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          管道研究

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          輸油管道直流雜散電流干擾識別與防護

          來源:《管道保護》2022年第6期 作者:潘磊 時間:2022-12-29 閱讀:

          潘磊

          東部原油儲運公司天津輸油處

           

          摘要:埋地輸油管道周圍存在地鐵、特高壓直流輸電線路、直流電解系統等設施。這些設施在運行中產生的直流雜散電流不僅會影響管道陰極保護系統,造成恒電位儀異常停機,還會加速管道腐蝕,嚴重威脅管道安全運行。通過采取排流保護措施,以減少直流干擾對管道的危害。

          關鍵詞:輸油管道;直流雜散電流;排流保護

           

          隨著經濟社會發展和城市化水平不斷提高,埋地輸油管道周圍直流雜散電流包括地鐵系統、直流電解系統、直流電焊系統、特高壓直流輸電線路等來源逐漸增多,加上其他管道外加陰極保護系統直流雜散電流等,不僅會使埋地管道發生腐蝕,還會干擾陰極保護系統的正常運行。本文主要介紹某管段直流雜散電流干擾檢測,通過采取針對性排流保護措施,保障輸油管道安全運行。

          1  直流干擾識別與評價

          1.1  直流干擾影響

          直流雜散電流對不同管道陰極保護系統的干擾表現為:對于強制電流陰極保護系統,會導致通電點的電位波動,當干擾較大時,可能導致采用恒電位運行模式的恒電位儀無法正常運行。對于犧牲陽極陰極保護系統,動態直流雜散電流干擾可能會使犧牲陽極發生極性逆轉,降低犧牲陽極的電流效率,致使管道得不到有效的保護,使得腐蝕速率大大加快,管道在短時間內發生點蝕穿孔,甚至會誘發應力腐蝕開裂。直流雜散電流腐蝕的特點是干擾范圍廣,腐蝕速度快。腐蝕點呈孔蝕狀、創面光滑、有時有金屬光澤、邊緣較整齊,腐蝕產物呈炭黑色細粉狀。當有水分存在時,可明顯觀察到電解過程跡象。

          1.2  直流干擾識別評價

          根據GB 50991―2014《埋地鋼質管道直流干擾防護技術標準》“直流干擾的識別和評價”,按管道處于設計階段、無陰極保護和已投運陰極保護三種管道工況來判斷管道所受的直流干擾程度。針對設計階段的管道,可采用管道擬經路由兩側各20 m范圍內的地電位梯度判斷土壤中雜散電流的強弱,來評估管道敷設后可能受到的直流干擾影響,并應根據評估結果預設干擾防護措施。針對剛剛建成未投產且實施陰極保護的管道,宜采用管地電位相對于自然電位的偏移值進行判斷,評估是否采取干擾防護措施。針對建成投產已實施陰極保護的管道,當干擾導致管道不滿足最小保護電位要求時,應及時采取干擾防護描施。

          對于現役輸油管道,均采用了犧牲陽極或強制電流的陰極保護方式,當干擾導致管道不滿足最小保護電位要求時,應及時采取干擾防護措施。

          2  排流防護措施

          根據管道直流雜散電流調查和測試結果,選擇排流保護、陰極保護、防腐層修復、等電位連接、絕緣隔離、絕緣裝置跨接和屏蔽等干擾防護措施。對于已采用強制電流陰極保護的管道,應首先通過調整現有陰極保護系統抑制干擾。當調整被干擾管道的陰極保護系統不能有效抑制干擾的影響時,應采取排流保護及其他防護措施。常用的排流保護措施如表 1所示。

          表 1 管道直流干擾常用的排流保護方式


          3  防護實例

          位于北京沿線的某管道陰保站恒電位儀運行不穩定,經常自動停機。根據GB/T 21246―2007《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》等規定,采用極化探頭或試片法測試管地電位并消除土壤IR降的影響,使用UDL2數據記錄儀對管道沿線電位進行24小時測試。檢測數據顯示管道自然電位偏負,在投用恒電位儀并將預制電位設置為﹣0.86 V后,測得陰極保護通電電位在﹣1.0 V ~2.0 V之間跳動,見圖 1。


          圖 1 管道24小時電位檢測數據

          從圖 1可以看出,在夜間即地鐵停運階段,通電電位及斷電電位均比較平穩,而在白天其電位均波動劇烈。通過調查管道周圍環境和測試管道陰極保護數據,發現距離管道約3 km處有北京地鐵燕房線,且測試樁管道電位白天波動劇烈和夜間管道電位變為平穩的時間與地鐵運行時間近乎一致,因此可以基本判斷該處管道受到地鐵影響。進一步研究該處測試樁處的斷電電位,發現在地鐵運行階段,有部分斷電電位正于﹣0.85 VCSE。 據此判定該處管道處于欠保護狀態。

          通過調整陰極保護系統未能有效抑制干擾影響。經測試電位偏正位置平均通電電位在﹣0.3 VCSE左右,確定為直流雜散電流的流出點。此后對該管段開展直流干擾整治,對雜散電流流出區域管道防腐層和本體缺陷進行修復,同溝敷設兩條排流鋅帶進行直接排流,緩解了直流干擾。在原受干擾段每隔2 km埋設陰極保護測試試片和ER腐蝕速率探頭,監測該處管道的電位變化和腐蝕速率。

          整改措施完成一年后,通過24小時電位數據監測,原受干擾管段斷電電位均負于﹣0.85 VCSE,管道處于有效保護狀態,達到了預期整治目的。

          4  結論

          當前埋地管道受動態直流雜散電流干擾問題日益嚴重。由于雜散電流的動態波動性,電流的方向和大小隨機變化,在管道同一缺陷點處存在雜散電流的流入和流出,即發生金屬界面陰陽極極化的交替,使得腐蝕風險的評估具有一定的難度。需要在管道設計、施工、投產運行全過程中,采用有效的檢測、監測技術及科學合理的預防措施和綜合治理方法。


          作者簡介:潘磊,1986年生,天津輸油處燕山輸油站副站長,工程師,主要從事油氣管道陰極保護、腐蝕與防護、完整性管理等工作。聯系方式:13012000600,bingwangpanlei@163.com。


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