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          管道研究

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          原油管道陰保系統常見故障及處置措施

          來源:《管道保護》2023年第2期 作者:張麗萍 劉旭 汪珉 楊帆 王波 趙志國 時間:2023-4-18 閱讀:

          張麗萍 劉旭 汪珉 楊帆 王波 趙志國

          國家管網集團北方管道秦皇島輸油氣分公司

           

          摘要:針對某原油管道陰保系統投用后運行異常,列舉了系統運行常見故障,分析了故障原因及其他干擾系統正常運行的影響因素,提出了針對性處置措施,以使陰極保護系統發揮有效作用。

          關鍵詞:原油管道;陰極保護系統故障;影響因素分析

           

          津華原油管道起點為天津港南疆港區匯鑫油庫,終點為河北省任丘市華北石化煉廠,于2015年9月投產,全長189.2 km,管徑508 mm,壁厚7.1 mm/7.9 mm/8.7 mm,管材L415M,設計壓力6.3 MPa,設計輸量700×104 t/a,全線穿越公路16處,穿越鐵路7處,穿越河流11條。埋地保溫管道采用加強級熔結環氧粉末防腐層(厚度≥400 μm),定向鉆穿越段采用加強級3LPE防腐。強制電流陰極保護恒電位儀分別設在管道里程29.9 km處(1#恒電位儀)和128.4 km處(2#恒電位儀)。陰極保護系統故障會影響其管道防腐效果,需要采取針對性處置措施。

          1  陰極保護系統常見故障及原因

          1.1  恒電位儀運行異常

          (1)異,F象。管道投產之初,1#恒電位儀常常出現輸出電流11.2 A、輸出電壓10.1 V的異常情況,2#恒電位儀輸出電流僅0.6 A,輸出電壓1.1 V。在采用定向鉆穿越的子牙河管段,其電位明顯負于同在大城縣境內的荒地段電位100 mV左右。

          (2)原因分析。①土壤電阻率。當土壤電阻率均勻,管道電阻忽略不計時,與輔助陽極距離最近點電流密度最大,距陽極越遠,電流密度越小。恒電位儀覆蓋管段管道沿線土壤電阻率變化較大,對管道電流分布產生較大影響。土壤電阻率較大時,導致管道電流密度較小,管道電位變正;土壤電阻率較小時,導致管道電流密度較大,管道電位變負。陰極保護系統開始工作時會有電流進入土壤并在其中流動,進而產生了IR降。由于在陰保站和沿線測得的電位都是通電電位,還需要考慮IR降對測量數據的影響。1#恒電位儀位于水池邊,土壤電阻率;接近于三分之二額定電流電壓運行狀態。而2#恒電位儀位于鄉村道路邊的荒地中,陽極地床的回填土中有建筑垃圾,導致陰極保護電流輻射范圍較小。②輔助陽極布設位置。當土壤電阻率均勻、輔助陽極布置合理時,由輔助陽極流出的電荷均勻分布于土壤中,流向管道的電荷也是均勻的;當輔助陽極布置不合理時,輔助陽極集中的地方流向管道的電荷就多,管道電位變負。

          1.2  雜散電流干擾

          (1)干擾源。管道沿線電氣化鐵路是影響陰保系統正常運行最為嚴重的雜散電流干擾源,其次是與已建10 kV及以上高壓交/直流輸電線路并行或交叉干擾影響。

          (2)干擾原因。由于電氣化鐵路、高壓交流輸電線路運行時會在周邊產生電磁場,電磁場范圍內的管道會因電磁感應而在管道內部產生干擾電流和電壓。直流系統,特別是地鐵等其漏失在大地中的電流流入土壤和埋地金屬管線中,然后再從埋地金屬物中流出,流向大地再返回到牽引變電所的負極,形成直流電流干擾。

          1.3  絕緣接頭失效

          (1)故障現象。管道站場區域陰保系統采用多路恒電位儀,其中一個站場采用2用2備運行模式,另一個站場采用4用2備運行模式。正常情況下與站外線路陰保系統之間通過絕緣接頭隔離,各自獨立。絕緣接頭失效會造成兩個陰保系統相互干擾,通常會將線路陰保系統的部分電流引入站內陰保系統,削弱線路陰極保護效果。

          (2)失效原因。高壓輸電線路產生感性耦合引起管線雜散電流干擾,造成絕緣接頭兩側長期處于高電位差狀態;閥室外電線路直擊雷和閥室放空管直擊雷擊穿絕緣接頭。

          1.4  建設期預留犧牲陽極影響

          (1)故障現象。管道建設期在一般地段采用鋅帶、定向鉆和大型穿越段兩側采用鎂棒犧牲陽極作為臨時陰極保護,犧牲陽極通過測試樁與管道相連。管道全線投產采用強制電流陰極保護后,其輸出的電流電壓高于犧牲陽極,影響強制電流陰極保護效果。

          (2)原因分析。建設期為保證管道埋入地下后不被腐蝕,在管道建設時設置了犧牲陽極作為管道的臨時保護系統。

          2  處置措施

          2.1  安裝輔助陽極

          正確布置輔助陽極是改善電流均勻分布的有效措施。采用高硅鑄鐵輔助陽極,安裝輔助陽極時應避免與堅硬材料相碰,按設計要求和埋設深度水平或垂直埋設,周圍放置一定數量填料。將輔助陽極電纜引入陰極保護設備間,用細土回填陽極地床。改造之后,2#恒電位儀輸出電流3.5 A,輸出電壓1.9 V,輸出明顯上升;1#恒電位儀輸出明顯降低。

          2.2  雜散電流干擾處置措施

          (1)管道穿越京滬高鐵等電氣化鐵路7處。與直供式電氣化鐵路交叉地段,應至少在交叉段的其中一側設置一處排流防護點。設計施工階段各穿越點一側設置了耦合器排流,用以排出流入管道的雜散電流。以京滬高鐵穿越為例,排流效果見表 1。結果表明,最大交流電流密度小于標準規定的30 A/m2,交流干擾程度判斷為弱。

          表 1 京滬高鐵穿越段管道交流干擾排流效果


          隨著電氣化鐵路車流量增多,雜散電流干擾會逐漸增強,存在發生點蝕穿孔或誘發應力腐蝕開裂風險,需對管道穿越段進行專項交流干擾評價,根據評價結果采取有效的排流防護措施。

          (2)與特高壓輸電線路鐵塔、高壓線交叉并行管段,可沿管道平行敷設一根或多根淺埋鋅帶或裸銅線接地線作屏蔽體,屏蔽線通過固態去耦合器與受影響的管道連接,減輕在電力故障或雷電情況下,強電沖擊對管道防腐層或金屬本體的影響。如與蒙西至天津南1000 kV特高壓交流輸電線路津華段交叉跨越并行段,共設置4處排流耦合器,以降低交流雜散電流影響陰保系統對管道造成的危害,詳見表 2。結果顯示,去耦合器發揮了排流效果。

          表 2 特高壓交流輸電線路交叉管段排流防護效果


          2.3  絕緣接頭失效處置措施

          要定期測試絕緣接頭保證其絕緣性能良好,同時定期檢測絕緣接頭處的避雷裝置以有效發揮保護作用。在關注站場絕緣效果的同時也要關注沿線閥室主閥和旁通管線儀表設備的絕緣阻件的絕緣狀態,防止從這些地方將陰極保護電流流入接地網。

          2.4  拆除建設期預留犧牲陽極

          需要逐個排查測試樁,徹底拆除犧牲陽極與管道的連接,以免影響線路陰保系統檢測準確性,杜絕不必要的陰保電流流失。

          3  結束語

          國內外實踐證明,管道外防腐層與強制電流陰極保護聯合使用是最經濟、最合理的防腐措施。影響管道陰極保護系統的原因較多,應從實際出發做好陰保系統相關數據的采集,分析各影響因素干擾情況,綜合評判陰保系統失效風險,采取針對性治理措施。


          作者簡介:張麗萍,畢業于中國石油大學(華東),本科,現任北方管道秦皇島輸油氣分公司管道管理部陰保管理專業主管、工程師,主要從事管道管理工作。聯系方式:13930343050,850110408@qq.com。


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