袁銀春,王小魏,王 威,楊 龍,劉子熠

(中國(guó)石化西南油氣分公司采氣二廠,四川 閬中 637400)

采取陰極保護(hù)措施可使被保護(hù)金屬在電化學(xué)電池中成為陰極,從而減緩其腐蝕[1-2]。高含硫氣田地面集輸系統(tǒng)的工藝防腐是集輸系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ),某氣田的地面集輸系統(tǒng)含H2S和CO2,其集輸管道位于復(fù)雜山區(qū),采用“抗硫管材+防腐涂層+緩蝕劑+陰極保護(hù)”的聯(lián)合防腐手段對(duì)埋地鋼質(zhì)酸氣管道和燃?xì)夤艿肋M(jìn)行防護(hù)[3-4]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試樁電位檢測(cè)和試片斷電法電位檢測(cè)來(lái)采集埋地管道陰極保護(hù)電位信號(hào)[5-6]。采用萬(wàn)用表檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試樁電位,通過(guò)數(shù)據(jù)分析判斷管道是否處于保護(hù)狀態(tài);試片斷電法是采用與管道材質(zhì)相同的極化試片,將其與管道連接,斷電瞬間測(cè)量試片電位,從而獲得管道斷電電位,然后通過(guò)智能電位采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至服務(wù)器,判斷管道保護(hù)情況,具有可靠性與便捷性[7-8]。

1 技術(shù)原理及故障原因分析

1.1 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)原理

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)原理是通過(guò)向被保護(hù)金屬表面施加一個(gè)保護(hù)電流,使金屬表面全部處于陰極狀態(tài),從而抑制陰極區(qū)金屬表面的電子釋放。施加的電流越大,產(chǎn)生的陰極極化越強(qiáng),當(dāng)腐蝕原電池的陰極與陽(yáng)極達(dá)到等電位時(shí),金屬表面的陽(yáng)極區(qū)消失,腐蝕就會(huì)得到抑制。某氣田強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)如圖1所示,通過(guò)恒電位儀對(duì)酸氣管道和燃?xì)夤艿朗┘雨帢O保護(hù)電流,使管道產(chǎn)生陰極極化,當(dāng)管道的電位低于其自身的自然腐蝕電位時(shí),管道達(dá)到保護(hù)狀態(tài)。

1.2 陰極保護(hù)系統(tǒng)故障原因分析

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)及某氣田強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況分析,得出影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要原因?yàn)楹汶娢粌x故障、參比電極故障、數(shù)據(jù)采集儀故障、絕緣法蘭失效、雜散電流干擾、管道外防腐層破損、陽(yáng)極地床失效、排流裝置失效、工程建設(shè)開(kāi)挖和人員責(zé)任心缺失等[9]。

通過(guò)發(fā)放及回收問(wèn)卷調(diào)查表,從各系統(tǒng)及管理模式入手,調(diào)查影響陰極保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的原因,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在14項(xiàng)具體問(wèn)題,見(jiàn)表1。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,采用魚(yú)骨圖分析法對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)故障原因進(jìn)行分析,分析結(jié)果見(jiàn)圖2。陰極保護(hù)系統(tǒng)故障原因可分為五類(lèi):一為測(cè)量類(lèi)原因;二為環(huán)境類(lèi)原因;三為設(shè)備類(lèi)原因;四為操作類(lèi)原因;五為工藝類(lèi)原因。

表1 陰極保護(hù)系統(tǒng)中存在的具體問(wèn)題

圖2 陰極保護(hù)系統(tǒng)故障原因分析

2 確定系統(tǒng)故障的主要原因

對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)查分析,并對(duì)其故障類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和排序,確定了雜散電流干擾、陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施故障、數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)不好和巡檢人員巡檢不到位為系統(tǒng)故障的主要原因。

2.1 雜散電流干擾

雜散電流干擾會(huì)導(dǎo)致埋地管道遭受雜散電流的干擾腐蝕,也可能危及管道巡檢人員和管道周邊居民的人身安全。因此需要采取排流措施,降低管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施故障

2.2.1 恒電位儀故障

恒電位儀內(nèi)部電路及電子元件損壞造成恒電位儀故障,導(dǎo)致恒電位儀停運(yùn)或輸出數(shù)據(jù)異常,不能對(duì)管道施加陰極保護(hù)電流。

2.2.2 極化探頭故障

IR降是由電流和電阻所引起的偏差,在埋地管道陰極保護(hù)電位測(cè)量中會(huì)對(duì)儀器造成測(cè)試障礙,導(dǎo)致讀數(shù)偏差。最有效排除IR降的方法是采用極化探頭測(cè)試,若極化探頭受潮或被氧化生銹均會(huì)導(dǎo)致極化探頭發(fā)生故障,使其無(wú)法進(jìn)行正常測(cè)試。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集儀故障

數(shù)據(jù)采集儀是陰極保護(hù)測(cè)試樁的核心設(shè)備,可以采集管道斷電電位、雜散電流干擾電壓、自然電位和管地電位等電位數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至服務(wù)器進(jìn)行分析,從而判斷管道保護(hù)情況。當(dāng)陰極保護(hù)測(cè)試樁數(shù)據(jù)采集儀出現(xiàn)故障時(shí),數(shù)據(jù)停止采集,無(wú)法判斷管道是否處于保護(hù)狀態(tài),故數(shù)據(jù)采集儀十分重要。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)不好

在陰極保護(hù)測(cè)試樁中安裝物聯(lián)網(wǎng)卡,通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸將采集到的管道電位數(shù)據(jù)傳輸至控制中心服務(wù)器,因山區(qū)地形地貌復(fù)雜,部分地區(qū)信號(hào)較差,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲或數(shù)據(jù)丟失,在系統(tǒng)中表現(xiàn)為數(shù)據(jù)采集儀故障。

2.4 巡檢人員巡檢不到位

2.4.1 恒電位儀巡檢不到位

查看恒電位儀1至9月巡檢記錄發(fā)現(xiàn),由于施工作業(yè)沖突等原因,未按時(shí)對(duì)其進(jìn)行巡檢16次。未巡檢期間恒電位儀發(fā)生故障1次,未及時(shí)發(fā)現(xiàn)上報(bào),這說(shuō)明巡檢人員巡檢不到位不是恒電位儀發(fā)生故障的主要原因。

2.4.2 陰極保護(hù)測(cè)試樁巡檢不到位

查看陰極保護(hù)測(cè)試樁1至9月巡檢記錄發(fā)現(xiàn),按時(shí)對(duì)其進(jìn)行巡檢255次,未按時(shí)對(duì)其進(jìn)行巡檢20次。未巡檢期間陰極保護(hù)測(cè)試樁發(fā)生故障11次,未及時(shí)發(fā)現(xiàn)上報(bào),這說(shuō)明巡檢人員巡檢不到位是陰極保護(hù)測(cè)試樁發(fā)生故障的主要原因。

3 系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)策及效果

3.1 修復(fù)管道外防腐層

M49陰極保護(hù)測(cè)試樁的雜散電流干擾電壓最大值為6.07 V,高于控制值4 V。對(duì)YB271至YB272H沿線埋地酸氣管道的防護(hù)絕緣層漏點(diǎn)進(jìn)行排查,發(fā)現(xiàn)一處管道外防腐層破損點(diǎn)(距離20號(hào)樁6 m處),對(duì)其進(jìn)行動(dòng)土開(kāi)挖,發(fā)現(xiàn)其聚乙烯黑夾克破損,水分進(jìn)入后造成雜散電流過(guò)大。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)管道外表層存在浮銹,管道本體無(wú)明顯減薄,打磨浮銹后刷涂底漆,并按規(guī)范修復(fù)了管道外防腐層。

聚乙烯黑夾克修復(fù)后,M49陰極保護(hù)測(cè)試樁的雜散電流干擾電壓最大值由6.07 V降低至 3.82 V,低于控制值4 V,雜散電流干擾電壓下降很明顯,表明管道外防腐層修復(fù)有效。

3.2 降低系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施故障率

根據(jù)目前陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施故障情況,為降低故障率,可從以下兩個(gè)方面著手對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

3.2.1 做好恒電位儀的切換運(yùn)行

為了防止單臺(tái)恒電位儀長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,每個(gè)場(chǎng)站應(yīng)配備兩臺(tái)恒電位儀,每月對(duì)其進(jìn)行一次切換運(yùn)行,從而降低其故障率。

3.2.2 做好設(shè)備設(shè)施的日常維護(hù)保養(yǎng)

對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng),防止設(shè)備設(shè)施進(jìn)水,做好設(shè)備設(shè)施的干燥工作,減少其故障次數(shù)。

3.3 提升數(shù)據(jù)傳輸能力

陰極保護(hù)測(cè)試樁將管道電位數(shù)據(jù)采集后,因山區(qū)信號(hào)較差導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲或數(shù)據(jù)丟失,現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),陰極保護(hù)測(cè)試樁設(shè)備設(shè)施完好,物聯(lián)網(wǎng)卡未升級(jí),導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)不好。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)卡進(jìn)行升級(jí),并在陰極保護(hù)測(cè)試樁上方加裝信號(hào)接收及發(fā)射天線,增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸信號(hào),使陰極保護(hù)測(cè)試樁數(shù)據(jù)傳輸正常,保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

3.4 提高巡檢質(zhì)量

根據(jù)目前場(chǎng)站內(nèi)恒電位儀和場(chǎng)站外陰極保護(hù)測(cè)試樁的巡檢情況,為了避免巡檢不到位的情況,可從以下兩個(gè)方面著手提高巡檢質(zhì)量。

3.4.1 對(duì)巡檢人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)

目前只有維修保養(yǎng)人員以及專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員熟悉恒電位儀的操作,而其他人員卻不熟悉。為了提高巡檢質(zhì)量,應(yīng)完善恒電位儀的操作規(guī)程,并對(duì)巡檢人員進(jìn)行宣貫培訓(xùn),使巡檢人員能有效識(shí)別異常情況。

3.4.2 制定巡檢管理制度

針對(duì)因陰極保護(hù)測(cè)試樁巡檢不到位而導(dǎo)致設(shè)備異常的情況,6至7月全面排查所有的陰極保護(hù)測(cè)試樁的安全隱患,共發(fā)現(xiàn)11個(gè)陰極保護(hù)測(cè)試樁存在問(wèn)題,由于巡檢不到位,管道零位接線端子旋緊帽蓋缺失等很多小問(wèn)題均未被發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致接線接觸不良,無(wú)法正常采集數(shù)據(jù)。8月通過(guò)制定地面集輸系統(tǒng)腐蝕與防護(hù)管理細(xì)則和陰極保護(hù)系統(tǒng)巡檢方案,明確了巡檢要求及巡檢質(zhì)量。9至11月恒電位儀和陰極保護(hù)測(cè)試樁未出現(xiàn)不按時(shí)巡檢的現(xiàn)象,巡檢率達(dá)100%,并且也未出現(xiàn)因巡檢不到位而引起的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施故障。

3.5 系統(tǒng)優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

3.5.1 生產(chǎn)效果評(píng)價(jià)

通過(guò)優(yōu)化陰極保護(hù)系統(tǒng)和制定設(shè)備設(shè)施巡檢及維修保養(yǎng)管理制度,全年設(shè)備設(shè)施僅出現(xiàn)故障11次,比上一年減少34次;恒電位儀輸出電壓從10 V降至2 V,電流從5 A降至1 A,恒電位儀運(yùn)行更加穩(wěn)定。陰極保護(hù)系統(tǒng)全年故障率由15%降至5%以下,提高了陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.5.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

每次故障處理至少需配1臺(tái)車(chē)、1名司機(jī)和2名維修保養(yǎng)人員,費(fèi)用為1 000元/次,按照故障減少34次進(jìn)行計(jì)算,可節(jié)約人工成本3.4萬(wàn)元。同時(shí),每次故障處理需要材料費(fèi),按照500元/次進(jìn)行計(jì)算,可節(jié)約材料成本1.7萬(wàn)元。

另外,為了防止雜散電流對(duì)酸氣管道的干擾,安裝一套排流裝置及附屬設(shè)施需要20萬(wàn)元,而對(duì)管道外防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)、開(kāi)挖驗(yàn)證以及修復(fù),也能取得同樣的效果,只需要1萬(wàn)元/次,假設(shè)存在5個(gè)破損點(diǎn),費(fèi)用僅為5萬(wàn)元,可節(jié)約成本15萬(wàn)元。

4 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況分析,對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施故障和人為操作失誤等問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性處理,陰極保護(hù)系統(tǒng)故障率由15%降低至5%以下,提高了陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,確保了氣田酸氣管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。該技術(shù)目前主要用于管道防腐,可推廣用于其他燃?xì)廨斔凸艿?具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

(2)建議根據(jù)管理區(qū)休假安排,每月組織員工進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn),涉及人員包括技術(shù)人員、技能人才和場(chǎng)站值班人員,并在月末交接班期間,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)值班人員進(jìn)行理論知識(shí)和實(shí)操技能考核,加深崗位人員對(duì)恒電位儀和陰極保護(hù)測(cè)試樁維護(hù)保養(yǎng)的認(rèn)識(shí);同時(shí),收集和整理陰極保護(hù)系統(tǒng)日常運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題,對(duì)故障類(lèi)型及出現(xiàn)頻次進(jìn)行對(duì)比分析,從中找到故障規(guī)律或故障表現(xiàn)形式,進(jìn)一步完善陰極保護(hù)系統(tǒng),提高陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行效率。