，福州市中壓燃氣管道處于良好的保護狀態。
表1 陰極保護系統的運行參數
編號
站名
陽極規格
陽極數量
陽極井深/m
安裝時間
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
環南
YJA-SiCr
Ø75×1500
10×2
35
1992年5月
45.0
25
—
5
茶會
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 輔助陽極的消耗
   輔助陽極是外加電流陰極保護系統的重要組成部分，陽極消耗速度的快慢，不僅取決于陽極工作電流的大小，而且受陽極周圍土壤性質的影響。輔助陽極安裝于地下，不可更換，輔助陽極的使用壽命直接決定了外加電流陰極保護系統的工作壽命。
   本系統采用含鉻高硅鑄鐵陽極，其工作電流密度為10～50A/m2。1992年安裝的陽極規格為Ø75×1500，質量為46kg，表面積為0.36m2；隨后安裝的陽極規格為Ø75×1000，質量為31kg，表面積為0.24m2。當使用焦炭填料時，含鉻高硅鑄鐵陽極消耗率小于0.25kg/(A·a)。
    ① 輔助陽極消耗量的理論計算
    輔助陽極消耗量的理論計算值是陽極工作電流、運行時間、陽極消耗率的乘積，陽極消耗量的理論計算值見表2。
表2 陽極消耗量的理論計算值
編號
站名
陽極規格
陽極質量/kg
初期電流/A
末期電流/A
運行時間/a
消耗量/kg
陽極消耗比例/%
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
環南
YJA-SiCr
Ø75×1500
920
15
25
15.42
77
8.4
5
茶會
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
—
—
—
276
—
—
—
    ② 輔助陽極消耗的檢測
陰極保護系統回路電阻是指從電源正極經導線到陽極、土壤、管道和陰極回到電源負極間的回路電阻。在外加電流深井陽極陰極保護系統運行過程中，其導線電阻及土壤電阻的變化均相對較小，回路電阻的變化取決于陽極接地電阻的變化。在陽極均勻腐蝕的情況下，隨著陽極的消耗，陽極的接地面積減小，其回路電阻逐漸增大；但如果陽極表面存在不均勻腐蝕，隨著陽極的消耗，由于陽極微觀面積可能增大，反而會導致回路電阻減小。根據回路電阻對陽極消耗情況的定性判斷結果見表3。
表3 陰極保護系統回路電阻的測量結果
編號
站名
陽極井數量/口
初期回路電阻/Ω
末期回路電阻/Ω
陽極消耗定性判斷
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
環南
2
1.80
1.543
小
5
茶會
2
0.90
0.90
0.600
0.656
小
6
竹林境
4
—
—
—
7
國棉
3
2.00
1.80
1.25
1.800
1.700
1.650
小
注：竹林境站因陽極編組發生變化，無可比性。
    由表3可見，陽極消耗定性判斷與陽極消耗量的理論計算值存在一定的相關性，交通路站和白馬
4 結論
    ① 福州華潤燃氣有限公司外加電流深井陽極陰極保護系統經多年的連續運行，深井陽極的消耗是正常的，系統的回路電阻沒有發生顯著的增加，表明陽極井沒有發生氣阻現象。
    ② 輔助陽極消耗的理論計算結果與系統的回路電阻存在一定的相關性，為判斷陽極使用壽命增加了一個可以現場測量的依據。
    ③ 從陰極保護電位的測量結果和運行期間管道的實際情況可見，陰極保護系統對福州中壓燃氣管道起到了良好的防腐保護作用。
參考文獻：
[1] 高鵬，王亞平，康志剛，等.新建埋地鋼質燃氣管道強制電流陰極保護設計[J].煤氣與熱力，2008.28(12)：B09-B13.
[2] 范蓉，莊明.陰極保護設計與施工的經驗建議[J].煤氣與熱力，2007，27(5)：6-8.
 
(本文作者：陳壯志 鄭力宇 楊東輝 福州華潤燃氣有限公司 福建福州 350014)