外加电流深井阳极阴极保护系统的检测与评价

摘 要

摘要：介绍了某中压管道外加电流深井阳极阴极保护系统的组成和布局，为全面评估系统的运行状况及辅助阳极的消耗情况，对系统进行了全面的检测。系统有效地控制了中压管道腐蚀，辅助
摘要：介绍了某中压管道外加电流深井阳极阴极保护系统的组成和布局，为全面评估系统的运行状况及辅助阳极的消耗情况，对系统进行了全面的检测。系统有效地控制了中压管道腐蚀，辅助阳极消耗的理论计算结果与系统的回路电阻存在相关性，为判断阳极使用寿命增加了一个可以现场测量的依据。
关键词：外加电流；深井阳极；阴极保护；检测
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
    控制燃气管道腐蚀的主要方法是防腐层和阴极保护，阴极保护技术有外加电流法和牺牲阳极法。不论何种方法，合理有效的阴极保护系统都可以获得良好的保护效果，防止腐蚀产生危害[1、2]。福州华润燃气有限公司拥有管道燃气用户逾26×104户，市政中压管道逾200km。中压管道主要集中在1990年前后完成，同时于1990年7月动工建设市政中压管道外加电流深井阳极阴极保护系统。阴极保护系统初期设置5座阴极保护站，配备5台阴极保护电源、8口深井阳极井、1组浅埋阳极(后报废)。随着管道的不断增加，相继扩展了阴极保护系统，阴极保护系统扩展至8座阴极保护站，配备13台阴极保护电源、19口深井阳极井。8座阴极保护站的分布见图1。
 
   2008年为了保证福建LNG福州天然气项目按期投产，福州华润燃气有限公司在福州城门建设管输天然气门站，同时为保护市政中压燃气管道，在城门门站新建外加电流深井阳极阴极保护系统。该阴极保护系统平面布局见图2。
 
   站内安装防腐仪2台，外埋深井阳极井4口，井深40m，每口井安装主深井阳极10支，埋设参比电内设置单向可控硅交流整流调压设备。阴极保护有效期为20a，相对于铜/饱和硫酸铜参比电极的管道外壁保护电位为-850～-1500mV，系统目前运行良好。
2 阴极保护系统的运行状况
    阴极保护系统自2009年12月投入运行以来的主要运行参数见表1。系统采用恒电流的控制方式，阴极保护电流密度为1.5～2.0mA/m2。62个电位监测点的阴极保护电位的测量结果显示：有61个电位监测点的阴极保护电位满足不高于-850mV的标准，高于-850mV的点最高电位为-736mV，较自然电位负移值大于100mV，仍满足阴极极化电位值大于100mV的阴极保护电位标准。因此，62个电位监测点全部满足相关的阴极保护电位极2支以及阴极电缆、阳极电缆和参比信号电缆，站 标准，福州市中压燃气管道处于良好的保护状态。
表1 阴极保护系统的运行参数
编号
站名
阳极规格
阳极数量
阳极井深/m
安装时间
输出电压/V
输出电流/A
备注
1
王庄
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
白马路
YJA-SiCr
Ø75×1500
8×2
30
1992年5月
45.0
22
—
4
环南
YJA-SiCr
Ø75×1500
10×2
35
1992年5月
45.0
25
—
5
茶会
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
维修增加
8×3
40
1998年5月
26.0
30
—
7
国棉
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
城门
YJA-SiCr
Ø75×1000
15×1
40
2008年10月
2.5
1
—
2.5
1
—
3 辅助阳极的消耗
   辅助阳极是外加电流阴极保护系统的重要组成部分，阳极消耗速度的快慢，不仅取决于阳极工作电流的大小，而且受阳极周围土壤性质的影响。辅助阳极安装于地下，不可更换，辅助阳极的使用寿命直接决定了外加电流阴极保护系统的工作寿命。
   本系统采用含铬高硅铸铁阳极，其工作电流密度为10～50A/m2。1992年安装的阳极规格为Ø75×1500，质量为46kg，表面积为0.36m2；随后安装的阳极规格为Ø75×1000，质量为31kg，表面积为0.24m2。当使用焦炭填料时，含铬高硅铸铁阳极消耗率小于0.25kg/(A·a)。
    ① 辅助阳极消耗量的理论计算
    辅助阳极消耗量的理论计算值是阳极工作电流、运行时间、阳极消耗率的乘积，阳极消耗量的理论计算值见表2。
表2 阳极消耗量的理论计算值
编号
站名
阳极规格
阳极质量/kg
初期电流/A
末期电流/A
运行时间/a
消耗量/kg
阳极消耗比例/%
1
王庄
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
白马路
YJA-SiCr
Ø75×1500
736
15
25
15.42
77
10.5
4
环南
YJA-SiCr
Ø75×1500
920
15
25
15.42
77
8.4
5
茶会
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
国棉
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
 
合计
—
—
—
276
—
—
—
    ② 辅助阳极消耗的检测
阴极保护系统回路电阻是指从电源正极经导线到阳极、土壤、管道和阴极回到电源负极间的回路电阻。在外加电流深井阳极阴极保护系统运行过程中，其导线电阻及土壤电阻的变化均相对较小，回路电阻的变化取决于阳极接地电阻的变化。在阳极均匀腐蚀的情况下，随着阳极的消耗，阳极的接地面积减小，其回路电阻逐渐增大；但如果阳极表面存在不均匀腐蚀，随着阳极的消耗，由于阳极微观面积可能增大，反而会导致回路电阻减小。根据回路电阻对阳极消耗情况的定性判断结果见表3。
表3 阴极保护系统回路电阻的测量结果
编号
站名
阳极井数量/口
初期回路电阻/Ω
末期回路电阻/Ω
阳极消耗定性判断
1
王庄
2
0.70
0.750
中
2
交通路
2
1.00
1.174
大
3
白马路
2
1.50
1.750
大
4
环南
2
1.80
1.543
小
5
茶会
2
0.90
0.90
0.600
0.656
小
6
竹林境
4
—
—
—
7
国棉
3
2.00
1.80
1.25
1.800
1.700
1.650
小
注：竹林境站因阳极编组发生变化，无可比性。
    由表3可见，阳极消耗定性判断与阳极消耗量的理论计算值存在一定的相关性，交通路站和白马
4 结论
    ① 福州华润燃气有限公司外加电流深井阳极阴极保护系统经多年的连续运行，深井阳极的消耗是正常的，系统的回路电阻没有发生显著的增加，表明阳极井没有发生气阻现象。
    ② 辅助阳极消耗的理论计算结果与系统的回路电阻存在一定的相关性，为判断阳极使用寿命增加了一个可以现场测量的依据。
    ③ 从阴极保护电位的测量结果和运行期间管道的实际情况可见，阴极保护系统对福州中压燃气管道起到了良好的防腐保护作用。
参考文献：
[1] 高鹏，王亚平，康志刚，等.新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计[J].煤气与热力，2008.28(12)：B09-B13.
[2] 范蓉，庄明.阴极保护设计与施工的经验建议[J].煤气与热力，2007，27(5)：6-8.
 
(本文作者：陈壮志 郑力宇 杨东辉 福州华润燃气有限公司 福建福州 350014)