一种区域阴极保护电流需求量的测定方法与流程

本发明主要属于阴极保护技术领域，特别涉及油气场站中埋地金属结构物的区域阴极保护优化设计时阴极保护电流需求量的确定方法。

背景技术：

阴极保护技术作为一种经济有效的防腐方法已经广泛用于埋地金属管道防腐之中。对于长输管道，阴极保护技术得到了广泛的推广应用，并取得了良好的防腐效果。由于技术、认识等多方面的原因，油气场站内埋地金属管道的阴极保护(即区域阴极保护)发展较慢。随着国内油气场站服役时间的逐渐延长，油气场站内埋地金属管道逐渐进入了事故高发期，场站油气管道发生腐蚀泄露事故越来越多，从而将油气场站的区域阴极保护推向了历史的舞台。

对于阴极保护的优化设计，最为关键的步骤之一是要确定被保护对象的阴极保护电流需求量。由于油气场站内被保护对象较多，如油气管道、污水管道、放空管道以及防雷接地网等，不同被保护对象的几何尺寸、物理特性以及表面状况各不相同，进而导致它们所需的阴极保护电流需求量存在较大差异。同时，由于油气场站空间有限，不同被保护对象在有限空间内相互之间也存在一定的影响，从而导致区域阴极保护中阴极保护电流需求量的确定不能照搬长输管道的估算法进行，亟需提出适合区域阴极保护的电流需求量确定方法。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种适用于区域阴极保护电流需求量的测定方法，解决区域阴极保护优化设计的难题，提高区域阴极保护的有效性，降低油气场站埋地金属结构物的腐蚀风险，确保国家油气能源通道的安全运行。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种区域阴极保护电流需求量的测定方法，所述测定方法包括以下步骤，

临时阳极安装确定：根据试验场站被保护金属结构物的具体位置和数量确定临时阳极地床的数量及安装位置，确保安装后，临时阳极能够保护试验场站所有被保护金属结构物；

待检测点确定：临时阳极地床位置确定后，根据被保护金属结构物与临时阳极的相对位置关系选择待检测点，所述待检测点包括离临时阳极最近的被保护金属结构物、离临时阳极最远的被保护金属结构物及至少一个位于离临时阳极最近的被保护金属结构物及离临时阳极最远的被保护金属结构物之间的被保护金属结构物；

埋地结构物自腐蚀电位测试：测量待检测点的埋地结构物自腐蚀电位；

通断电电位测试：测量待检测点的通断电电位；

保护电流需求量计算：根据埋地结构物自腐蚀电位及通断电电位计算保护电流需求量。

进一步地，所述通断电电位测试具体为：分别从临时阳极地床和待检测点被保护金属结构物上各引出一根电缆，将临时阳极地床引出的电缆接到直流电源的正极，将被保护金属结构物引出的电缆接到直流电源的负极，检查无误后，启动直流电源，并调整直流电源输出至合适的值，并记录直流电源输出电流itest；通电极化一段时间后，在被保护金属结构物和直流电源负极之间串联一个断路器，设置好通断电时间，在待测点处测试被保护金属结构物的通断电电位。

进一步地，所述保护电流需求量计算具体为：

其中，ireq为保护所需电流，itest为直流电源输出的电流，△etest为极化量的最小值，△ereq为极化量的最大值；

所述极化量为被保护金属结构物断电电位与自腐蚀电位的差值。

进一步地，所述埋地结构物自腐蚀电位测试前确定埋地金属结构物无阴极保护，自腐蚀电位测试时采用硫酸铜参比电极，所述硫酸铜参比电极的误差不应超过±5mv。

进一步地，所述直流电源为直流稳压电源可以恒流输出，其输出电流不小于30a，输出电压不低于60v。

进一步地，所述断路器能够通过gps进行同步通断。

进一步地，所述在测试自腐蚀电位和通断电电位时使用万用表对金属结构物电位测试，所述万用表具有滤波功能，且其内部阻抗不低于10mω。

进一步地，所述通电极化的时间不低于4小时。

进一步地，所述通断电电位测试时断电电位读取的延迟时间不超过3s。

进一步地，所述临时阳极的材料为废弃的钢管、镀锌扁铁、角钢、混合金属氧化物阳极、碳棒或高硅铸铁阳极。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明提出的区域阴极保护电流需求量测定方法准确度高，技术可行且经济，为区域阴极保护优化设计时阴极保护电流需求量的确定提供了一种新的思路。

(2)通过本发明方法，不但可以测得被保护系统所需的阴极保护电流，还可以确定被保护系统阴极保护电位衰减情况和阴极保护电流屏蔽严重区域等信息，特别适用于油气场站区域阴极保护的优化设计。

(3)由于本发明方法是基于实际的现场测试结果，并非依靠经验估算，其测试结果更加接近实际情况，准确性更高。

附图说明

图1、实施例1一种适用于区域阴极保护电流需求量的测定方法流程示意图；

图2、一种适用于区域阴极保护电流需求量的测定方法现场接线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

本实施例提出的阴极保护电流需求量测定方法适用于油气场站区域阴极保护的优化设计。

该方法包括准备测试仪器和相关材料，在试验场站进行实地考察，确定电位检测点和预埋阳极地床数量及位置，埋地结构物自腐蚀电位测试，临时阳极、阴极通电点以及电源安装，通电极化，通断电电位测试，试验完成后场地恢复，临时阳极地床保护范围确定以及保护电流确定一共10个流程。流程示意图如图1所示。

在进行现场测试前，先准备好现场测所需的相关设备和材料，包括直流稳压电源、断路器、万用表、硫酸铜参比电极、临时阳极材料以及电缆等，然后查阅被保护场站的设计资料、施工资料以及竣工资料等，弄清被保护场站被保护结构物的基础资料，包括几何尺寸、涂层情况、相对位置、埋深、防雷接地系统等，并去现场实际考察，核对相关资料，同时弄清现场是否具备临时阳极地床的开挖条件、给直流电源供电条件以及被保护场站是否有阴极保护或者是否受到外界杂散电流干扰等。核对完成后，去现场进行电流需求量测试。测试前先根据资料调查结果确定电位测试点、与埋设的阳极地床数量及位置，然后进行被保护结构物的自腐蚀电位测试和临时阳极地床的开挖，结束后，安装临时阳极地床，并分别从临时阳极地床和被保护金属结构物上各引出一根电缆，将临时阳极地床引出的电缆接到直流电源的正极，将被保护金属结构物引出的电缆接到直流电源的负极，检查无误后，启动直流电源，并调整直流电源输出至合适的值，并记录好直流电源输出电流itest。通电极化4小时后，在被保护结构物和直流电源负极之间串联一个断路器，设置好通断电时间后，在选好的电位测试点处测试被保护结构物的通断电电位，待测试完毕后将临时阳极地床挖出，恢复地貌。并根据被保护结构物的几何分布，做出通断电电位分布图谱，从图中可判断被保护结构物电位衰减情况，临时阳极地床的保护范围以及屏蔽严重区域。同时计算出被保护结构物断电电位与自腐蚀电位的差值(即极化量)，并获得极化量的最小值△etest，同时根据阴保设计目标和被保护结构物自腐蚀电位，算出需要极化量的最大值△ereq，然后根据公式计算所需的阴保电流ireq：

为了确保现场测试中直流电源能够输出足够的阴极保护电流，所述直流稳压电源而定电压不应低于60v，额定输出电流不宜低于30a；

为了提高现场测试精度，所述断路器应具备gps同步通断功能，所述万用表的内阻不应低于10mω，所述硫酸铜参比电极的误差不应超过±5mv；

为了降低现场测试的费用，所述临时阳极材料可以多样化，可以是废弃的钢管、镀锌扁铁、角钢、混合金属氧化物阳极、碳棒或高硅铸铁阳极等。

实施例2

一个天然气场站，站内埋有输气管道、排污管道、排水管道、放空管道以及防雷接地网等。已经运行10年，站内埋地设施一直没有施加阴极阴极保护，现需要对该场站进行区域阴极保护的优化设计，必须先确定其阴极保护电流需求量。

(1)准备阴极保护电流需求量测试所需的设备和材料。购置60v，30a的直流稳压电源3台、gps同步断路器3台、高阻抗型万用表1台、硫酸铜参比电极(误差不超过5mv)、40mm*4mm*1m镀锌扁铁15根，2.5平方电线若干；

(2)查询该天然气场站设计、施工、竣工以及改扩建资料，弄清目前站内埋地金属结构物，包括各种埋地管道和防雷接地系统的几何尺寸、防腐涂层情况、使用年限以及具体位置，然后去现场进行实地考察，结合工艺流程图对埋地金属结构物的基础资料进行核对，并明确现场是否具备开挖和供电条件；

(3)核对完成后，根据现场实际情况，选择3处合适的位置进行阳极地床的开挖，每个地床开挖尺寸为9m*0.5m*0.5m(长*宽*深)，同时根据埋地金属结构物的分布情况，均匀分布电位测试点，对于埋地金属结构物分布密集位置需要相对密集分布电位测试点；

(4)在选好的电位测试点处进行埋地金属结构物自腐蚀电位测试；

(5)在每个阳极地床处埋设5支镀锌扁铁，每支镀锌扁铁之间的间距为1m，相邻镀锌扁铁之间用电线电连接，并引出一根电线出地面，备用，铺设好后，大量浇水，降低其接地电阻。将稳压直流电源放置合适的位置，从被保护金属结构物中引出一根电线，将其接入稳压直流电源的负极，同时将镀锌扁铁引出的电线接入稳压直流电源的正极；

(6)确认接线无误后，给稳压直流电源通电，通过调节稳压直流电源的输出电流(一般为2a～3a左右)，使得靠近阳极地床附近管道通电电位达到-1.5vcse左右，同时记录下每台稳压直流电源输出的电流itest1、itest2以及itest3；

(7)通电4小时后，在每个稳压直流电源的负极和埋地管道引出线之间分布串联一个gps同步断路器(共3台gps同步断路器)，并设置每台gps同步断路器的通电时间为12s，断电时间为3s，然后在电位测试点处进行管道通断电电位测试；

(8)测试完毕后，将先关闭直流稳压电源，断开所有的电连接，并将15根镀锌扁铁挖出，恢复地貌，清理现场；

(9)将测试得到的管道通断电电位分别在埋地金属结构物图纸中标识，根据其断电电位相对于自腐蚀电位的偏移情况确定每个阳极地床的保护范围(管道有100mv左右的极化即可认为在保护范围内)，管道阴保电位衰减情况以及屏蔽严重区域；

(10)根据测试得到的管道断电电位和自腐蚀电位，计算其断电电位和自腐蚀电位差值，找出每个阳极地床保护范围内的最小差值△etest1、△etest2以及△etest3。假设该区域阴保设计要求管道最正断电电位达到-0.85vcse，则分布计算出三个阳极地床保护范围内管道断电电位达到-0.85vcse所需的最大极化量△ereq1、△ereq2以及△ereq3。然后根据公式计算该区域阴保所需的阴极保护电流需求量ireq: