站场区域性阴极保护设计应用边界元法

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1、站场区域性阴极保护设计应用边界元法顾颖波大庆油田工程有限公司（大庆油田设计院）摘要：阐述了站场区域性阴极保护设计的特点及难点，用数值分析方法对阳极地床位置及数量进行优化，同时对可能形成干扰的区域进行预测，节省投资，节约运行维护成本，提高设计效率，使设计成果更加合理可靠，为数值分析软件在区域性阴极保护系统上的应用提供了新思路。关键词：区域性阴极保护边界元阳极地床1、前言随着油田埋地钢质管道投入年限的不断延长，腐蚀老化穿孔现象经常发生，既影响了油田正常的生产、开发和管理，又污染了周边环境，给油田造成了巨大的经济损失。对站场埋地钢质

2、构筑物实施区域性阴极保护能够有效预防腐蚀的发生。区域性阴极保护设计中阳极地床的选取是否合理关系到整个阴极保护系统的保护效果。运用边界元法求解非均匀场，模拟区域内阴极保护电位分布及电流密度分布，优化阳极地床的设计，同时对可能产生屏蔽的区域进行预测，在优化阴极保护系统设计的同时提高了设计效率，在国内尚处在领先水平。2、区域性阴极保护设计特点大庆油田某含有污水处理站主要保护对象包括700m3缓冲罐2座、2000m3净化水罐2座、10000m3一次沉降罐2座、二次沉降罐（Φ28.0ｍ）2座、站内埋地钢质管道总面积约2800m2，接地极

3、面积约20m2。其特点如下：(1)该实施阴极保护的区域面积较大，所辖区域内被保护体众多，分布范围广；(2)地下构筑物几何形状复杂，绝缘情况不一；(3)埋地管道呈密集网状分布，干扰来源普遍存在；(4)保护电流需要量大，被保护对象不断变化；(5)屏蔽情况难以预测。3、区域性阴极保护设计难点阳极地床位置和数量的确定是决定阴极保护各个保护体是否都能得到有效保护的关键，地床布设合理则保护范围内的保护体电位均匀，对阴极保护系统调试容易。由于该区域管网密集，且相互交叉，因此地床的选择和地床位置的确定将影响整个阴极保护系统的有效性。一般情况下

4、阳极位置应与管道有一定的垂直距离，合理的范围是100~500m，当管道密集时，也可采用50~300m的垂直距离，并且阳极地床的地点选取也应满足阳极正常工作的要求，保证阳极工作时能够充分活化。阳极布置还应适应该地区的发展规划要求，不得干扰其他地下构筑物，阳极布设区域在站场外时，还应具备防盗、防损坏的要求。4、解决方法基于以上难点，设计仅凭工程经验选取阳极地床位置缺乏精确性。利用CPSOD软件，对阴极保护系统进行三维几何建模，网格划分，材料物性设置及边界条件设置。该软件是在windows2000/XP操作系统下采用NETFrame

5、work、patran、Tecplot联合开发的,能够实现以下功能：(1)获得整个区域保护系统中各处电位的分布，所有被保护对象表面的阴极保护电位分布及电流密度的分布。(2)计算不同方案下阴极保护电位分布情况，通过对阴极保护效果的比较，优化阳极系统的参数。设计过程中，变换地床位置及数量，将每次所获得的数学模型进行数值模拟计算，得到不同情况下整个区域土壤场中的电位分布云图及所有被保护对象的保护电位、保护电流分布云图，以获得保护电流的均匀分布；同时消除干扰及屏蔽区域，使整个区域内被保护对象都能在保护范围内，最终确定阳极地床设计方案。

6、出于阴极保护效果、节地等方面的综合考虑，本工程阳极地床类型选择深井阳极地床，因此仅对深井阳极类型地床进行位置及数量的数值模拟，具体模拟结果见图4-1。图4-1某含油污水站站场所有埋地金属构筑物上的电位分布5、结论（1）根据软件模拟结果，该含油污水处理站共设置深井钛合金阳极地床2座，阳极地床位置确定后，被保护体保护电位均在-0.850~-1.200之间（图4-1），满足标准规范要求；（2）该工程投产后，实测被保护体保护电位分布如图5-1所示。图5-1某含油污水处理扎站场区域阴极保护系统部分测试点保护电位分布图（3）与传统凭经验的

7、设计方法（试凑法）相比较，采用边界元方法求解非均匀场能够合理优化阳极地床数量，避免因预测不准、过保护而造成的设备容量增大，减少阴极保护系统2套，节省工程投资112.1万元；实现年节电4.38×104kW·h，年节省运行费用约2.25万元。（4）该区域性阴极保护工程投产以来，有效的控制了埋地管道的腐蚀速率，减少了管道穿孔频次，减少了原油和污水的泄漏次数，降低安全隐患，满足环保要求。同时减少了施工和调试的工作量，具有较好的社会效益。6、建议软件辅助阴极保护设计目前只在国内如西气东输等大型项目的站场阴极保护中有应用，在大庆油田站场阴

8、极保护中是首次使用，此技术在国内其它油田应用并成功的极少。此技术为油田站场区域性阴极保护、大区块区域性阴极保护设计提出了新思路，其成功的经验值得借鉴和总结。随着油田后期的发展，腐蚀问题越来越显著，合理的阴极保护技术为减少腐蚀、减少资源的浪费将做出巨大贡献。7、参考文献[1]陈