迄今為止，國(guó)內(nèi)很多油田站場(chǎng)埋地管道與儲(chǔ)罐底板僅采用防腐蝕層進(jìn)行外腐蝕防護(hù)。隨著油田站場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，站內(nèi)埋地管道及儲(chǔ)罐底板腐蝕泄漏問(wèn)題日益突出，這成為了站場(chǎng)運(yùn)行的安全生產(chǎn)隱患[1-3]。區(qū)域陰極保護(hù)能夠?yàn)橛吞镎緢?chǎng)埋地管道及儲(chǔ)罐底板提供防護(hù)，降低生產(chǎn)中的安全隱患，近年來(lái)該技術(shù)在油氣管道站場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的防護(hù)效果[4-5]。

相比傳統(tǒng)的陰極保護(hù)方法，區(qū)域陰極保護(hù)將范圍內(nèi)的所有預(yù)保護(hù)對(duì)象看做一個(gè)整體，依靠合理的陽(yáng)極分布和陰極保護(hù)電流分配使得范圍內(nèi)的對(duì)象得到保護(hù)[6-7]。油田站場(chǎng)內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物眾多且分布復(fù)雜，包括輸油管道、消防管道、放空管道、儲(chǔ)罐及其電連接的其他金屬結(jié)構(gòu)物[8]。同時(shí)，管道防腐蝕層類型、儲(chǔ)罐底部防腐蝕層劣化程度等均存在不同，因此難以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)確確定站場(chǎng)內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)物的陰極保護(hù)電流需求量，這給陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難[9-10]。此外，復(fù)雜的金屬結(jié)構(gòu)物會(huì)屏蔽陰極保護(hù)電流，導(dǎo)致陰極保護(hù)陽(yáng)極地床設(shè)計(jì)難度增加[11-12]。因此，如何對(duì)已建油田站場(chǎng)補(bǔ)加區(qū)域陰極保護(hù)，準(zhǔn)確確定保護(hù)電流需求[13]，合理設(shè)計(jì)陽(yáng)極地床，避免管道和儲(chǔ)罐底板發(fā)生腐蝕和泄漏[14]，成為油田站場(chǎng)腐蝕控制管理有待解決的技術(shù)難題。

作者以某投入使用20 a的油田站場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)饋電試驗(yàn)和數(shù)值模擬[15-17]相結(jié)合的方法，確定了保護(hù)電流的需求量及陽(yáng)極地床分布方案，該方案在示范應(yīng)用中取得了良好的效果，為油田站場(chǎng)補(bǔ)加區(qū)域陰極保護(hù)工程提供參考。

1. 現(xiàn)場(chǎng)饋電試驗(yàn)

某油田站場(chǎng)主要分為管道區(qū)和儲(chǔ)罐區(qū)，站內(nèi)的主要保護(hù)對(duì)象是儲(chǔ)罐底板和埋地管道。2#、3#儲(chǔ)罐為小型儲(chǔ)罐，其底部直徑為40 m，容積為20 000 m3；1#、4#、5#、6#和7#儲(chǔ)罐為大型儲(chǔ)罐，底部直徑為60 m，容積為50 000 m3。管道總長(zhǎng)為3.1 km。

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容和方法

首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)試，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行饋電試驗(yàn)確定站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)電流的需求量。

（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查掌握油田站場(chǎng)的基礎(chǔ)情況，包括埋地管道和其他地下金屬結(jié)構(gòu)物的尺寸和空間分布，儲(chǔ)罐底板及管道的防腐蝕層情況，可開(kāi)挖并埋設(shè)臨時(shí)陽(yáng)極的位置。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容包括自然腐蝕電位測(cè)量和土壤電阻率測(cè)試。使用地表參比電極測(cè)試電位；采用溫納四極法測(cè)試站場(chǎng)內(nèi)不同區(qū)域和不同深度的土壤電阻率。

（3）饋電試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)饋電試驗(yàn)通過(guò)在站場(chǎng)建立臨時(shí)陰保系統(tǒng)，分區(qū)對(duì)站內(nèi)埋地管道和儲(chǔ)罐底板進(jìn)行臨時(shí)保護(hù)，檢測(cè)埋地管道和儲(chǔ)罐底板的電位分布，分析確定相應(yīng)的電流需求量、電流流失點(diǎn)、屏蔽區(qū)域和干擾等情況。利用饋電試驗(yàn)測(cè)得的通/斷電電位分布數(shù)據(jù)可以評(píng)估臨時(shí)陽(yáng)極地床的保護(hù)范圍以及電位衰減情況。試驗(yàn)中，陰極保護(hù)電流由直流電源提供，待極化電位相對(duì)穩(wěn)定后，記錄埋地管道的通/斷電位，參比電極為銅/飽和硫酸銅電極（CSE）。通過(guò)對(duì)比不同區(qū)域保護(hù)電流需求量以及保護(hù)范圍，可以獲得整個(gè)區(qū)域內(nèi)保護(hù)電流需求量以及不同區(qū)域保護(hù)的難易等重要信息。圖1為某油田的平面布局、饋電試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)和臨時(shí)陽(yáng)極地床位置示意。

圖 1 某油田站場(chǎng)平面布局、饋電試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)和陽(yáng)極地床位置示意圖

Figure 1. Schematic diagram of layout, feeding test points and anode ground bed location in an oilfield station

1.2 現(xiàn)場(chǎng)饋電試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，在油田站場(chǎng)地下2 m深度內(nèi)，土壤平均電阻率為20.10 Ω·m。

在不同饋電試驗(yàn)中，采用不同的陽(yáng)極地床分區(qū)對(duì)站內(nèi)埋地管道和儲(chǔ)罐底板進(jìn)行臨時(shí)保護(hù)。表1為采用不同陽(yáng)極地床饋電試驗(yàn)的電源輸出電流、輸出電壓等參數(shù)。

在第一次饋電試驗(yàn)中，1#陽(yáng)極地床布置在2#儲(chǔ)罐東南位置，輸出電流為24.0 A，測(cè)試了距離陽(yáng)極最近的2#儲(chǔ)罐的斷電電位，結(jié)果如表2所示。其中，16#測(cè)試點(diǎn)的斷電電位（相對(duì)于CSE，下同）為-732 mV，極化電位偏移量達(dá)到-120 mV；17#測(cè)試點(diǎn)的斷電電位為-640 mV，極化電位偏移量達(dá)到-50 mV；18#測(cè)試點(diǎn)的斷電電位為-704 mV，極化電位偏移量達(dá)到-84 mV；19#測(cè)試點(diǎn)的斷電電位為-839 mV，極化電位偏移量達(dá)到-229 mV。2#儲(chǔ)罐外圍只有16#和19#測(cè)試點(diǎn)的極化電位偏移超過(guò)100 mV。以上結(jié)果表明，當(dāng)站場(chǎng)存在7個(gè)儲(chǔ)罐和管道時(shí)，24 A的保護(hù)電流不足以使該油田中20 000 m3小型儲(chǔ)罐外圍電位達(dá)到保護(hù)要求。