天津市滨海新区大港油田采油五厂工艺研究所天津市300280
摘要：针对油田设备采用阴极保护系统在现场调试过程中遇到的问题,从阴极保护原理、方法和系统组成入手,分析了问题产生的原因,提出了相应的解决办法,使得阴极保护方法在大港油田金属设备使用寿命方面更加具体和完善。
关键词：油田设备；阴极保护；现场调试
一、阴极保护概述
为了防止通信线路或设备被腐蚀，而使被保护的设备对地保持负电位的一种防腐蚀措施。
阴极保护的原理是在线缆的金属外皮上人为接入负电位，在一定距离之外的电极上接正电极，确保线缆的金属外皮对地具有负电位。这样就不会出现电流通过线缆的外皮向外流出的现象，这样会起到保护线缆外皮的作用。金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护。
由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。
阴极保护技术有两种：牺牲阳极阴极保护和强制电流（外加电流）阴极保护。
（1）牺牲阳极阴极保护技术
牺牲阳极阴极保护技术是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属或合金与被保护金属电性连接在一起，依靠电位比较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属。
（2）强制电流阴极保护技术
强制电流阴极保护技术是在回路中串入一个直流电源，借助辅助阳极，将直流电通向被保护的金属，进而使被保护金属变成阴极，实施保护。
油田工程阴极保护系工作方法
二、阴极保护方法
目前，油田工程阴极保护工作方法：
牺牲阳极法。这种方法就是选用比钢铁活性更强的其他金属，使其与钢质储油罐和输油管道结合，形成一种不同的腐蚀电池。在这情况下，活性较低的钢铁是阴极，因而不发生失去电子的现象，而另一种活性较强的金属会失去电子，这样产生腐蚀电流，这样一来也就达成了阴极保护的目标。
强制电流法。这种方法就是用外部的电源对钢质储油罐和输油管道施以阴极电流，同时要在钢质钢质储油罐和输油管道装置阳极，以形成回流，这一来就不会发生电子失去，起到了防止电化学腐蚀的作用。
排流保护法。这种方法并不是常见的阴极保护方法，如果输油管的铺设与电力线临近时，杂散电流会对其造成影响，导致对输油管道的腐蚀，因此要采取措施对杂散电流进行排除。极性排流、电气连接法、强制排流是最主要的三种排出杂散电流的方法。
三、油田现场阴极保护系统的组成
油田现场阴极保护系统通常是牺牲阳极法和强制电流法的综合应用。系统主要由以下部分组成。
（1）恒电位仪
在强制电流法中，给需保护金属体提供连续可调的阴极保护电流。
（2）辅助阳极
主要有深井阳极和阳极床，在强制电流法中，用来使恒电位仪所提供的阴极保护电流形成回路。
（3）牺牲阳极
常用的主要有3大类：镁基(包括高纯镁)牺牲阳极、锌基(包括高纯锌)牺牲阳极、铝基牺牲阳极。主要用于强制电流不宜和不能使用的地方，如钢质储罐内等。
（4）参比电极
是进行阴极保护系统测量时的参照。油田参比电极的主要种类有：饱和甘汞参比电极、饱和氯化银参比电极(电极构成为Ag／AgCI2、饱和KC1)、饱和硫酸铜参比电极(电极构成为Cu／CuSO、饱和CuSO)等。
（5）电缆
主要有阴极电缆、阳极电缆、接零电缆、均压电缆、参比电缆、接阴电缆等，主要用于连接阴极保护系统的各组成环节。
（6）控制台
控制台主要是对阴极保护系统进行统一管理和集中控制。
（7）自动监测系统
自动监测系统是阴极保护系统的辅助系统，主要对阴极保护系统运行效果进行实时监测。该系统主要包括：腐蚀信号检测探头、腐蚀信号接收装置、自动监测系统主机等。
（8）测试桩
测试桩是在巡查阴极保护系统各监测点时，提供电气接线的装置。
四、油田设备阴极保护系统现场调试问题及解决办法
1、某些阴极电位因跳变而发生异常
与电力系统的高电压、大电流、交流电等特点相比，阴极保护系统是电压、电流较小的直流电。但是二者在施工方面是相同的，都属于埋地作业。这就使得二者出现了临近交汇的可能，电力系统往往会产生杂散电流，辐射半径可达15-20米，所以阴极保护系统很可能会受到这些杂散电流的影响，使电位跳变，进而导致异常情况的发生。要解决这一问题，在阴极保护系统设备埋设时避开电力系统，使其处于杂散电流辐射范围以外。
2、长输管道上测试点的保护电位总是达不到设计要求
因长输管道一般采用牺牲阳极的阴极保护法，管道及牺牲阳极的埋设深度一般为2～2．5m。但采油厂≤各站场间的长输管道一般距离较远，由于自然和地貌的原因，有些管道的两头落差高达几十米甚至上百米。同时，管道两头地下水位不同和地质情况的不相同，导致部分管道所处土壤的土壤电阻率太高。而牺牲阳极的阴极保护法不适合在高土壤电阻率区域使用，所以长输管道上测试点的保护电位总是达不到设计要求。由于强制电流法的应用不受土壤电阻率的限制，故解决这一问题的办法是将高土壤电阻率段管道牺牲阳极保护法改为强制电流保护法。
3、多台恒电位仪运行时，某些保护电位因跳变而发生异常
在运用电荷性质中看出，即使几台恒电位仪的保护电流都能形成阴极电流回路，但是在它们位置比较接近时，会因电荷排斥现象而出现保护电流达不到的盲区，如果该盲区恰好是监测点设定位置，那么就会、出现电位跳转异常。要解决这一问题，或者改变监测点的位置，避开盲区；或者通过调节阴极保护电流来改变盲区的位置。
4、多台恒电位仪同时投运时出现恒电位仪保险重复熔断现象
若两台恒电位仪将交流输入整流为直流时，各自的直流输出没有直接电气连接：油田设备阴极保护系统现场调试问题研究，阴极用阴极电缆与被钢质管道连接，正极用阳极电缆与各自的辅助阳极连接。在同时投运多台恒电位仪时，至少有一台恒电位仪的正极会误接到了其他恒电位仪的辅助阳极上，使两台恒电位仪通过钢质管道而并联，加上各恒电位仪的输出电位并不同步相等，则两台恒电位仪和钢质管道上有短路电流回流，会造成恒电位仪保险熔断；若只更换熔断的保险，而不改变连接方式，仍会造成恒电位仪保险重复熔断。
5、实际测试中电位不符状况
在现场实际测试时，自然电位很可能会出现与设计电位不符的情况。电位不符是阴极保护系统调试中较为常见的问题，它关系到系统有效性的判断，因此对这一问题的排除工作是刻不容缓的。随着温度的变化，钢质储油罐和输油管道相对于参比电极的自然电位会发生较大的偏移。但是，通常的自动检测系统中都没有温度调节的功能，所以，在温度发生变化时，要对偏离的电位进行校正。
结语
油田工程阴极保护系统是对钢质储油罐和输油管道进行防电化学腐蚀的重要手段，它的采用具有重要的安全和经济意义。但是，在阴极保护系统的调试中，系统会因不同的实际情况而发生一些异常问题，这就需要采取较为具有针对性的合理办法来应对这些问题，以此来保证石油储运安全。
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