2006-08-10 09:21 【大 中 小】【打印】【我要糾錯(cuò)】
摘要:本文針對(duì)目前我國(guó)油田現(xiàn)場(chǎng)采用的陰極保護(hù)系統(tǒng),依據(jù)電化學(xué)、電學(xué)等基本原理,剖析油田陰極保護(hù)系統(tǒng)工程在調(diào)試過程中出現(xiàn)的典型問題,并提出了相應(yīng)的解決辦法,在實(shí)際應(yīng)用中有一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:油田工程 陰極保護(hù)系統(tǒng) 調(diào)試
一、油田陰極保護(hù)系統(tǒng)概述
油田工業(yè)是目前人類利用自然資源的主要行業(yè)之一,也是目前推進(jìn)人類發(fā)展的主要支柱。油田工業(yè)作為煉油工業(yè)的上游工藝企業(yè),主要進(jìn)行原油的鉆采和儲(chǔ)運(yùn)工作,其中原油儲(chǔ)運(yùn)主要靠鋼質(zhì)儲(chǔ)罐和鋼質(zhì)管道實(shí)現(xiàn)。原油儲(chǔ)罐和管道使用壽命的長(zhǎng)短直接關(guān)系到油田工業(yè)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定和正常生產(chǎn),也關(guān)系到油田的經(jīng)濟(jì)效益和成本。而原油儲(chǔ)罐和管道的使用壽命主要受電化學(xué)腐蝕的影響,目前解決原油儲(chǔ)罐和管道電化學(xué)腐蝕的主要方法是對(duì)其采取陰極保護(hù)措施。陰極保護(hù)系統(tǒng)在延長(zhǎng)油田原油儲(chǔ)罐、管道的使用壽命方面,起著不可替代的巨大作用。
油田陰極保護(hù)系統(tǒng)通常是犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法的綜合應(yīng)用,下面分別對(duì)其主要組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)要說明:
1、恒電位儀:在強(qiáng)制電流法中,給需保護(hù)金屬體提供連續(xù)可調(diào)的陰極保護(hù)電流。
2、輔助陽極:主要有深井陽極和陽極床,在強(qiáng)制電流法中,用來使恒電位儀所提供的陰極保護(hù)電流形成回路。
3、犧牲陽極:常用的主要有三大類:鎂基(包括高純鎂)犧牲陽極、鋅基(包括高純鋅)犧牲陽極、鋁基犧牲陽極。主要用于強(qiáng)制電流不宜和不能使用的地方,如鋼質(zhì)儲(chǔ)罐內(nèi)等。
4、參比電極:是進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)測(cè)量時(shí)的參照極。油田用參比電極的主要種類有:飽和甘汞參比電極(電極構(gòu)成為Hg / HgCL2、飽和KCL)、飽和氯化銀參比電極(電極構(gòu)成為Ag / AgCL2、飽和KCL)、飽和硫酸銅參比電極(電極構(gòu)成為Cu / CuSO4、飽和CuSO4)等。
5、電纜:主要有陰極電纜、陽極電纜、接零電纜、均壓電纜、參比電纜、接陰電纜等,主要用于連接陰極保護(hù)系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)。
6、控制臺(tái):主要是對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和集中控制。
7、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng):是陰極保護(hù)系統(tǒng)的輔助系統(tǒng),主要對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)主要包括:腐蝕信號(hào)檢測(cè)探頭、腐蝕信號(hào)接收裝置、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)等。
8、測(cè)試樁:是在巡查陰極保護(hù)系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí),提供電氣接線的裝置。
二、油田陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試中的典型問題及其解決辦法
由于油田陰極保護(hù)系統(tǒng)主要采用犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法,下面主要就這兩種方法在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中暴露出的典型問題,進(jìn)行深入討論,剖析其原因,并提出解決辦法。
1、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)自然電位與設(shè)計(jì)電位不符
這一問題是油田陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試過程中的普遍問題之一,若不能解決此問題,則無法判定陰極保護(hù)系統(tǒng)是否有效。
因目前油田陰極保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置和其他檢測(cè)儀表,均不帶智能溫度修正功能,而需保護(hù)金屬體相對(duì)于參比電極的自然電位,隨著溫度的不同偏移較大。故在不同溫度環(huán)境下,進(jìn)行監(jiān)測(cè)自然電位時(shí),需進(jìn)行偏移電位修正。修正后的自然電位可按下式計(jì)算。
Rzr = Rsc + Rqb + K( t – 25℃ )
其中: Rzr —— 修正后的自然電位
Rsc —— 實(shí)測(cè)自然電位
Rqb —— 氫標(biāo)參比電極25℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電位
K —— 溫度修正系數(shù)
t—— 環(huán)境溫度
2、當(dāng)電力系統(tǒng)有較大負(fù)荷起停時(shí),部分本來正常的陰極保護(hù)電位跳變?yōu)椴徽?/p>
電力系統(tǒng)相對(duì)于陰極保護(hù)系統(tǒng)從電的角度而言,前者屬高電壓、大電流的交流電系統(tǒng),后者屬低電壓、小電流的直流電系統(tǒng);從施工角度而言,前者的接地系統(tǒng)屬埋地鋪設(shè),后者的犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號(hào)檢測(cè)探頭也屬埋地安裝。電力系統(tǒng)中較大負(fù)荷的起停,必將出現(xiàn)不平衡電流,且通過其接地系統(tǒng)排入大地,而電力接地系統(tǒng)在自然地坪以下排流,以半球狀形式散流,且其散流半徑達(dá)15米~20米。如果陰極保護(hù)系統(tǒng)的犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號(hào)檢測(cè)探頭,有一項(xiàng)處于電力接地系統(tǒng)散流區(qū)內(nèi),由于雜散電流的影響和干擾,必將導(dǎo)致陰極保護(hù)電位的跳變。
為了使陰極保護(hù)系統(tǒng)避免電力接地系統(tǒng)排流的影響和干擾,必須使陰極保護(hù)系統(tǒng)的埋地部分,處于電力接地系統(tǒng)排流區(qū)以外,即在電力系統(tǒng)接地裝置半徑20米以外埋設(shè)犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號(hào)檢測(cè)探頭等陰極保護(hù)系統(tǒng)的埋地部分。
3、長(zhǎng)輸管道上測(cè)試點(diǎn)的施工沒有問題,但部分測(cè)試點(diǎn)的保護(hù)電位總是達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
因長(zhǎng)輸管道一般采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法,管道及犧牲陽極的埋設(shè)深度一般為2米~2.5米,但油田各站場(chǎng)間的長(zhǎng)輸管道一般長(zhǎng)達(dá)50公里左右,由于自然地貌的原因,有些管道的兩頭落差高達(dá)幾十米甚至上百米。同時(shí)管道兩頭地下水位不同和地質(zhì)情況的不同,導(dǎo)致部分管道所處土壤的土壤電阻率太高。而犧牲陽極的陰極保護(hù)法不適合在高土壤電阻率區(qū)域使用(參照陰極保護(hù)方法選擇圖)。由于強(qiáng)制電流法的應(yīng)用不受土壤電阻率的限制,故解決這一問題的辦法是,將高土壤電阻率段管道犧牲陽極保護(hù)法改為強(qiáng)制電流保護(hù)法。
4、多臺(tái)恒電位儀同時(shí)投運(yùn)時(shí),會(huì)出現(xiàn)恒電位儀保險(xiǎn)熔斷現(xiàn)象,更換保險(xiǎn)重復(fù)投運(yùn),則重復(fù)熔斷
各臺(tái)恒電位儀將交流輸入整流為直流時(shí),各自的直流輸出沒有直接電氣連接(如圖一所示),負(fù)極用陰極電纜與被鋼質(zhì)管道連接,正極用陽極電纜與各自的輔助陽極連接。在同時(shí)投運(yùn)多臺(tái)恒電位儀時(shí),出現(xiàn)恒電位儀保險(xiǎn)重復(fù)熔斷現(xiàn)象,其原因只有一種可能,就是至少有一臺(tái)恒電位儀的正極,誤接到了其他恒電位儀的輔助陽極,使兩臺(tái)恒電位儀通過鋼質(zhì)管道而并聯(lián)(如圖二所示),加上各恒電位儀的輸出電位并不同步相等,則兩臺(tái)恒電位儀和鋼質(zhì)管道上有短路電流回流,會(huì)造成恒電位儀保險(xiǎn)熔斷現(xiàn)象。
5、單臺(tái)恒電位儀在調(diào)試時(shí),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)保護(hù)電位均正常,當(dāng)同時(shí)投運(yùn)多臺(tái)恒電位儀時(shí),個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)保護(hù)電位跳變?yōu)椴徽!?/p>
以圖三為例,當(dāng)恒電位儀V1、V2單獨(dú)調(diào)試時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的保護(hù)電位均正常,當(dāng)現(xiàn)任意投運(yùn)一臺(tái)恒電位儀,調(diào)至監(jiān)測(cè)點(diǎn)處保護(hù)電位正常后,在投運(yùn)另一臺(tái)恒電位儀時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的保護(hù)電位突然跳變?yōu)椴徽。運(yùn)用電荷基本性質(zhì)不難發(fā)現(xiàn),雖然兩臺(tái)恒電位儀所提供的陰極保護(hù)電流有各自的電氣回路,但在兩個(gè)電氣回路相接近處,由于同性電荷相斥的原因,形成了陰極保護(hù)電流不能到達(dá)的“盲區(qū)”,若監(jiān)測(cè)點(diǎn)正處于該“盲區(qū)”內(nèi),則會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。要解決這一問題,就要使陰極保護(hù)電流“盲區(qū)”不覆蓋監(jiān)測(cè)點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)有兩種辦法:一是將監(jiān)測(cè)點(diǎn)從陰極保護(hù)電流“盲區(qū)”移開;二是調(diào)節(jié)恒電位儀的輸出電流,使陰極保護(hù)電流“盲區(qū)”偏移。
三、結(jié)束語
本文主要是在中石化西北分公司油田地面建設(shè)工程中,通過長(zhǎng)期參與工程施工和調(diào)試工作,經(jīng)總結(jié)研究而來,文中有不妥之處,誠(chéng)請(qǐng)專家和同行批評(píng)指正。
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