楊百強 時春利 夏坤坤

北京管道天津輸油氣分公司

背景

位于天津市濱海新區某站場陰極保護系統于2015年投運，采用強制電流陰極保護系統，設計壽命為20年。輔助陽極為金屬氧化物（MMO）柔性陽極，站場處于沿海區域，站內土壤電阻率在1.25 Ω·m～2.00 Ω·m。2021年5月20日該站場恒電位儀輸出超壓報警。

根據現場調查和查閱相關資料，該站場內所有地下裸露接地扁鐵全部與管道相連接，接地扁鐵的外表面積198 m2，電流需求密度0.145 A/ m2，計算所需電流量28.7A，地下管道保護體的外表面積250 m2，管道所需電流密度1.5 μA/m2，所需電流量0.375 mA。          

該站場使用的柔性陽極總鋪設長度200 m，設計最大工作電流密度82 mA/m2，允許輸出電流量16.4 A，而實際接地扁鐵的電流需求量28.7 A，超出設計最大工作電流1.75倍，遠大于設計額定電流值。長期滿負荷電流輸出導致柔性陽極內保護氧化膜薄弱點被擊穿，形成單一電流流出點，通過接地扁鐵流回電源。同時沿海區域土壤電阻率低、腐蝕性強，柔性陽極在電流流出點更快腐蝕，回路電阻升高，最終設備超壓報警。

次日開挖發現，失效柔性陽極出現“燒傷”情況（圖 1），說明該處陽極有大量電流流出或與其他地下構筑物搭接，形成短路。

圖 1 失效柔性陽極出現“燒傷”情況

做法

（1）陰極保護系統是恒電位儀（整流器）通過陽極輸出直流電流經過被保護體（管道）裸露的金屬部分流回整流器，從而實現管道極化電位位于準則要求的﹣850 mV～﹣1200 mV（CSE），免受電化學腐蝕。陰保系統主要易損件為輔助陽極，當站場強制電流陰保系統受到接地設施影響時，要正確選擇輔助陽極，以使區域陰保系統發揮最佳狀態。

（2）輔助陽極包括高硅鑄鐵陽極和柔性陽極。高硅鑄鐵陽極是單一的鐵質材料，輸出電流高、耐腐蝕、節省地下空間、造價低。柔性陽極主要包括導電聚合物陽極和金屬氧化物MMO陽極，前者是把導電塑料包覆在銅芯上，后者是在金屬鈦的線材上覆蓋活性貴金屬氧化物。柔性陽極結構和外形與電纜極為相似，小電流穩定輸出，但其固有的缺陷使大電流的載流能力受限而易發生問題，從而引起陰保系統失效。

（3）對該站場陰保系統實施維修改造，將原有柔性陽極更換為高硅鑄鐵陽極，預置電位﹣1200 mV，輸出電壓30.7 V，輸出電流29.1 A，且輸出電流電壓平穩，經現場測試滿足陰極保護要求。

啟示

（1）沿海區域站場區域陰保系統因在土壤電阻率較低的環境中，更易發生接地扁鐵屏蔽被保護體電流或與被保護體處于類似短路狀態，導致陰極保護系統90%以上電流流入裸露扁鐵形成回路，陰極保護效率進一步降低。采樣控制點保護電位不達標，設備會自動增加輸出電流以保證被保護體所需電流量，造成輔助陽極的電流輸出增加，加大陽極消耗。所以區域陰保系統的輔助陽極選型非常重要。

（2）設計階段就應考慮不同地區的土壤電阻率差異和被保護體實際情況，選擇合適的輔助陽極形式。施工過程中，應在地面對陽極走向進行清晰標記，在與其他埋地設施交叉時應采取絕緣措施。

（3）管道與接地扁鐵之間可加裝固態去耦合器，但要根據現場情況合理設計去耦合器的閾值。同時調整好管道、接地扁鐵、輔助陽極的位置，避免管道被接地扁鐵屏蔽而影響陰極保護效果。 

作者簡介：楊百強，1987年生，畢業于河北石油職業技術學院，線路工程師，目前主要從事管道陰保防腐工作。聯系方式：13591291917，clgdwhz@163.com。