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油氣管道直流雜散電流腐蝕防護研究進展

文檔作者：孫云峰1,李毅2,王中良1,梁晶3 文檔來源： 1.中石油北京油氣調控中心 2.中石油西南管道公司 3.中石油規(guī)劃總院		點擊數：	更新時間： 2024年06月30日
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上一篇：油氣田管道建設過程中防腐和防護措施

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2015 年
第6 期Pipeline Technique and Equipment
2015
No． 6
收稿日期:2014-11-25 收修改稿日期:2015-06-20
油氣管道直流雜散電流腐蝕防護研究進展
孫云峰1,李 毅2,王中良1,梁 晶3
(1.中石油北京油氣調控中心,北京 100007;2.中石油西南管道公司,四川成都 610041;3.中石油規(guī)劃總院,北京 100083)
摘要:以國內外油氣管道直流雜散電流腐蝕的研究成果為基礎,分析了直流雜散電流腐蝕的機理、
特點,列舉了國內外直流雜散電流腐蝕測試方法,同時總結了目前直流雜散電流腐蝕的防護技術與防
護方案。基于國內外對直流雜散電流腐蝕的研究進展,通過對比分析,提出了測試與防護的相關建議。
關鍵詞:油氣管道;直流雜散電流;測試;防護措施;腐蝕
中圖分類號:TE988 文獻標識碼:A 文章編號:1004-9614(2015)06-0034-03
Development of DC Stray-current Corrosion Protection Study
on Oil and Gas Pipeline
SUN Yun-feng1, LI Yi2,WANG Zhong-liang1,LIANG Jing3
(1.PetroChina Oil and Gas Pipeline Control Center,Beijing 100007,China;
2.PetroChina Southwest Pipeline Company,Chengdu 610041,China;
3.PetroChina Planning and Engineering Institute,Beijing 100083,China)
Abstract: Based on the research results of DC stray-current corrosion of oil and gas pipeline at home and abroad, the mechanism
and characteristics of DC stray-current corrosion were analyzed. The DC stray-current corrosion test methods at home and abroad
were listed. At the same time, the current DC stray-current corrosion protection technology and protection scheme were
summarized. Based on the study of DC stray-current corrosion at home and abroad, advices on testing methods and protection
strategies are given by comparision.
Key words: oil and gas pipeline;DC stray-current;monitoring;protection; corrosion
1 直流雜散電流腐蝕機理及特點
當直流電流沿地面敷設的鐵軌流動時,直流電流
從鐵軌絕緣不良處泄漏到大地,進入管道,沿管道流
動一段距離后,又從管道流入土壤,在電流流出的部
位,管道發(fā)生腐蝕,即雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕
示意圖見圖1。
Thomas J. Barlo 和Alan D. Zdunek[1] 認為雜散電
流的腐蝕特性具有以下特點:腐蝕強度大;腐蝕集中
于局部位置;腐蝕范圍廣,隨機性強。
2 雜散電流測試方法
傳統的測試方法主要包括[2] :管地電位測量法;
現有的電氣連接監(jiān)控;電壓和電流檢查;整流器/ 變壓
器電壓和電流檢查。
近幾年,經過研究實驗,國外學者對傳統的測試
方法做出了一些改進,同時也提出了一些新的方法。
K. Looijenga 等[3] 提出利用試片法對管道直流干
擾進行測試。該方法的現場測試方案見圖2。在腐蝕
圖1 雜散電流對埋地管道的腐蝕示意圖
試片上制造一定大小的防腐層缺陷,來模擬管道上的
防腐層缺陷,然后將試片埋設在管道附近并通過測試
樁內的數據記錄器與管道連接,同時參比電極也通過
數據記錄器與管道連接。這樣,數據記錄器就可以測
量記錄直流電流密度、陰極保護斷電極化電位Eoff 等
參數,對管道雜散電流腐蝕情況作出評價。
Kenneth． J. Moody[4] 提出3 種新的雜散電流測量
方法:在鐵路沿線埋設一系列鋅陽極參比電極,通過
第6 期孫云峰等:油氣管道直流雜散電流腐蝕防護研究進展 35
圖2 試片法現場測試方案
測量各參比電極之間的電位變化對雜散電流的變化
進行監(jiān)測,這種方法缺點是成本太高;在變電所周邊
埋設永久Cu/ CuSO4 參比電極,通過測量變電所周圍
電位變化和電流方向監(jiān)測雜散電流,這種方法只在沿
線軌地電阻較穩(wěn)定時較準確;在鐵軌下方混凝土道床
內嵌入測試網監(jiān)測雜散電流,這種方法成本較高。
W. Parker 和James Walton 提出利用電磁雜散電
流測繪儀以及相關分析軟件,對測量管線周圍的電磁
場進行測量和分析,以完成對雜散電流的檢測和分
析[5] 。同時提出:對于動態(tài)雜散電流,可在管道沿線
利用信號發(fā)送器和接收器完成監(jiān)測;對于外部陰極保
護系統造成的靜態(tài)雜散電流,可在外部陰極保護系統
上安裝斷流器,然后對雜散電流進行測量。
臺闖、李博文等[6] 在了解儀器特點的基礎上,結
合國內外標準研制了SCM-4200 型交直流雜散電流測
量儀,在一定程度上滿足了不同用戶的要求。但是,
還需要大量的現場實踐去檢驗和完善。
國內外學者利用新方法及儀器對雜散電流進行
監(jiān)測,現場實驗效果有待進一步驗證,有些測試效果
可以保證,但投資較大。
3 直流雜散電流腐蝕防護方法
目前雜散電流防護設計方法可分為2 類:控制雜
散電流產生的源頭,減少雜散電流的產生;對已產生
的雜散電流采取排流措施,減輕其腐蝕危害。
3.1 源控制法
(1)提高牽引網壓。
(2)合理設置變電所。縮短供電半徑,增設變電
所,采用雙邊供電。
(3) 降低回流回路的阻值。增大鋼軌橫截面積;
走行軌盡量選用重型軌(如60 kg/ m 型軌),且鋼軌應
焊接成長鋼軌;各段走行軌之間都應有暢通的電氣連
接,在道岔與撤岔的連接部位設置電纜連接;安裝均
流電纜,可以將回路電阻降至原來的l/4 左右。
(4) 增加雜散電流流通路徑的電阻?？刹捎靡?
下措施:
增加軌道對地的過渡電阻。合理調整混凝土配
料,Jack Tinnea 和Ryan Tinnea[7] 經過反復實驗證明,
由標準水泥、減水劑、防水劑、礦渣、粉煤灰、濃縮二氧
化硅等礦物質混合物按一定比例混合而成的混凝土
電阻明顯提高;Ian Cotton 等[8] 通過模擬證明,使用浮
動軌道可以有效地減少雜散電流的泄漏。
增加埋地金屬管線的阻值。管道支架、穿結構套
管與管道之間加絕緣橡膠墊;管道需安裝絕緣接頭或
絕緣法蘭;管道外部覆蓋層要求完整無針孔,與金屬
管道結合牢固;管道和鐵軌交叉采取垂直方式,交叉
處管段采取特加強防腐。
3.2 排流保護
排流保護法可以分為直接排流法、極性排流法、
強制排流法和接地排流法。楊華、史秀敏[9] 研制了一
種管道雜散電流智能排流裝置,該裝置既能獨立進行
管道雜散電流的實時在線監(jiān)測和自動排流,也可以作
為管道雜散電流監(jiān)測防護系統的一部分,將裝置的工
作狀態(tài)和工作參數等通過無線通信方式遠傳到監(jiān)控
中心。但此裝置的實際應用效果有待進一步驗證。
3.3 陰極保護
3． 3． 1 外加電流陰極保護
雜散電流干擾存在時,通常根據實測管地電位調
整陰極保護系統外加電流大小,使受干擾管道處于保
護電位(-0． 85 V),而由于管/ 地電位測量中土壤IR
降的存在,實際管道電位并未處于保護電位。根本原
因是:
Eon =Eoff +IR (1)
式中:Eon為通電保護電位;Eoff 為斷電瞬間極化電位,
是真實電位,也是相關準則所確認的-0.85 V 電位;IR
為土壤電阻電壓降,隨雜散電流變化而變化。
可見,Eon 處于- 0. 85 V 時,真實電位Eoff 小于
-0.85 V。
為此,L. Lazzari 等[10] 提出一種基于真實電位檢
測的雜散電流防護方法。首先,在理論上進行了推
導,得出如下結論:
?Eon
?t =k ?Iprobe
?t (2)
式中:k 為常數;Iprobe為通過腐蝕試片的電流。
這一方程說明,Iprobe 隨時間的變化趨勢與Eon 相
同。
經過理論推導與實驗研究,L. Lazzari, M. Or36
Pipeline Technique and Equipment Nov． 2015
mellese 認為測量試片電流值(以電壓信號測得),并以
此作為依據使陰極保護系統改變外加電流大小,設定
一個最小陰極保護電流IP ,I 為測得試片電流值,則
ΔI =I-IP ,依據ΔI 來改變外加電流大小,這樣可以有
效改進陰極保護系統,消除IR 降的影響,改善雜散電
流防護效果。他們提出的測量方案見圖3,包含試片
的探測器結構見圖4。
圖3 試片電流測量方案
圖4 探測器內部結構圖
3． 3． 2 犧牲陽極陰極保護
在礦井的井套管直流雜散電流腐蝕防護方面,
I.A.Metwally等[11] 將一根不使用的井套管作為犧牲陽
極去保護與其并行的正在使用的井套管,取得了良好
的保護效果,同時對井套管的布置方式做了說明,如
圖5 與圖6 所示。
圖5 廢棄套管保護1 個相鄰的在役套管
圖6 廢棄套管保護3 個相鄰的在役套管
對于受雜散電流腐蝕較嚴重的管段,可以考慮將
一段廢棄的管道作為犧牲陽極按照一定間距與被保
護管段平行鋪設,緩解這一管段的雜散電流腐蝕。
3.4 雜散電流收集法
由于道床鋼筋更靠近鋼軌,是雜散電流的第一層
收集網,將道床鋼筋縱向焊接形成一層縱向電氣通
路,并賦于道床鋼筋一定的截面, 就形成了雜散電流
收集鋼筋網。這是主要針對運營期間,當先期防護措
施逐漸失效或滲水等因素造成大量雜散電流時而采
取的防護措施。
Ian Cotton 等[8,12] 研究了土壤電阻對直流軌道系
統以及地下設施雜散電流腐蝕的影響,研究結果表
明,道床下的土壤特征對道床中雜散電流收集網的收
集效果有很大影響:土壤電阻越大,收集效果越好。
對于水平土壤特征模型(圖7),上層土壤電阻小于下
層時,收集網效果較好,即土壤電阻隨土壤深度增大
時收集網的效果較好。
圖7 兩層水平土壤特征模型
豎直土壤特征模型如圖8 所示,A、B、C、D 四層土
壤,電阻小的土壤層中收集網效果較差,泄漏雜散電
流較多,管道腐蝕較嚴重。因此,獲得軌道沿線土壤
特征的詳細信息,對雜散電流收集網的設計與優(yōu)化有
重大意義。
圖8 4 層豎直土壤特征模型
4 結束語
通過對國內外埋地管道直流雜散電流的測試方
法進行對比分析,考慮到投資費用以及測試的準確
性,推薦采用腐蝕試片法進行雜散電流的監(jiān)測。
通過對國內外埋地管道直流雜散電流腐蝕的防
護方法進行對比分析,本文認為:
(1)全面采用國內外的各種源控制方法,力爭從
源頭上消除雜散電流。
(下轉第39 頁)
第6 期羅鵬等:Q235 鋼在凍土區(qū)管線土壤腐蝕性研究 39
相差最大。
2． 2． 2 測試結論
(1)隨著含水量的不斷升高,Q235 鋼在土壤樣品
中的腐蝕速率存在逐漸擴大的趨勢。這是因為水分
能使土壤形成電解質進而形成腐蝕原電池,含水量顯
著影響土壤的理化性質,進而影響金屬的土壤腐蝕行
為。
(2)溫度越高,Q235 鋼在土壤樣品腐蝕速率越
高。這是因為溫度升高,氧含量升高,Q235 鋼在土壤
樣品中主要起著陰極去極化的作用,去極化導致自腐
蝕電流增加,土壤對Q235 鋼的腐蝕作用增強[6] 。其
腐蝕反應為:
Fe →Fe2+ +2e (陽極反應)
12
O2 +H2O+2e →2OH-(陰極反應)
(3)在同一溫度下,沼澤濕地的土壤腐蝕性要高
于山坡林地的土壤腐蝕性,這主要是由于兩者理化性
質所決定的。3 結論
在同一溫度下,凍土區(qū)沼澤濕地的土壤腐蝕性高
于山坡林地的土壤腐蝕性,隨著溫度上升,土壤腐蝕
性呈增強的趨勢。隨著土壤樣品含水量的增加,電
荷轉移電阻呈現逐漸增大的趨勢。
參考文獻:
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2005, 21(2): 98-101.
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(4): 218-220.
[6] 梁庚白, 孔令軍. 寶浪油田土壤腐蝕性評價研究. 全面腐
蝕控制,2003,17(6): 16-18.
[7] 曹君飛, 陳普信, 徐克, 等. 溫度對不同含水率土壤中碳
鋼腐蝕行為的影響. 材料保護, 2008, 41(3): 11-14.
作者簡介:羅鵬(1982—),工程師,碩士,主要從事油氣管道腐
蝕與防護技術研究工作。
E-mail: kjluopeng@ petrochina.com.cn
(上接第36 頁)
(2)將傳統排流方法與陰極保護相結合。對于外
加電流陰極保護,為消除IR 降對陰極保護效果的不
利影響,可采用電流作為保護判據,按照L. Lazzari 和
M.Ormellese等提出的方案改進陰極保護系統。對于
犧牲陽極陰極保護,I.A.Metwally 等利用廢棄井套管作
為犧牲陽極保護臨近在用井套管的方法值得借鑒。
(3)采用雜散電流收集法時,了解軌道沿線土壤
特征的詳細信息,如土壤電阻大小、橫向縱向土壤電
阻的變化等,對雜散電流收集網的優(yōu)化設計有重要意
義。
參考文獻:
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And Buried Utilities.Corrosion:2007.Paper No.07645.
作者簡介:孫云峰(1986—),工程師,碩士,主要從事液體管道
調度運行工作。
E-mail:sunyunfengchinasun@ 163.com
油氣管道直流雜散電流腐蝕防護研究進展
作者： 孫云峰， 李毅， 王中良， 梁晶， SUN Yun-feng， LI Yi， WANG Zhong-liang， LIANG
Jing
作者單位： 孫云峰,王中良,SUN Yun-feng,WANG Zhong-liang(中石油北京油氣調控中心,北京,100007)，
李毅,LI Yi(中石油西南管道公司,四川成都,610041)， 梁晶,LIANG Jing(中石油規(guī)劃總院,北
京,100083)
刊名：
管道技術與設備
英文刊名： Pipeline Technology and Equipment
年，卷(期)： 2015(6)
引用本文格式：孫云峰.李毅.王中良.梁晶.SUN Yun-feng.LI Yi.WANG Zhong-liang.LIANG Jing 油氣管道直流雜散電
流腐蝕防護研究進展[期刊論文]-管道技術與設備 2015(6)

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