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管道研究

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交流雜散電流對管道干擾影響與防護措施

來(lái)源:《管道保護》2023年第3期 作者:雍信實(shí) 時(shí)間:2023-6-21 閱讀:

雍信實(shí)

國家管網(wǎng)集團東部?jì)\公司南京輸油處

 

摘要:長(cháng)輸管道受交流雜散電流干擾影響日趨增多。介紹了交流干擾類(lèi)型、危害、腐蝕特征及識別方法,比較了國內外對交流干擾的評定指標,通過(guò)案例分析了不同干擾源對長(cháng)輸管道交流干擾的特征規律,提出了干擾防護措施及相關(guān)建議,經(jīng)對比排流前后管道交流干擾電壓和交流電流密度,證明排流效果良好。

關(guān)鍵詞:長(cháng)輸管道;交流雜散電流;干擾特征; 防護措施

 

電力系統、交通運輸設施與油氣管道交叉相遇的現象比較普遍,因此產(chǎn)生大量的交流干擾加快了金屬管道局部腐蝕速度,管道高絕緣涂層的使用也加重了雜散電流的危害。通過(guò)案例分析闡述高壓輸電線(xiàn)與電氣化鐵路對管道交流干擾的特征規律,同時(shí)提出交流雜散電流干擾防護措施及相關(guān)建議。

1  交流干擾影響

交流干擾源對埋地金屬管道的影響主要有兩方面:一是長(cháng)期存在的感應電壓對金屬管道造成干擾腐蝕;二是電力線(xiàn)路故障狀態(tài)下瞬態(tài)感應電壓干擾,需采用干擾防護措施,詳情如表 1所示。

1 交流雜散電流對管道干擾危害及防護措施


管道交流干擾腐蝕特征:在腐蝕坑上形成堅硬的腐蝕產(chǎn)物丘;腐蝕形態(tài)呈凹陷的半球狀;腐蝕坑比防腐層破損面積更大;腐蝕產(chǎn)物出現分層或含大量碳酸鈣,清除后金屬表面有明顯的的硬而黑的層狀痕跡,存在四氧化三鐵;腐蝕坑處pH值一般大于10。如圖 1所示。


1 埋地管道交流干擾腐蝕情況

2  交流干擾判定

交流干擾評價(jià)指標,不同標準規定如下。NACE SP 0177―2007《交流電和雷電對金屬結構和腐蝕的影響》規定:高壓交流輸電線(xiàn)路對管道產(chǎn)生的干擾電壓應小于15 VAC,以保證相關(guān)工作人員的人身安全。德國標準DIN 50925―1992《金屬腐蝕.敷設在地下的設備陰極防腐蝕作用的驗證》規定,如果均方根(RMS)交流電流密度低于30 A/㎡,可以認為管道免于交流腐蝕,有學(xué)者建議將30 A/㎡限值改為20 A/㎡,貝克曼《陰極保護手冊》中也引用了20 A/㎡限值。GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》規定:當管道上的交流干擾電壓不高于4 V時(shí),可不采取交流干擾防護措施;高于4 V時(shí),應采用交流電流密度進(jìn)行評估,交流電流密度分別為<30 A/㎡、30 A/㎡~100 A/㎡、>100 A/㎡時(shí),交流干擾程度分別判定為弱、中、強。SY/T 0087.6―2021 《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價(jià)標準 第6部分:埋地鋼質(zhì)管道交流干擾腐蝕評價(jià)》規定,當交流電流密度在30 A/㎡~100 A/㎡時(shí),管道無(wú)IR降保護電位(或斷電電位)應滿(mǎn)足﹣1.15  VCSE≦EIR-free≦﹣0.9 VCSE或直流電流密度不大于1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

3  應用案例

3.1  交流干擾識別判定

南方某原油管道75#~80#測試樁監測點(diǎn)管段同時(shí)受500 kV高壓輸電線(xiàn)與電氣化鐵路交流雜散電流干擾影響,其中76#、77#距高壓電線(xiàn)直線(xiàn)距離僅100 m左右;79#~80#管段與電氣化鐵路在100 m內伴行。該管段24 h交流干擾電壓、交流電流密度、陰保斷電電位監測數據及干擾源描述詳見(jiàn)表 2。 干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線(xiàn)如圖 2所示。

2 排流前75#~80#樁管段24 h交流干擾監測數據及干擾源描述



2 排流前干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線(xiàn)圖

由表 2及圖 2可見(jiàn),76#、78#、79#、80#監測點(diǎn)交流干擾電流密度均值均超過(guò)30 A/㎡,77#監測點(diǎn)超過(guò)100 A/㎡,根據GB/T 50698判定交流干擾程度分別為 “中”“強”。78#、79#、80#監測點(diǎn)交流干擾電壓峰值超出NACE SP 0177―2007規定的15 V人體安全電壓限值,會(huì )威脅現場(chǎng)操作人員安全。該干擾管段陰極保護斷電電位普遍負于﹣1.15 VCSE,根據SY/T 0087.6中規定應適當減小鄰近陰保站恒電位儀輸出,使該管段陰保斷電電位處于合理區間。

穩態(tài)下的高壓輸電線(xiàn)路對管道交流干擾主要為感性耦合方式,其特征曲線(xiàn)在一定時(shí)間段內相對平穩,交流干擾電壓24 h監測均值與峰值差值不會(huì )太大。電氣化鐵路對管道交流干擾主要以阻性耦合為主,部分疊加感性耦合,其特征曲線(xiàn)呈現動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn),管道交流干擾電壓的變化規律與列車(chē)運行規律具有明顯的相關(guān)性,伴隨列車(chē)每次經(jīng)過(guò)時(shí)管道出現瞬時(shí)脈沖峰值干擾電壓(為監測均值的數倍至幾十倍),而且電氣化鐵路對管道的干擾與其負載有明顯的相關(guān)性,負載越大,管道瞬時(shí)峰值電壓越大,交流干擾越嚴重。如圖 3、圖 4所示。


3 77#樁(近500 kV高壓線(xiàn))交流干擾電壓24 h監測曲線(xiàn)

4 79#樁(京滬鐵路橋旁)交流干擾電壓24 h監測曲線(xiàn)

由圖 3、圖 4可見(jiàn),77#、79#監測點(diǎn)受京滬鐵路交流干擾影響特征明顯,監測過(guò)程中伴隨列車(chē)通過(guò)管道上頻繁出現瞬時(shí)高峰值干擾電壓,在夜間(22:00~次日6:00)京滬鐵路線(xiàn)上列車(chē)車(chē)次很少,故出現瞬時(shí)峰值電壓也很少;而79#監測點(diǎn)在京滬鐵路橋旁,列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)管道出現瞬時(shí)峰值交流電壓明顯大。由于79#樁周邊除京滬鐵路外無(wú)其他干擾源(該點(diǎn)遠離500 kV高壓線(xiàn)),故夜間22:00~次日6:00時(shí)間段(京滬鐵路上無(wú)列車(chē)經(jīng)過(guò))該點(diǎn)基本無(wú)干擾;77#監測點(diǎn)(近高壓線(xiàn))疊加了周邊500 kV高壓線(xiàn)交流干擾,在夜間京滬鐵路列車(chē)停運時(shí)間段該點(diǎn)交流干擾電壓依然存在,且夜間曲線(xiàn)走勢相對平穩。

3.2  緩解措施

選用固態(tài)去耦合器+負極接地極兩種互補聯(lián)合排流方式,采用規格ZR-2帶狀鋅陽(yáng)極作為接地體,根據現場(chǎng)土壤電阻率測試值,排流地床設置鋅帶100 m,與管道平行敷設(圖 5)。在76#~80#干擾嚴重管段沿線(xiàn)設置5處交流排流點(diǎn),同時(shí)減小干擾管段上下游陰保站恒電位儀輸出,使該管段陰保斷電電位處于合理區間。排流檢測結果如表 3所示。


a)縱斷面

b)橫斷面
5 水平鋅帶敷設示意圖

3 采取排流措施后75#~80#樁管段交流干擾24 h監測數據及效果判定


4  結語(yǔ)

目前國內外對交流干擾的判定標準及排流標準不一致,交流腐蝕機理尚無(wú)定論,有待進(jìn)一步研究。實(shí)踐中,僅采用交流干擾電壓準則或交流電流密度評價(jià)準則并不適宜,基于交、直流電流密度和保護電位評價(jià)準則更為合理。

當管道交流或直流電流密度很高時(shí),陰極保護可能對交流腐蝕起不到緩解作用,反而偏負會(huì )加快交流腐蝕速率。建議管道在交流干擾情況下將陰保電位(消除IR降后)控制在﹣0.90 VCSE~﹣1.15 VCSE或直流電流密度≦1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

當管道裝有交流排流裝置時(shí),PCM檢測的混頻信號容易通過(guò)排流接地極流失消耗,為保障測試精度,管道外防腐層檢測時(shí)需要斷開(kāi)管道排流裝置接線(xiàn)。在排流防護設計時(shí),采用專(zhuān)業(yè)模擬計算軟件對排流設計方案進(jìn)行優(yōu)化配置,可以做到精準科學(xué)排流,避免過(guò)度排流浪費資源。


作者簡(jiǎn)介:雍信實(shí),1970年生,本科,高級工程師,主要從事管道腐蝕與防護管理工作。聯(lián)系方式:18552278061,yongxs1970@163.com。

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