天然气场站区域性阴极保护工艺研究

张洪涛

【摘要】在天然气场站中，对区域性阴极保护工艺进行科学的利用，可以让场站的地下金属管道和设施免遭腐蚀，具有极好的保护效果。但是，与国外一些发达国家相比，我国区域性阴极保护技术的发展时间相对较晚，技术存在较强的滞后性，创新性不强。就目前来看，很多天然气场站在发展和建设阶段，还没有对该技术展开运用。并且，在区域性阴极保护工艺实施阶段，在阴极保护设计参数选择、检测以及施工等层面，整体研究力度不够。若不能对参数科学选择，施工期间忽视了细节部分，除了会对区域性阴极保护的效果造成严重的影响之外，还会导致天然气场站出现非常大的安全风险看，严重威胁到了人员的生命安全。所以，必须要加强对天然气场站区域性阴极保护工艺的研究，为天然气场站的安全提供保障。鉴于此，本文即对天然气场站区域性阴极保护进行了剖析，对区域性阴极保护系统设计中的相关问题进行了研究，诸如区域性阴极保护的保护对象、干扰问题等，并将某市天然气场站作为研究案例，对站区域阴极保护设计方案进行了制定，明确了施工过程的具體流程和步骤，希望能够为区域性阴极保护工艺的保护效果和水平提升员提供一定帮助。

【关键词】天然气场站;区域性阴极保护建筑工程;施工

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

17.114

绪论

将区域性阴极保护工艺高效的应用在天然气场站中，可以对场站内部埋在地下的管线和金属进行保护，对天然气场站各项工作的开展有很大促进意义。对于区域性阴极保护工艺来说，主要是对均匀分配电流、合理布设阳极等方式加以利用，让全部的被保护体都能作为一个整体，能够处于既定的保护电位范围内。区域性阴极保护工艺和干线的阴极保护区别很大，不仅要对埋在地下的管道进行保护，也要对一定区域内的地下金属构件等加以保护。现阶段，我国区域性阴极保护工艺还有很大的提升空间，技术相对滞后。所以，在今后的发展中，务必要强化对区域性阴极保护工艺的研究，保证可以从整体的角度上促进天然气场站阴极保护效果的提升，让天然气场站的运行能够越来越安全稳定。

一、区域性阴极保护系统设计中的相关问题

1.区域性阴极保护的保护对象

与其他保护体系的对象相比，针对区域性阴极保护的保护对象而言，这个情况极为繁琐，除了包含非常多的数目之外，整体的分布也比较集中，彼此之间需要借助管道来进行连接。而管道的分布和设置很复杂，设置方式灵活多样，各个管道之间或平行，或交叉。基于这一背景，在进行区域性阴极保护系统设计过程中，在天然气场站内，应该规范设置阴极保护，找准重点，分清主次，对保护的顺序进行明确。

2.区域性阴极保护的干扰问题

在天然气场站内，由于保护对象比较多，埋在地下的金属结构极为复杂，所以存在的干扰问题也比较多。一方面，对临近金属构件的电干扰腐蚀。针对这一现象，主要是指部分阴极保护系统在运行期间，会对临近金属结构造成不同的干扰，所以在设计期间，需要充分考虑这一特征。另一方面，杂散电流造成的干扰。该问题的形成比较复杂，在处理时，可以把天然气场站内的全部地下金属都融入到保护体系中，保证没有非保护体存在。

二、天然气场站区域阴极保护原理

1.区域性阴极保护特点

（1）保护电流的损失较大

天然气场站内部区域埋地设施比较复杂，会大量损耗保护电流，损失的大量电流都流向了土壤。

（2）阳极床设计比较困难

综合来看，阳极敷设的形式对铺设位置要求比较高，不同的铺设位置，对阴极保护的效果影响较大，因而设计比较复杂，有一定的困难。

（3）容易发生干扰屏蔽

天然气场站接地的金属设备非常多，因此需要的保护电流很大，过大的电流会与管道产生相应的干扰，影响效果。同时，场站内部设施较多，交错布置，会产生一定的屏蔽效果，也会降低保护效果。

（4）安全标准要求较高

天然气场站属于危险区域，内部的天然气设施安全要求较高，在一定程度上，会影响和限制保护设施的使用。

2.区域性阴极保护原理

（1）外加电流阴极保护系统构成

外加电流阴极保护系统主要包括四个部分：外加整流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆。要发生作用，就需要腐蚀电池在辅助阳极发生化学反应。在实际应用中，常用金属阳极和石墨阳极作为辅助阳极材料，参比电极多用饱和氯化银电极、饱和甘汞电极，铜-硫酸铜电极。阳极地床通常使用多支辅助阳极组成，确保释放出的保护电流能够均匀分布。系统可以根据给定电位和参比电极电位相应调整通电点的电位输出，通过恒电位仪保证管道设施的相对管地电位在要求范围内。

（2）牺牲阳极阴极保护系统构成

牺牲阳极阴极保护系统组成较为简单，主要包括牺牲阳极、连接电缆。牺牲的阳极金属是比被保护的管道金属电位更低，通过电缆相连接，使被保护的管道金属成为阴极。整个系统中，牺牲阳极、阴极、电缆以及土壤电解质组成腐蚀电池。

对比以上两种办法，外加电流的有点在于可以调节电流的大小，保证产生电流符合要求，因此，适用于保护范围较大的场站管道防护。牺牲阳极法的特点在于简单易行、经济成本低且比较可靠，适用于保护量较小的场所，不需要额外的供电，投产后不怎么需要维护和管理。

三、天然气场站区域性阴极保护工艺

1.天然气场站区域性阴极保护设计

在本项目中，主要是基于某市天然气场站开展，该天然气场站的周围有混凝土搅拌厂、电厂，在场站内部，燃气调压工艺区、办公区，占地90m×60m;办公区以水泥地为主占地为43m×60m。同时，针对站区接地装置接地极，主要是对镀锌角钢进行使用，型号为L50×50×5;埋深为顶距地面1米，长度为550m;接地线应用的是镀锌扁钢，型号为-40×4，埋深1.1米，一共有15个;各设备外壳、金属管道等都与接地装置连接。

数值模拟计算结果

（1）数值模拟计算结果

在天然气场站中，因为站内埋地管道在实际分布过程中，整体十分规则，数量不多。所以，在进行阴极保护设计期间，可以对布式浅埋阳极区域性阴极保护措施加以利用。在本次的设计中，具体的保护范围主要体现在两个方面，一方面为天然气场站内全部的埋地管线，另一方面，天然气场站内全部的接地系统。在计算环节，模型图如图1所示。

针对计算过程所生成的划分网格图，具体如图2所示（包含场站埋地金属结构物和阳极地床）：

将所得到的模型图和划分网格图作为依据，对GAMBIT进行利用，并在其中对几何模型进行构建。在模型建立完成后，将其导入到FLUENT中，然后对数值展开模拟计算，最终所获得的场站内埋地管道管地电位分布情况如图3所示。

（2）设计参数选择

在对设计参数进行选择过程中，需要对区域性阴极保护准则进行明确，其中，管/地阴极保护电位，具体为-850mV，或者可以更负。通常，处于阴极保护条件下，管道的极限保护电位需要控制在相对合理的范围内，绝对不可以比-1200mV更负。若上述的标准都能够满足，可以对阴极极化的方式进行应用。针对自然腐蚀电位，因为管道在应用期间，经常会被流杂散电流所影响，所以要对经验值进行明确，具体为-0.55V（CSE）。

（3）阴极保护设计

在对区域性阴极保护设计工作开展期间，需要从天然气场站的实际运行情况出发，对天然气场站内的管道和接地网特征等进行充分考量，然后以此为基础，科学的对设计方法进行利用。在本次的研究中，主要是应用两种方法，分别是分布式浅埋阳极和牺牲阳极，对二者进行综合应用，提升保护的有效性。

在实际设计过程中，对分布式浅埋阳极和牺牲阳极手段进行综合利用，门站整体是对分布式浅埋阳极进行应用，实现强制电流保护的目的。同时，对保护不到位等区域，要埋设牺牲阳极。

①阴极保护电流计算：在对进行这一环节计算期间，需要依照规范中所给出的公式来进行。

埋地管线所需电流： 86.39m2X3mA/m2=0.26A

接地网表面积：116.95m2

地网所需电流： 116.95m2X20mA/m2=2.34A

共需電量：I=I管道+I接地=0.26A+2.34A= 2.6A

②阴极保护方案：与常规站外管道的浅埋阳极地床相比，区域阴极保护浅埋阳极地床预与之相应，顺着需要保护的天然气场站内的管道网络，每间隔一定的距离之后，设置一组或者一支阳极。而对于阳极来说，主要应用的是高硅铸铁阳极。通常情况下，若有设备接地现象出现的时候，可以结合实际现状，尽量集中的布置。分析得知，在对本方案进行使用的过程中，技术的操作十分简便，能够为施工工作的开展提供非常大的便利，若在后期出现了故障问题，维修也很容易。

2.天然气场站区域性阴极保护施工过程及注意事项

（1）阳极施工

在组织开展阳极施工期间，首先需要将前期的准备工作做到位，之后，对阳极地床进行开挖。在开挖的前期阶段，务必要对地下管道或电缆现状图进行认真的分析，对管道和电缆的实际分布情况进行明确，在三确认需要开挖的位置并标记清楚，确定没有管道和电缆。之后，对地下管线探测仪进行应用，精准且高效的探测已经标记的位置，在没有管道和电缆的前提下方可开展开挖操作。在实际开挖过程中，必须要严格按照流程和规范进行，坚决不能出现野蛮施工的情况。同时，为了能够让阳极、连接电缆的敷设以及相关组件焊接工作更便利的开展，应该地井等的开挖尺寸加以要求，通常情况下，开挖尺寸的宽度是一米，阳极顶部距离地面绝对不可以比一米小。在开挖的高度和宽度都达到既定标准之后，可以对钻孔机进行使用，在阳极地沟位置，每间隔两米就钻个Φ200×1600mm孔。针对空孔的数量，要根据阳极数量来进行确定。

（2）阴极保护电缆敷设

①电缆之间的连接：在进行阴极保护电缆敷设期间，需要将电缆之间的连接工作做到位。针对阳极汇流电缆：主要是对防爆接线盒和恒电位仪之间的电缆进行连接。在实际操作阶段，可以在电缆表两段位置的铜鼻子上，借助接线柱来进行连接。为保证后续应用过程中不会出现任何的问题，必须要确保电缆能够连接到位，电气也可以实现联通的效果。同时，在对阴极、测试电缆与管道进行连接的时候，需要对铝热焊的手段加以应用，科学的连接。值得注意的是：在焊接过程中，导电一定要非常良好，坚决不能有虚焊的问题出现。在焊接工作结束以后，要对焊点加大重视，对其进行防腐绝缘处理。此外，如果是电缆之间的连接，可以采取铜管压接的方法，在连接的位置，做好防腐绝缘处理。

②电缆和管道的连接：针对阴极电缆、零位接近电缆等，在管道连接的时候，可以对热铝焊的方式进行利用，具体连接的位置，应该依照文件来进行明确，焊点距离管道焊接的距离需要比100毫米大。在焊接结束之后，做好焊点的防腐处理工作。

③阴极保护电缆敷设。在对电缆进行敷设的过程中，务必要将相应的规范和标准作为依据，深度不能小于800毫米，并要在冻土层以下埋设。同时，在地面以及地下位置，需要将裕量留出来，保证土壤下沉的时候，电缆不会出现被拉断的现象。在电缆敷设的上部位置，要铺沙盖砖。针对阴极保护电缆，在敷设的过程中，如果想要穿越管道、水沟等，应该根据区域的实际情况，对保护套管进行适当的添加，并确保管道两端要比穿越段的两端长，长度至少要在300毫米以上。

结论：

天然气场站在对埋在地下管线和金属构件进行保护的过程中，合理的对区域性阴极保护工艺进行应用，可以大大提升保护的效果，降低了地下管线和金属构件腐蚀问题出现的几率。将区域性阴极保护工艺高效的应用在天然气场站中，可以对场站内部埋在地下的管线和金属进行保护，对天然气场站各项工作的开展有很大促进意义。所以，为保证天然气场站能够稳定运行，需要对该技术工艺进行深入研究。本文通过分析，最终明确：将某一区域内所有想要保护的对象看作一个整体，应用区域性阴极保护工艺来进行保护，具有一定的可行性。同时，依照天然气场站区域性阴极保护施工的实际现状，对施工期间需要注意的事项进行了讨论，在已经运行的场地内，必须要严格按照规章机制进行，做好设施的保护工作。此外，因为天然气场站所处的环境很特殊，外界电磁干扰等呈现动态的变化趋势，所以要注意，不断的调整和改进。

参考文献：

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