作者　郑安升　中国石油天然气管道工程公司主任

　　一、 区域阴极保护的意义

　　30多年来，随着越来越多的石油和天然气管道工程的建设，人们对长输管道的腐蚀控制已经得到了足够的重视，管道腐蚀泄露事故越来越少；然而，由于对站场地下管道的腐蚀防护缺乏重视，输油气站场内配管系统腐蚀的事例却不断地发生，已经越来越引起大家的关注，对输油气管道站场实施区域阴极保护的呼声越来越高，将区域阴保纳入站场腐蚀防护工作中已成为必须。
　　
　　多年来站场内部埋地管网的腐蚀破坏事故不断的发生，如忠 武输气管线站场在扩建开挖时发现，站内管线防腐层脱落严重，又没有阴极保护措施，造成了较为严重的腐蚀；07年初在西气东输轮南首站以及陕京输气管道站内开挖过程中，也同样发现防腐层破损严重，使管道遭受了腐蚀；另外，早些年在阿 赛线、濮--临复线 输油管道上，也都出现过站内埋地管道腐蚀泄漏的报导。所有这些站内管道被腐蚀的实例，都在迫切地督促着人们尽快采取必要的防护措施，改善和综合治理由于站内管网缺乏保护正在遭受着的腐蚀侵害。由于站内设备、仪表设施以及人员相对比较集中，站内腐蚀泄露的危害要比干线严重的多。

　　正因为如此，站内腐蚀在国外油气储运工程中一直都很重视，美国腐蚀工程师协会NACE要求站内管道必须采取阴极保护。中石油最近十多年来也陆续在许多管道工程中,如忠武线、库鄯线、黄岛首站、太阳升和林源等泵站、鄯乌线，陕京输气管道、以及广东LNG等诸多工程的工艺站场实施了区域阴极保护，取得了一定的效果。一些管道项目如西一线、西部原油成油管道等都正在实施增设区域阴极保护。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　忠武管道站内腐蚀现场

　　二、 技术发展回顾

　　国内长输管道行业区域阴极保护技术始于上世纪70年代末80年代初，当时的管道勘察设计院在管道局所属的东营首站首次尝试进行区域阴极保护，阴极保护采用的是深井阳极，保护站内库区与地下管网，现场采取不断调试通电点方式，由于当时库区地下金属管网与其它金属构筑物较多，而且分布情况不明，除临近地床附近的一些区域达到-0.85的保护要求外，许多管道因相互屏蔽而没达到-0.85V的保护电位；90年代初，管道局所属的东北输油局又在林源和太阳升泵站实施了区域阴极保护，保护方式采用强制电流法，阳极地床采用站外周边水平浅埋阳极组方式，这两个站的设计和实施由泵站管理单位完成，由于输油泵站区域较大，地下管网较多，管道电绝缘几乎没有实施，因此，这两个站的区域阴保除靠近阳极地床的区域配管外，相当一部分由于地下管道的相互电屏蔽而没有达到保护电位，普遍在-0.75-0.8V C.S.E。 

　　进入新世纪初，区域阴极保护进入全面尝试应用阶段。2001年11月，管道公司在所属的鄯乌线对沿线所有工艺站场实施区域阴极保护，这次阴极保护的实施，充分总结了以前的经验，先后对鄯善首站、乌石化末站、新化分输站、城市站等所有站场进行区域保护，保护采用深井阳极与浅埋阳极相结合分散布置的方式，以深井阳极为主，浅埋阳极为辅，深井阳极安装于站外，浅埋阳极靠近被保护管道，以降低屏蔽和干扰。同时对站内接地系统进行改造，将原来的角钢接地改为锌合金。工程实施后，进行电位实测，总结了很多经验。陕京线也先后在采育、永清、通州等站实施区域阴极保护；西气东输也陆续在 直和古浪开展了区域阴保研究； CPE西南分公司也在永唐秦输气管道站场中实施了深井阳极地床区域阴极保。 在国内工程不断进行区域阴保实验的同时，管道局也先后在科威特、俄罗斯西伯利亚 太平洋等管道工程中实施区域阴保，同时我们也在不断与我们的国际合作伙伴如美国克罗尼尔、MACTOR、英国CP、德国SSS等专业公司广泛合作，对国外的区域阴保也有比较多的了解和掌握。

　　三、 区域性阴极保护技术特点 

　　多年来，长输管道工程设计中，区域性阴极保护设计和实施之所以没有很好地全面开展，与其保护对象的多样性、影响因素的多重性以及现场条件制约的多方性有很大关系。通常来说，区域阴保具有如下技术特点：

　　  保护对象复杂性，站内区域性阴极保护是复杂的系统，通常包括站内埋地工艺管网、站内消防管线、排污管线、放空管线、热力管网等，这与站外单一干线管道的保护完全不同，相互制约和影响因很多，需要系统地统筹考虑。 

　　  影响因素差异性，站内管道本身具有防腐层差异、管径差异、敷设方式差异、介质温度差异、材质差异、邻近或交叉分布差异以及地质环境差异等，这些差异反应在阴极保护电场分布方面，直接影响着阴极保护电位的分布。 区域保护设计中，需要根据这些不同客观条件，采取适当调节措施，有效地均衡各区段管道的保护电位，根据需要调节不同区域保护电流的合理分配，才能保证整体系统处于预期的保护状况。 

　　  外界条件限制多样性，外界影响最严重、最直接的就是站场各种电接地系统，在常规站场电力接地系统的设计中，往往采用整体联合接地网形式，将防雷击接地、工作接地、安全接和防静电接地做成一个整体，使得需要保护的管段与不需要保护的设施连为一体，会造成保护电流的大量意外流失，限制着保护电流的合理流动，严重影响着防腐保护应有的保护效果。 

　--必要绝缘设施的安装限制，站场区域性阴极保护设计中，应当根据需要设置必要的绝缘隔离设施，但在装置区内安装绝缘接头因数量较多、安装空间有限等原因显得很不现实，造成一定的阴极保护电流流失。 

　　--调试与检测，如上所述，站场区域性阴极保护的实施受到许多制约影响，需要根据实际情况调节并合理分配保护电流，实际操作中保护电流的调配以及保护电位的均衡并不是十分容易取得理想效果的，有时会顾此失彼； 

　　这些因素都是区域阴保难以成功实施原因。
　　
　　四、传统辅助阳极地床 

　　国内近30年区域阴极保护经验证明，站场区域阴极保护能否成功，阳极地床方式和位置至关重要，这是我们十多项区域阴保工程的最深刻感受，可以说是区域阴保能否成功的关键。如果地床方式或位置分布选择不当，将会对保护范围以外的干线管道和邻近金属构筑物形成不良的干扰影响，并且，存在对于管网密集的地方因屏蔽而达不到保护而其它区域却产生了过保护问题。 

　　传统的区域阴极保护辅助阳极地床形式主要有浅埋、深井阳极等形式。 

　1 浅埋阳极地床,　浅埋阳极地床是指一支或多支阳极垂直（或水平）安装于地下15米以内的土壤中，以提供阴极保护的阳极地床。这种阳极地床适合保护几何形状单一的构筑物，如单一长输管线。分布式浅埋阳极地床也可用于站场区域阴极保护。 

　2 深井阳极地床 　深井阳极地床是指在地下深层井孔中（通常井深大于15米）垂直安装一支或多支阳极的地床形式，多用于地表土壤电阻率高或空间狭小、无法满足浅埋阳极地床安装空间及所需的阳极接地电阻要求的环境条件下。深井阳极地床方式对地质条件、地下水位、地下地层土壤电阻率等因素要求苛刻，另外深井阳极方式存在着施工设施庞大、施工复杂、钻井配套设施复杂、工程费用较高、钻井失败的风险较大等许多不利因素。 

　　五、柔性阳极技术

　　柔性阳极是目前国外区域阴极保护中普遍采用的阳极材料。柔性阳极是一种柔软、长线形的辅助阳极，在外面包覆碳粉填料制成的缆形阳极。它包括导电聚合物、金属氧化物、以及和铂铌合金三种。导电聚合物阳极为早期的第一代柔性阳极，MMO柔性阳极为第二代产品。

　　两种阳极外形相似，使用目的和方式相同，但结构上有着本质的差别。目前国际上正在广泛使用的是MMO柔性阳极。相对于传统的深井阳极与分布式阳极，柔性阳极具有如下优点： 

　　--输出电流分布均匀，即使管道防腐层破损严重，甚至裸管，也能提供足够的保护电流；
　　--保护电位分布均匀，避免了管道保护中过保护和保护不足的问题；
　　--针对性强，对其他金属构筑物干扰影响很小；
　　--适用于不同土壤电阻率的土壤环境；
　　--保护管网，可以弱化电绝缘条件要求；
　　--能够有效解决复杂管网区域内屏蔽和相互干扰；
　　--与站内工艺管道同时施工，同沟敷设，便于安装，可根据现场需要截取任意长度；
　　--不影响以后站场改、扩建，以及站场改扩建后的相应区域阴极保护扩容。 

　可以说，柔性阳极开发的目的就是用来解决传统阴极保护难题的，尤其用来解决阴极保护中因屏蔽而造成保护不足和过保护同时存在的难题，以及对外界金属构筑物特别是对干线管道的干扰问题。因此，一经面世，该阳极即广泛用于站场管网及附属金属构筑物保护，包括大型储罐底板的阴极保护。 

　　柔性阳极在国内外的应用 

　　柔性阳极在美国广泛应用于石油金属设施的保护、电厂地下金属配管和构筑物的保护、船舶码头的保护等等，即使是美国水务协会AWWA也听从了美国腐蚀工程师协会NCAE的建议在城市供水管网上大量采用柔性阳极进行保护，1999年，中石油曾组团到欧洲考察管道建设，发现欧洲的许多管道如Zeepipe、Asgard、Europipe1、Europipe、Norfra等管道的阴极保护也广泛采用了柔性阳极技术。 

　　在由管道局承建、俄罗斯人设计的俄罗斯西伯利亚 太平洋管道站场区域阴极保护工程中采用的也是柔性阳极。今年8月份，北京中俄管道项目部转来一份中俄管道俄罗斯境内管段的设计文件，俄罗斯人在该管道上仍然采用的是柔性阳极保护。欧盟规范也建议采用柔性阳极进行区域阴极保护。 

　　下图为柔性阳极与传统的深井阳极和分布式浅埋阳极的特点对比，图中红、黑、白三条曲线分别代表柔性阳极、分布式阳极以及深井阳极等保护系统在管采用柔线上的电位分布形态。柔性阳极电位分布为-0.9-- -1.0V；分布式阳极电位分布为-0.79-- -1.3V；深井阳极保护情况下的电位分布为-0.7V-- -1.6V。不难看出，柔性阳极的电位分布最为均衡，能很好地避免保护不足和过保护的问题，过保护对管道防腐层和管道材质，尤其是对X80钢的危害不容忽视。
 

　　从上表可以看出，柔性阳极区域阴极保护的保护参数非常理想，不存在保护不足和过保护的问题。也没有对干线管道造成杂散电流干扰。
由于柔性阳极技术在区域阴极保护中独特的优势，目前西二线、陕京三线、兰郑长、独乌鄯原油管道等站场阴极保护中全面采用了柔性阳极。
目前西气东输公司也开始在不少站场大修工程中采用柔性阳极技术。 

　　根据我们所了解的国外信息，以及国内外工程反复实践检验，区域阴极保护中最不恰当的地床方式就是远阳极地床。这一点，美国著名的管道腐蚀控制专家A.W.Peabody 在他的专著《Control of Pipeline Corrosion》第二版“Shielding in Congested Areas”一节已经说明的非常明白，他在谈到对工艺站场区域保护时指出密集区的屏蔽作用是个难题，使用远地床阴极保护系统是不起作用的。 

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