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(guò)程中出現(xiàn)的典型問(wèn)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(lèi)利用自然資源的主要行業(yè)之一，也是目前推進(jìn)人類(lèi)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(yáng)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(shuō)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(yáng)極：主要有深井陽(yáng)極和陽(yáng)極床，在強(qiáng)制電流法中，用來(lái)使恒電位儀所提供的陰極保護(hù)電流形成回路。

　　3、犧牲陽(yáng)極：常用的主要有三大類(lèi)：鎂基（包括高純鎂）犧牲陽(yáng)極、鋅基（包括高純鋅）犧牲陽(yáng)極、鋁基犧牲陽(yáng)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(lèi)有：飽和甘汞參比電極（電極構(gòu)成為HgHgCL2、飽和KCL）、飽和氯化銀參比電極（電極構(gòu)成為AgAgCL2、飽和KCL）、飽和硫酸銅參比電極（電極構(gòu)成為CuCuSO4、飽和CuSO4）等。

　　5、電纜：主要有陰極電纜、陽(yáng)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(wèn)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(yáng)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(guò)程中暴露出的典型問(wèn)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(wèn)題是油田陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中的普遍問(wèn)題之一，若不能解決此問(wèn)題，則無(wú)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(lái)正常的陰極保護(hù)電位跳變?yōu)椴徽?p style="line-height: 3em;">

　　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(yáng)極、輔助陽(yáng)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(guò)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(yáng)極、輔助陽(yáng)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(yáng)極、輔助陽(yáng)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(méi)有問(wèn)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(yáng)極的陰極保護(hù)法，管道及犧牲陽(yáng)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(yáng)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(wèn)題的辦法是，將高土壤電阻率段管道犧牲陽(yáng)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(méi)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(yáng)極電纜與各自的輔助陽(yáng)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(yáng)極，使兩臺(tái)恒電位儀通過(guò)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 style="line-height: 3em;">

　　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(wèn)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(kāi)；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(yǔ)

　　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(guò)長(zhǎng)期參與工程施工和調(diào)試工作，經(jīng)總結(jié)研究而來(lái)，文中有不妥之處，誠(chéng)請(qǐng)專(zhuān)家和同行批評(píng)指正。