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油氣管道直流雜散電流腐蝕防護(hù)研究進(jìn)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(diào)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(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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上一篇：油氣田管道建設(shè)過程中防腐和防護(hù)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(hù)研究進(jìn)展
孫云峰1,李 毅2,王中良1,梁 晶3
(1.中石油北京油氣調(diào)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(nèi)外油氣管道直流雜散電流腐蝕的研究成果為基礎(chǔ),分析了直流雜散電流腐蝕的機(jī)理、
特點,列舉了國內(nèi)外直流雜散電流腐蝕測試方法,同時總結(jié)了目前直流雜散電流腐蝕的防護(hù)技術(shù)與防
護(hù)方案?；趪鴥?nèi)外對直流雜散電流腐蝕的研究進(jìn)展,通過對比分析,提出了測試與防護(hù)的相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞:油氣管道;直流雜散電流;測試;防護(hù)措施;腐蝕
中圖分類號:TE988 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)理及特點
當(dāng)直流電流沿地面敷設(shè)的鐵軌流動時,直流電流
從鐵軌絕緣不良處泄漏到大地,進(jìn)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(rèn)為雜散電
流的腐蝕特性具有以下特點:腐蝕強(qiáng)度大;腐蝕集中
于局部位置;腐蝕范圍廣,隨機(jī)性強(qiáng)。
2 雜散電流測試方法
傳統(tǒng)的測試方法主要包括[2] :管地電位測量法;
現(xiàn)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(jīng)過研究實驗,國外學(xué)者對傳統(tǒng)的測試
方法做出了一些改進(jìn),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(jìn)行測試。該方法的現(xiàn)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(shè)在管道附近并通過測試
樁內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄器與管道連接,同時參比電極也通過
數(shù)據(jù)記錄器與管道連接。這樣,數(shù)據(jù)記錄器就可以測
量記錄直流電流密度、陰極保護(hù)斷電極化電位Eoff 等
參數(shù),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(shè)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(hù)研究進(jìn)展 35
圖2 試片法現(xiàn)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(jìn)行監(jiān)測,這種方法缺點是成本太高;在變電所周邊
埋設(shè)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(zhǔn)確;在鐵軌下方混凝土道床
內(nèi)嵌入測試網(wǎng)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(guān)分析軟件,對測量管線周圍的電磁
場進(jìn)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(hù)系統(tǒng)造成的靜態(tài)雜散電流,可在外部陰極保護(hù)系統(tǒng)
上安裝斷流器,然后對雜散電流進(jìn)行測量。
臺闖、李博文等[6] 在了解儀器特點的基礎(chǔ)上,結(jié)
合國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)場實踐去檢驗和完善。
國內(nèi)外學(xué)者利用新方法及儀器對雜散電流進(jìn)行
監(jiān)測,現(xiàn)場實驗效果有待進(jìn)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(hù)方法
目前雜散電流防護(hù)設(shè)計方法可分為2 類:控制雜
散電流產(chǎn)生的源頭,減少雜散電流的產(chǎn)生;對已產(chǎn)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(wǎng)壓。
(2)合理設(shè)置變電所?？s短供電半徑,增設(shè)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(yīng)
焊接成長鋼軌;各段走行軌之間都應(yīng)有暢通的電氣連
接,在道岔與撤岔的連接部位設(shè)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。可采用以
下措施:
增加軌道對地的過渡電阻。合理調(diào)整混凝土配
料,Jack Tinnea 和Ryan Tinnea[7] 經(jīng)過反復(fù)實驗證明,
由標(biāo)準(zhǔn)水泥、減水劑、防水劑、礦渣、粉煤灰、濃縮二氧
化硅等礦物質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)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(qiáng)防腐。
3.2 排流保護(hù)
排流保護(hù)法可以分為直接排流法、極性排流法、
強(qiáng)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(jìn)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(hù)系統(tǒng)的一部分,將裝置的工
作狀態(tài)和工作參數(shù)等通過無線通信方式遠(yuǎn)傳到監(jiān)控
中心。但此裝置的實際應(yīng)用效果有待進(jìn)一步驗證。
3.3 陰極保護(hù)
3． 3． 1 外加電流陰極保護(hù)
雜散電流干擾存在時,通常根據(jù)實測管地電位調(diào)
整陰極保護(hù)系統(tǒng)外加電流大小,使受干擾管道處于保
護(hù)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(hù)電位。根本原
因是:
Eon =Eoff +IR (1)
式中:Eon為通電保護(hù)電位;Eoff 為斷電瞬間極化電位,
是真實電位,也是相關(guān)準(zhǔn)則所確認(rèn)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(hù)方法。首先,在理論上進(jìn)行了推
導(dǎo),得出如下結(jié)論:
?Eon
?t =k ?Iprobe
?t (2)
式中:k 為常數(shù);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(jīng)過理論推導(dǎo)與實驗研究,L. Lazzari, M. Or36
Pipeline Technique and Equipment Nov． 2015
mellese 認(rèn)為測量試片電流值(以電壓信號測得),并以
此作為依據(jù)使陰極保護(hù)系統(tǒng)改變外加電流大小,設(shè)定
一個最小陰極保護(hù)電流IP ,I 為測得試片電流值,則
ΔI =I-IP ,依據(jù)ΔI 來改變外加電流大小,這樣可以有
效改進(jìn)陰極保護(hù)系統(tǒng),消除IR 降的影響,改善雜散電
流防護(hù)效果。他們提出的測量方案見圖3,包含試片
的探測器結(jié)構(gòu)見圖4。
圖3 試片電流測量方案
圖4 探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
3． 3． 2 犧牲陽極陰極保護(hù)
在礦井的井套管直流雜散電流腐蝕防護(hù)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(hù)與其并行的正在使用的井套管,取得了良好
的保護(hù)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(hù)1 個相鄰的在役套管
圖6 廢棄套管保護(hù)3 個相鄰的在役套管
對于受雜散電流腐蝕較嚴(yán)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(hù)管段平行鋪設(shè),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(wǎng),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(wǎng)。這是主要針對運營期間,當(dāng)先期防護(hù)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(hù)措施。
Ian Cotton 等[8,12] 研究了土壤電阻對直流軌道系
統(tǒng)以及地下設(shè)施雜散電流腐蝕的影響,研究結(jié)果表
明,道床下的土壤特征對道床中雜散電流收集網(wǎng)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(wǎng)效果較好,即土壤電阻隨土壤深度增大
時收集網(wǎng)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(wǎng)效果較差,泄漏雜散電
流較多,管道腐蝕較嚴(yán)重。因此,獲得軌道沿線土壤
特征的詳細(xì)信息,對雜散電流收集網(wǎng)的設(shè)計與優(yōu)化有
重大意義。
圖8 4 層豎直土壤特征模型
4 結(jié)束語
通過對國內(nèi)外埋地管道直流雜散電流的測試方
法進(jìn)行對比分析,考慮到投資費用以及測試的準(zhǔn)確
性,推薦采用腐蝕試片法進(jìn)行雜散電流的監(jiān)測。
通過對國內(nèi)外埋地管道直流雜散電流腐蝕的防
護(hù)方法進(jìn)行對比分析,本文認(rèn)為:
(1)全面采用國內(nèi)外的各種源控制方法,力爭從
源頭上消除雜散電流。
(下轉(zhuǎn)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(jié)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(kuò)大的趨勢。這是因為水分
能使土壤形成電解質(zhì)進(jìn)而形成腐蝕原電池,含水量顯
著影響土壤的理化性質(zhì),進(jìn)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(dǎo)致自腐
蝕電流增加,土壤對Q235 鋼的腐蝕作用增強(qiáng)[6] 。其
腐蝕反應(yīng)為:
Fe →Fe2+ +2e (陽極反應(yīng))
12
O2 +H2O+2e →2OH-(陰極反應(yīng))
(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(zhì)所決定的。3 結(jié)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(qiáng)的趨勢。隨著土壤樣品含水量的增加,電
荷轉(zhuǎn)移電阻呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。
參考文獻(xiàn):
[1] 梁平, 李曉剛, 杜翠薇, 等. Cl-對X80 管線鋼在NaHCO3
溶液中腐蝕性能的影響. 北京科技大學(xué)學(xué)報, 2008, 30
(7): 735-739.
[2] 伍遠(yuǎn)輝, 蔡鐸昌, 何曉英, 等. Q235 鋼在不同濕度的青
海鹽湖鹽漬土壤中的腐蝕行為. 商丘師范學(xué)院學(xué)報,
2005, 21(2): 98-101.
[3] HOWARD D M, HOWARD P J A. Relationships between
CO2 evolution, moisture content and temperature for a range
of soil types.Soil Biology &amp;amp; Biochemistry,1993, 25(11):
1537-1546.
[4] 林玉珍, 楊德鈞. 腐蝕和腐蝕控制原理. 北京: 中國石化
出版社, 2007.
[5] 李謀成, 林海潮, 曹楚南. 濕度對鋼鐵材料在中性土壤
中腐蝕行為的影響. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2000, 12
(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(hù), 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(hù)技術(shù)研究工作。
E-mail: kjluopeng@ petrochina.com.cn
(上接第36 頁)
(2)將傳統(tǒng)排流方法與陰極保護(hù)相結(jié)合。對于外
加電流陰極保護(hù),為消除IR 降對陰極保護(hù)效果的不
利影響,可采用電流作為保護(hù)判據(jù),按照L. Lazzari 和
M.Ormellese等提出的方案改進(jìn)陰極保護(hù)系統(tǒng)。對于
犧牲陽極陰極保護(hù),I.A.Metwally 等利用廢棄井套管作
為犧牲陽極保護(hù)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(xì)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(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計有重要意
義。
參考文獻(xiàn):
[1] BARLO T J,ZDUNEK A D. Stray Current Corrosion in Electrified
Rail System—Final Report,1995.
[2] 王平,石秀山,何仁洋,等.雜散電流測繪儀在埋地鋼質(zhì)管
道雜散電流檢測中的應(yīng)用.管道技術(shù)與設(shè)備,2006(6):17
-18.
[3] GREENBERGER S,LOOIJENGA K,HEILIG T. Stray Current
Exchange Between Electric Rail And Underground Utilities.
Corrosion 2007 NACE international,2007. Paper No.
07644.
[4] MOODY K J.Maintenance Testing of Stray Current Control
Equipment On DC Transit System—Present and Future.Corrosion:
2003.Paper No.03712.
[5] PARKER W ,WALTON J. Non-Contact Stray Current Measurements
in a Multi-Line, Multi-Crossing Pipeline Corridor.
Corrosion:2007.Paper No.07649.
[6] 臺闖,李博文,鄭敏聰,等. SCM-4200 交直流雜散電流測量
儀研制及應(yīng)用.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2014,26(1):81-85.
[7] TINNEA J,TINNEA R.Evaluation Concrete Resistivity: Reducing
Stray Current From DC Streetcars. Corrosion:2007.
Paper No.07276.
[8] COTTON I,CHARALAMBOUS C,AYLOTT P,et al.Stray
Current Control in DC Mass Transit Systems. IEEE Transactions
on Vehicular Technology,2005,54(2):722-730.
[9] 楊華,史秀敏.管道雜散電流智能排流裝置的研制.管道
技術(shù)與設(shè)備,2014(2):41-43.
[10] LAZZARI L , ORMELLESE M.Stray Current Control By A
New Approach Based On True Potential Monitoring. Corrosion:
2007.Paper No.07041.
[11] METWALLY I A ,AL-MANDHARI H M ,GASTLI A,et
al.Stray current of ESP well casings. Engineering Analysis
with Bound Elements,2008,32(1):32-40.
[12] CHARALAMBOUS C,COTTON I. The Influence Of Soil
Characteristics On Coupling Between DC Traction Systems
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(diào)度運行工作。
E-mail:sunyunfengchinasun@ 163.com
油氣管道直流雜散電流腐蝕防護(hù)研究進(jìn)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(diào)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(shù)與設(shè)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(hù)研究進(jìn)展[期刊論文]-管道技術(shù)與設(shè)備 2015(6)

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