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油氣管道直流雜散電流的腐蝕與防護

文檔作者：高?? 博, 申龍涉, 孟祥謙, 閆陵江, 韓海倉, 馬立新文檔來源：遼寧石油化工大學油氣儲運工程系		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年04月29日
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上一篇：油氣集輸管道內(nèi)腐蝕防護技術(shù)解析

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?? 2010年
?? 第4期Pipe line?? Techn ique?? and?? Equipment
2010??
No??4??
收稿日期: 2009 - 07- 20?? ?? 收修改稿日期: 2010- 02- 24
油氣管道直流雜散電流的腐蝕與防護
高?? 博, 申龍涉, 孟祥謙, 閆陵江, 韓海倉, 馬立新
( 遼寧石油化工大學油氣儲運工程系, 遼寧撫順?? 113001)
?? ?? 摘要: 文中較全面地闡述了直流雜散電流對埋地金屬管道的腐蝕原理, 介紹了雜散電流對埋地金
屬管道的腐蝕特點和排流保護的方法, 并提出防止直流雜散電流腐蝕的措施和原則。
關(guān)鍵詞: 雜散電流; 油氣管道; 腐蝕; 排流保護; 防護措施
中圖分類號: TE98?? ?? 文獻標識碼: A?? ?? 文章編號: 1004- 9614( 2010) 04- 0041- 03
DC Stray Current Corrosion and Protection ofO ilGas P ipeline
GAO Bo, SHEN Long??she, MENG X iang??qian, YAN L ing??jiang, HAN H ai??cang, MA Li??x in
(D epartment ofO il&amp;amp; Gas Storage and Transpor tation,
L iaoning University of Petroleum &amp;amp; Chem ica l Technology, Fushun 113001, China)
Abstrac t: Th is paper expounds the pr inc iple o fm eta llic pipe lines co rrosion caused byDC stray current, introduces the corro??
s ion feature o f me tallic p ipelines and then describes the m ethods o f dra ined current pro tection and propo ses the m easures and
pr inciple of how to protect m eta llic p ipelines from DC stray curren t corros ion.
K ey words: stray cu rrent; o il gas p ipe line; co rrosion; dra ined current pro tection; preventive m easures
0?? 引言
雜散電流腐蝕的防護和監(jiān)測, 是鐵路設(shè)計、建設(shè)、
運營維護中必須考慮的問題, 而雜散電流的腐蝕是一
個長期積累的結(jié)果, 給研究工作帶來一定難度。
由于鐵路結(jié)構(gòu)在施工完成后己定型, 經(jīng)過若干年
運營后, 如果因發(fā)生腐蝕而要對主體結(jié)構(gòu)進行翻修將
是十分困難的。所以保障地下管道的安全運行被提
到了重要的位置[ 1] 。
由于管道地床的土壤介質(zhì)、細菌以及地下雜散電
流的作用, 埋在地下的金屬管道經(jīng)常受到電化學腐
蝕, 其中最主要的是雜散電流的危害。據(jù)東北輸油管
理局統(tǒng)計, 由于電氣化鐵路等設(shè)施的大規(guī)模建設(shè), 受
到雜散電流干擾影響的管道日益增多, 其中大部分的
腐蝕穿孔事故來自雜散電流的影響, 嚴重時, 位于直
流電氣化鐵路附近的管道, 半年就發(fā)生腐蝕穿孔。因
此, 對雜散電流的研究非常重要。
1?? 雜散電流及管道電位變化圖
雜散電流是指在規(guī)定的電路以外流動的電流[ 2] ,
如從回路中流入土壤、水中的電流。雜散電流流入管
道后, 從管道中流出的部位將受到腐蝕。雜散電流有
直流、交流和大地中的地電流3種狀態(tài)。其中, 直流雜
散電流對埋地管道的腐蝕危害最大, 若管道正處于此
雜散電流的影響范圍內(nèi), 則雜散電流就會從管道防腐
層的破損處流入管道, 然后從距電車供電系統(tǒng)負回歸
線較近的防腐層破損處流出, 返回鐵軌。
埋地鋼質(zhì)管道在沒有雜散電流時, 只發(fā)生自然腐
蝕, 大部分屬于原電池腐蝕的模型。雜散電流的流動
過程形成了2個腐蝕電池, 一個是電流流出鐵軌進入
管道處, 鐵軌是腐蝕電池的陽極, 發(fā)生腐蝕, 管道為陰
極, 不腐蝕; 另一個是電流流出管道返回鐵軌處, 這時
管道是腐蝕電池的陽極, 發(fā)生腐蝕, 鐵軌則是陰極, 不
腐蝕。圖1給出了管道電位的變化圖, 由圖1可判斷
出管道腐蝕電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)以及雜散電流最
強的部位。[ 3]
圖1?? 管道電位變化圖
通常, 無雜散電流時, 腐蝕電池兩極電位差僅
0??65 V左右, 雜散電流存在時, 管地電位可達8~ 9 V.
因此, 雜散電流干擾對金屬管道的腐蝕比一般的土壤
?? ?? ?? ??
?? ??????42 P ipeline Technique and Equ ipment Jul??2010??
腐蝕要強烈得多。壁厚為7~ 8mm的鋼管, 在雜散電
流的作用下, 4~ 5個月即可發(fā)生腐蝕穿孔。因此, 雜
散電流的腐蝕是管道腐蝕穿孔的主要原因。
2?? 直流雜散電流的腐蝕原理
以直流電氣化鐵路引起的干擾腐蝕為例, 其引起
管道雜散電流腐蝕的原理見圖2。電流從供電所經(jīng)輸
出饋線、電車、軌道、負極母線返回發(fā)電機。在鐵軌連
接不好、接頭電阻大處, 部分電流將由軌道的絕緣不
良處向大地漫流, 從土壤流入管道后又流出, 再從大
地流回軌道。雜散電流這種流動將使鐵軌和管道均
受到腐蝕。
1?? 輸出饋電線; 2?? 匯流排; 3?? 發(fā)電機; 4?? 電車動力線;
5?? 管道; 6?? 負極母線
圖2?? 直流雜散電流腐蝕的原理圖
圖2中管道可分為3個區(qū)域: 靠近供電所處, 雜散
電流從管道流出, 管道形成陽極區(qū)受到腐蝕; 在雜散
電流流入?yún)^(qū), 管道形成陰極區(qū), 受到某種程度的陰極
保護; 在管道中間形成極性交變區(qū), 雜散電流可能流
入也可能流出, 當雜散電流流出時管道受到腐蝕。
架線電機車牽引網(wǎng)路中, 軌道起回流線作用, 由
于軌道與路床之間沒有電氣絕緣, 所以敷設(shè)軌道的路
床和路面如同一條電氣分路。潮濕使路床的導(dǎo)電性
能大大增加, 鋼軌中流動的部分電流會轉(zhuǎn)移出來流經(jīng)
路床和周圍的巖石。這種從軌道中轉(zhuǎn)移出來的電流
稱為雜散電流。軌道電位高于大地時, 雜散電流由軌
道流入大地, 形成陽極區(qū), 而當軌道電位低于大地, 雜
散電流由大地流回軌道, 形成陰極區(qū)。在實際中, 由
于電機車沿軌道移動, 所以沿軌道的全長都可能是陽
極區(qū)。圖3說明了雜散電流在軌道和管道之間的流動
過程。
3?? 直流雜散電流腐蝕的特點
( 1)直流雜散電流干擾的影響廣, 往往是地域性
的。在某一地區(qū)中, 有直流雜散電流干擾時, 所有埋
地金屬構(gòu)筑物均會受到影響。而干擾影響有交互作
用, 一個被干擾體, 又往往是另一個埋地金屬構(gòu)筑物
的干擾源。如陰極保護管道附近、陽極地床附近都可
能對鄰近的管道形成直流雜散電流干擾。
1?? 電流由鐵軌進入管道, 鐵軌是腐蝕電池的陽極, 發(fā)生腐蝕,
管道為陰極, 不腐蝕; 2?? 電流由管道進入鐵軌, 管道是腐蝕電
池的陽極, 發(fā)生腐蝕, 鐵軌是陰極, 不腐蝕。
圖3?? 鐵軌與管道電流流向圖
( 2)直流雜散電流的分布情況復(fù)雜多變。例如,
電氣化鐵路產(chǎn)生的直流雜散電流就與軌道上行駛的
車輛的數(shù)量、位置、軌道狀況及土壤情況有關(guān), 是隨時
間變化的。因此, 管道上直流雜散電流干擾的狀況在
位置分布、時間分布上都有較大差異。
( 3)直流雜散電流存在時, 管道上的管地電位可
高達8~ 9 V, 通過的電流可達幾百A, 這將引起比一
般土壤腐蝕激烈很多的、高速率的雜散電流干擾腐
蝕。
4?? 排流保護方法
為了使管道中流動的雜散電流直接流回(不再經(jīng)
大地)至電氣化鐵路的回歸線(鐵軌等) , 需要將管道
與電氣化鐵路回歸線(鐵軌等)用導(dǎo)線作電氣上的連
接, 這一作法稱排流法。利用排流法保護管道不遭受
電蝕, 稱為排流保護。
4. 1?? 直接排流法
把管道與電氣化鐵路變電所中的負極或回歸線
(鐵軌)用導(dǎo)線直接連接起來, 見圖4。這種方法無需
排流設(shè)備, 最為簡單, 造價低, 排流效果好。但是當管
道對地電位低于鐵軌對地電位時, 鐵軌電流將流入管
道內(nèi)(稱作逆流)。所以這種排流法, 只能適用于鐵軌
對地電位永遠低于管地電位, 不會產(chǎn)生逆流的場合,
而這種機會可能不多, 限制了該方法的應(yīng)用。
圖4?? 直接排流法示意圖
4. 2?? 極性排流法
由于負荷的變動, 變電所負荷分配的變化等, 管
地電位低于鐵軌對地電位而產(chǎn)生逆流的現(xiàn)象比較普
遍。為了防止逆流, 使雜散電流只能由管道流入鐵
軌, 必須在排流線中設(shè)置單向?qū)ǖ亩O管整流器、
逆電壓繼電器等裝置, 這種裝置稱排流器。而具有這
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?? ?? ?? ??
?? 第4期高博等:油氣管道直流雜散電流的腐蝕與防護 ??????43??
種防止逆流的排流法稱極性排流法, 如圖5所示。
圖5?? 極性排流法示意圖
4. 3?? 強制排流法
在管道和鐵軌的電氣接線中加入直流電流, 促進
排流, 如圖6所示。這種方法也可看做是利用鐵軌做
輔助陽極的強制電流陰極保護。由于鐵軌對地電位
變化大, 所以也存在逆流問題, 需要有防逆流回路。
這種方法可能使管道過保護, 而使鐵軌腐蝕加強, 還
可能對附近的埋地金屬構(gòu)筑物有干擾。故采用這種
方法時應(yīng)慎重。
圖6?? 強制排流法示意圖
4. 4?? 接地排流法
與前3種排流法不同的是, 管道中的電流不是直
接通過排流線和排流器流回鐵軌, 而是流入接地極,
散流于大地, 然后再經(jīng)大地流回鐵軌, 如圖7所示。這
種排流法還可以派生出極性排流法和強制性排流法。
雖然排流效果較差, 但是在不能直接向鐵軌排流時卻
有優(yōu)越性, 缺點是需要定期更換陽極。
圖7?? 接地排流法示意圖
5?? 直流雜散電流腐蝕防護的原則
由直流雜散電流腐蝕的特點可見, 對于復(fù)雜多變
的情況[ 4] , 沒有一個普遍適用的防護措施。排流保護
是主要的、有效的方法, 但要收到良好效果往往還需
要其他輔助措施相配合。國內(nèi)的防腐工作者在總結(jié)
多年實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 提出了 綜合治理!和 共同
防護!的直流雜散電流干擾防護原則。
綜合治理!是指: 一方面在采用排流保護的同
時, 輔以防腐層維修、更換、絕緣連接, 串入調(diào)節(jié)電流
的電阻, 采用有源電場的屏蔽等措施, 提高排流保護
效果; 另一方面, 采取措施減少干擾源泄漏到大地的
電流量, 是解決干擾問題最直接的方法。從干擾源與
管道兩方面采取相應(yīng)措施來綜合治理, 是減少直流雜
散電流腐蝕最經(jīng)濟、有效的途徑。
某一條管道采用排流保護后, 相當于電氣化鐵路
的鐵軌延長, 會對該地區(qū)其他埋地金屬物體形成次生
干擾。若另一管道再增設(shè)排流保護, 往往會對已防護
的管道造成影響。這將使干擾情況復(fù)雜而難以達到
良好保護效果[ 5 ] 。
共同防護!的原則是把某一干擾地區(qū)的所有被
干擾體都納入一個系統(tǒng)中進行防護, 構(gòu)成統(tǒng)一的排流
保護系統(tǒng)。由于一個地區(qū)的干擾源和防護對象分別
屬于多個部門、單位, 聯(lián)合行動才能實行。
參考文獻:
[ 1] ?? 曾榮昌, 韓恩厚. 材料的腐蝕與防護. 北京: 化學工業(yè)出版
社, 2006.
[ 2] ?? 楊筱蘅. 輸油管道設(shè)計與管理. 東營: 中國石油大學出版
社, 2006.
[ 3] ?? 姜長洪. 輸油管道腐蝕與雜散電流測量. 管道技術(shù)與設(shè)
備, 2004( 1) : 10- 12.
[ 4] ?? 李津. 成品油管道雜散電流干擾的防護. 石油化工腐蝕與
防護, 2006, 23( 2): 35- 38.
[ 5] ?? 唐永祥, 宋生奎, 朱坤鋒. 油氣管道的雜散電流腐蝕防護
措施. 石油化工建設(shè), 2007( 8): 42- 44.
作者簡介: 高博( 1982?? ), 碩士研究生, 主要研究方向為油氣集
輸。
(上接第17頁)采取的行動, 確保在緊急事件中所采
取的各個搶救步驟能夠有條不紊地進行。制定的程
序必須要符合整個管道系統(tǒng)的特殊要求, 建議定期進
行緊急行動演練。
3?? 結(jié)束語
氧氣管道系統(tǒng)內(nèi)部的清潔度要求非常高, 因此氧氣
管道的除銹和脫脂是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié), 在施工和投產(chǎn)的
整個過程都需要確保管道內(nèi)的清潔。其他環(huán)節(jié)沒有特
別的要求。因此, 氧氣管道雖然存在風險, 但只要在各
個環(huán)節(jié)采取了正確的措施, 就能確保其安全運行。
參考文獻:
[ 1] ?? GB 16912?? 1997?? 氧氣及相關(guān)氣體安全規(guī)程.
作者簡介: 崔海莉( 1980?? ), 工程師, 從事工藝管道的設(shè)計工
作。

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