大型石化装置地下管网的区域性阴极保护方案

大型石化装置地下管网的区域性阴极保护方案

王振中

中石化中原油建工程有限公司   河南省濮阳市  457001

摘要：本文根据现阶段大型石化装置地下管网所使用的阴极保护技术种类进行详细分析，同时结合实际的中石化公司案例，进一步总结出大型石化装置地下管网的区域性阴极保护方案。

关键词：石化装置；地下管网；阴极保护方案；保护方法

大型石化装置地下管网在安装和铺设时，由于周边自然环境相对比较恶劣，并且管道所传输的物质大多数具有一定腐蚀性，所以管道极易受到严重的腐蚀，如果不能及时处理，不仅会造成管道穿孔，还会导致管道内部物质泄露，带来污染。

1阴极保护技术种类

阴极保护技术是目前地下金属管线防腐保护技术手段之一，该技术原理主要是在需要保护的金属物质表面增加适合的电流，致使金属物质自身属性为阴极，使得金属出现腐蚀问题时所产生的电子物质得到有效控制，确保所产生的腐蚀电流大幅度减少甚至无限接近于0，以此实现减缓金属表面腐蚀速度的目的。

阴极保护技术根据电流来源的不同一般分为：外加电流保护方法以及牺牲阳极保护方法，所以根据两种保护方法特点以及应用环境分别进行阐述。

1.1外加电流保护方法

外加电流保护方法从本质上来看，主要通过外部增加直流电源，以此实现降低金属表面腐蚀速度，该技术在实际运转过程中具有显著特点，比如：阴极保护输出电流高，可以在较大控制范围内持续不间断的调整电流基础输出数量；该技术受外界环境影响较小，在土壤基础电阻率较高情况下，仍然具有一定调整效果；该技术在使用惰性电流辅助金属阳极时，能够对金属表面进行持续保护；对于金属表面覆盖范围小、覆盖质量差的连接管道，同样可以达到阴极保护效果；该技术在经济投入方面上相比其他技术来说较小，但是由于技术使用特点，后续维护管理工作量大，需要投入更多人力、财力以及物力。

1.2牺牲阳极保护方法

牺牲阳极保护方法在实际应用过程中，是一项为金属管道线路提供阴极电流的专业技术手段，常见的牺牲阳极材料主要包含：镁物质、镁合金等。而该技术在实际应用环节上所具有的技术特点主要包含：在投入使用后无需额外增加电流电源；由于技术应用特点，使用前期一次性投入高，并且在技术实际运营过程中对于有色金属的使用总量和牺牲消耗较大；所传输的养护保护电流相对较小，电流在金属表面分布均匀，不会出现过度保护等情况；由该技术所产生的电流相对较小，因此对于管道附近的金属物质来说所造成的影响低，因此通常被应用在结构复杂的管道连接体系中；该技术投入使用之后其施工工艺比较简单，并且技术应用总体工程量小，但是由于技术应用比较灵活，一旦投入使用后，后续维护和数据调整工作十分复杂；因为该技术属于一次性投入，后续所产生的保护电流无法调整，所以整个操作流程几乎不具备控制性，只需要前期投入，后续则无需专业的设备维护和系统管理[1]。

2实际案例

2.1案例分析

我国某中石化公司为建设消防管道、自来水管网以及排污管道，在地质结构中填埋大量钢材质管道，由于建设地区为丘陵，所以铺设区域地质表层主要为人工填充土壤。

人工填充土壤大多数为黄褐色，并且土壤分布并不均匀，主要以岩板碎石块为主，其颗粒直径通常为2～5cm，而最大颗粒直径为50 cm，其他多为瓦砾石块以及粘性土壤的填充，所以土壤结构层区分明显，各个阶层之间无法均匀分布，并且该地质结构层所使用的材料主要以碎石为主，并且使用此种土壤材质无法利用自身材料特点进行结构稳定。由于土壤的基础电阻率分布严重不均匀，如果使用传统的土壤分布形式进行阴极保护，则极易出现过度保护或者保护力度不足等问题。同时由于该施工区域的土壤电阻率普遍偏高，所以如果使用传统的地床接地方式，则会造成接地电阻过大，其输出电流受到限制。

针对此种现状，需要使用MMO/ Ti柔性阳极牺牲的阴极保护方式，最大程度确保辅助电流能够接近需要保护的金属管道表面，以此有效减少电流的基础损耗，减低管道表面的接地电阻，实现保护金属管道表面电位，延长管道使用寿命的最终目标。

本次研究所使用的MMO/ Ti柔性阳极牺牲的阴极保护方式想要正常开展，其而定排流密度要始终保持在100 mA/m左右，以此确保柔性阳极实施地区实际开展方案设计时具有较高的经济优势和特点[2]。

2.2阴极保护参数计算

2.2.1保护电流计算

针对地下金属材质管道进行阴极保护时，能够确保金属管道表面不出现腐蚀情况，或者金属管道表面受到完全保护时，所需要的阴极保护电流参数被称为最小的电流密度，而所使用的阴极保护系统在方案设计中则通常被称为电流保护密度。

在阴极保护电流参数计算过程中，保护电流密度数据需要根据管道建设项目实际情况进一步设定，加上参数设计与许多外界因素具有明显联系，因此在地下管道网络建设时，除了需要考虑施工质量以及施工技术工艺的影响以外，还应综合分析外界因素对于金属管道所造成的影响，比如：金属管道材料、管道表面是否具有涂层、施工地区自然环境与气候、土壤中所包含的元素等。

由于保护电流是决定金属管道防腐效果的重要参考数据，因此需要根据工程建设实际情况科学设定，如果阴极保护设计方案中所选择的电流数值过小，则会造成金属表面保护层不完整，致使管道表面产生严重的腐蚀；如果保护电流参数过高则会出现过保护等情况，严重影响阴极保护系统的正常运转。

针对以上阴极保护电流计算实际情况，本次方案设计将综合考虑地下管道填埋时，周边地质条件以及自然环境，并且进一步分析管网络接地系统对于阴极保护电流参数的消耗情况，最终将阴极保护系统中保护电流密度设定为8.5 mA/m2。

2.2.2均压保护

在阴极保护方案中，所谓的过压保护主要指的是使用金属引导线路将其铺设在同一地沟、相邻或者平行的管道上，并且利用法兰或者控制阀门连接在一起的电气连接通路，以此有效消除管道之间的电位差距。除此之外，使用均压保护措施还可以确保电位分布位置的均匀性，避免管道表面受到分散电流的腐蚀，增加阴极保护区域。对此施工部门可以根据此次实际案例中大型石化装置地下管网具体分布情况，在阴极保护区域内设定均压保护位置点共计18处。

2.2.3阴极保护参数检测

想要保证阴极保护系统正常运转，工作人员则需要随时随地精准的掌握系统实际运行情况以及系统保护状态，这就需要管理部门定期对阴极系统的各个电位情况进行详细检测。加上日常系统维护和管理环节上，电位测试立桩和电力连接检测是影响电位运行情况的重要因素之一，而大型石化装置地下管网建设工程在方案设计过程中，通常需要在阴极保护区域内安装与设定多个测试立桩实现电位检测，同时利用测试桩所产生的电位信息，进一步判断出阴极保护系统运转现状。因此实际案例中所使用的阴极保护方案，需要根据大型石化装置地下管网分布情况至少设立14个测试立桩，以此实现对阴极保护系统电位的实时监控[3]。

结束语：

石化企业由于自身生产模式以及安全需求，许多连接管线需要深埋地下，但是金属管道如果长时间深埋土壤中，则极易受到土壤以及自然环境的影响出现腐蚀问题，所以石化企业需要选择适合的保护措施，保证管道运转的安全性。

参考文献：

[1]舒宗军.大型石化装置地下管网的区域性阴极保护方案[J].化工管理,2022(19):141-143.

[2]张振秀,董伟东.SIL分析评估技术及其在石化装置的应用[J].自动化博览,2022,39(11):64-66.

[3]朱伟.基于多传感器的石化装置有毒气体检测报警系统设计研究[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(19):47-49.