摘要：本文針對目前我國油田現(xiàn)場采用的陰極保護系統(tǒng)，依據電化學、電學等基本原理，剖析油田陰極保護系統(tǒng)工程在調試過程中出現(xiàn)的典型問題，并提出了相應的解決辦法，在實際應用中有一定的實用價值。

　　關鍵詞：油田工程　陰極保護系統(tǒng)　調試

　　一、油田陰極保護系統(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)，主要進行原油的鉆采和儲運工作，其中原油儲運主要靠鋼質儲罐和鋼質管道實現(xiàn)。原油儲罐和管道使用壽命的長短直接關系到油田工業(yè)能否長期穩(wěn)定和正常生產，也關系到油田的經濟效益和成本。而原油儲罐和管道的使用壽命主要受電化學腐蝕的影響，目前解決原油儲罐和管道電化學腐蝕的主要方法是對其采取陰極保護措施。陰極保護系統(tǒng)在延長油田原油儲罐、管道的使用壽命方面，起著不可替代的巨大作用。

　　油田陰極保護系統(tǒng)通常是犧牲陽極法和強制電流法的綜合應用，下面分別對其主要組成部分進行簡要說明：

　　1、恒電位儀：在強制電流法中，給需保護金屬體提供連續(xù)可調的陰極保護電流。

　　2、輔助陽極：主要有深井陽極和陽極床，在強制電流法中，用來使恒電位儀所提供的陰極保護電流形成回路。

　　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。主要用于強制電流不宜和不能使用的地方，如鋼質儲罐內等。

　　4、參比電極：是進行陰極保護系統(tǒng)測量時的參照極。油田用參比電極的主要種類有：飽和甘汞參比電極（電極構成為Hg / HgCL2、飽和KCL）、飽和氯化銀參比電極（電極構成為Ag / AgCL2、飽和KCL）、飽和硫酸銅參比電極（電極構成為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系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)。

　　6、控制臺：主要是對陰極保護系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和集中控制。

　　7、自動監(jiān)測系統(tǒng)：是陰極保護系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，主要對陰極保護系統(tǒng)運行效果進行實時監(jiān)測。該系統(tǒng)主要包括：腐蝕信號檢測探頭、腐蝕信號接收裝置、自動監(jiān)測系統(tǒng)主機等。

　　8、測試樁：是在巡查陰極保護系統(tǒng)各監(jiān)測點時，提供電氣接線的裝置。

　　二、油田陰極保護系統(tǒng)調試中的典型問題及其解決辦法

　　由于油田陰極保護系統(tǒng)主要采用犧牲陽極法和強制電流法，下面主要就這兩種方法在現(xiàn)場調試過程中暴露出的典型問題，進行深入討論，剖析其原因，并提出解決辦法。

　　1、現(xiàn)場實測自然電位與設計電位不符

　　這一問題是油田陰極保護系統(tǒng)調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系統(tǒng)是否有效。

　　因目前油田陰極保護系統(tǒng)的自動監(jiān)測裝置和其他檢測儀表，均不帶智能溫度修正功能，而需保護金屬體相對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，進行監(jiān)測自然電位時，需進行偏移電位修正。修正后的自然電位可按下式計算。

　　Rzr = Rsc + Rqb + K（ t – 25℃ ）

　　其中： Rzr —— 修正后的自然電位

　　Rsc —— 實測自然電位

　　Rqb —— 氫標參比電極25℃時的標準電位

　　K —— 溫度修正系數

　　t—— 環(huán)境溫度

　　2、當電力系統(tǒng)有較大負荷起停時，部分本來正常的陰極保護電位跳變?yōu)椴徽��?/p>

　　電力系統(tǒng)相對于陰極保護系統(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，后者的犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號檢測探頭也屬埋地安裝。電力系統(tǒng)中較大負荷的起停，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15米～20米。如果陰極保護系統(tǒng)的犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號檢測探頭，有一項處于電力接地系統(tǒng)散流區(qū)內，由于雜散電流的影響和干擾，必將導致陰極保護電位的跳變。

　　為了使陰極保護系統(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米以外埋設犧牲陽極、輔助陽極、輸油管道、腐蝕信號檢測探頭等陰極保護系統(tǒng)的埋地部分。

　　3、長輸管道上測試點的施工沒有問題，但部分測試點的保護電位總是達不到設計要求。

　　因長輸管道一般采用犧牲陽極的陰極保護法，管道及犧牲陽極的埋設深度一般為2米～2.5米，但油田各站場間的長輸管道一般長達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幾十米甚至上百米。同時管道兩頭地下水位不同和地質情況的不同，導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法不適合在高土壤電阻率區(qū)域使用（參照陰極保護方法選擇圖）。由于強制電流法的應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法改為強制電流保護法。

　　4、多臺恒電位儀同時投運時，會出現(xiàn)恒電位儀保險熔斷現(xiàn)象，更換保險重復投運，則重復熔斷

　　各臺恒電位儀將交流輸入整流為直流時，各自的直流輸出沒有直接電氣連接（如圖一所示），負極用陰極電纜與被鋼質管道連接，正極用陽極電纜與各自的輔助陽極連接。在同時投運多臺恒電位儀時，出現(xiàn)恒電位儀保險重復熔斷現(xiàn)象，其原因只有一種可能，就是至少有一臺恒電位儀的正極，誤接到了其他恒電位儀的輔助陽極，使兩臺恒電位儀通過鋼質管道而并聯(lián)（如圖二所示），加上各恒電位儀的輸出電位并不同步相等，則兩臺恒電位儀和鋼質管道上有短路電流回流，會造成恒電位儀保險熔斷現(xiàn)象。

　　5、單臺恒電位儀在調試時，各監(jiān)測點保護電位均正常，當同時投運多臺恒電位儀時，個別監(jiān)測點保護電位跳變?yōu)椴徽��！?/p>

　　以圖三為例，當恒電位儀V1、V2單獨調試時，監(jiān)測點處的保護電位均正常，當現(xiàn)任意投運一臺恒電位儀，調至監(jiān)測點處保護電位正常后，在投運另一臺恒電位儀時，監(jiān)測點處的保護電位突然跳變?yōu)椴徽�常。運用電荷基本性質不難發(fā)現(xiàn)，雖然兩臺恒電位儀所提供的陰極保護電流有各自的電氣回路，但在兩個電氣回路相接近處，由于同性電荷相斥的原因，形成了陰極保護電流不能到達的“盲區(qū)”，若監(jiān)測點正處于該“盲區(qū)”內，則會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。要解決這一問題，就要使陰極保護電流“盲區(qū)”不覆蓋監(jiān)測點，現(xiàn)場有兩種辦法：一是將監(jiān)測點從陰極保護電流“盲區(qū)”移開；二是調節(jié)恒電位儀的輸出電流，使陰極保護電流“盲區(qū)”偏移。

　　三、結束語

　　本文主要是在中石化西北分公司油田地面建設工程中，通過長期參與工程施工和調試工作，經總結研究而來，文中有不妥之處，誠請專家和同行批評指正。