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管道研究

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交流杂散电流腐蚀与防护

来源:《管道保护》杂志 作者:刘仲超 时间:2019-3-25 阅读:

中国石油管道局工程有限公司东北分公司



摘 要:交流杂散电流引起的腐蚀越来越受到业内人士的关注与重视,成为阴极保护研究的一个重要课题,也是管道完整性管理不可或缺的一部分。介绍了交流杂散电流危害、判别标准、排流措施及验收标准三个方面,提出了交流腐蚀目前存在的问题及应对建议。

 


1 交流杂散电流的危害

交流干扰危害有三种,一是潜在威胁操作人员的人身安全;二是强电干扰能冲击沿途监控阀室的电动执行机构和工艺站场的电气仪表自动化设施,包括阴极保护站的恒电位仪;三是交流感应电压能引起交流腐蚀(图 1),而且这种腐蚀是阴极保护所不能完全有效控制的,目前国内外在交流腐蚀方面已经颁布了不少研究报告或交流腐蚀控制标准。


2 交流腐蚀的判别标准

目前交流腐蚀的判别标准遵循《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》(GB/T 50698―2011)的规定执行,即:当管道上的交流干扰电压不高于 4 V 时,可不采取交流干扰防护措施;高于 4 V 时,应采用交流电流密度进行评估,管道受交流干扰的程度可按下表的规定判定。

当交流干扰程度判定为“强”时,应采取交流干扰防护措施;判定为“中”时,宜采取交流干扰防护措施;判定为“弱”时,可不采取交流干扰防护措施。


3 排流措施及验收标准

3.1 排流措施

借鉴国内管道企业为处理忠武输气管道与三峡/葛洲坝外输电力线路安全干扰问题而开展的为期三年的交流干扰防护科研成果,西气东输与国内首条特高压晋东南—南阳—荆门1 000 kV输电线路交流干扰防护的成功经验,按照GB/T 50698―2011的技术规定,为了减轻管道线路上交流电和雷电/工频故障电流对 管道系统的影响,抑制交流腐蚀,根据干扰源与管线的相对位置和分布、馈电网络电气参数和土壤电阻率等情况,交流干扰防护的具体措施为:首先管道应尽量远离高压输电线路,并禁止穿越电力接地极网;在持续干扰影响区,采取沿线以一定间距设置固态去耦合器进行防护排流保护,既不泄漏管道上的阴极保护电流,又能起到持续排流和防强电流冲击的双重作用。

相对于固态去耦合器,传统的交流排流器弊端明显。以忠武线早期排流器为例,夏季每一场雷暴后,绝大部分排流器的电容器和二极管都被高电压大电流击穿,电路印刷板需要重新更换。正是传统排流器的这种弊端,无论是西一线、兰成渝、冀宁联络线、永塘秦、陕京一、二线等当时所有的新建管道都无法实施交流干扰防护。这些管道后来参照西二线的技术采用固态去耦合器方式进行了交流干扰防护。目前几乎所有的新建管道均采用固态去耦合器配合接地极(推荐牺牲阳极,常用锌带)方式进行了交流干扰防护。

3.2 防护验收标准

交流干扰防护以后,输电线路公共走廊内的管道应满足如下要求。

(1)在土壤电阻率≤25 Ωm的地方,管道交流干扰电压低于4 V。

(2)在土壤电阻率>25 Ωm的地方,交流电流密度小于60 A/m2。

(3)在安装阴极保护设备位置处,管道上的持续干扰电压和瞬间干扰电压应低于相应设备所能承受的抗工频干扰电压和抗电强度指标,并满足安全接触电压的要求。


4 存在问题

4.1 GB/T 50698―2011规范执行问题

(1) 3.0.5节判别标准中:“当管道上的交流干扰电压不高于 4 V 时,可不采取交流干扰防护措施”,而在条文说明中又指出“对一些低土壤电阻率区域,采用单一交流电流密度来评估存在局限性;同样对一些高土壤电阻率区域采用单一电压指标也存在局限性”这样造成判别标准实际可操作性不强,建议给定4 V判别标准适合的土壤电阻率范围。

(2) 5.1.2节,“对存在交流干扰的管道,在阴极保护系统设计中应给予更大的保护电流密度”而条文说明中也指出“但应注意不能比管道的极限保护电位更负”,应明确管道的极限保护电位。由于AC干扰的存在造成管线钢腐蚀的加速。在相对较低的CP水平时,腐蚀速率随着AC干扰的增加而增加。然而可以通过增加CP的方式控制AC腐蚀(AC电流密度小于300 A/m 2时)。 CP水平不能超过﹣1 230 mV(SCE),否则将加速AC腐蚀(图 2)。存在AC干扰时管道CP电位波动明显,传统的CP准则﹣850 mV(CSE)不再有效。

4.2 去耦合器排流对管地电位的影响

固态去耦合器用于交流干扰排流,可为交流电流提供低阻抗通道,而在一定范围内阻止阴极保护电流及直流杂散电流的导通,起到“通交流阻直流”的作用。但去耦合器的这个性能是通过内部的电容原件来完成的,在管道阴极保护系统正常运行时,该电容的两个极板处于充电状态。而当通过对阴极保护电源通断进行管道断电电位测试时,在阴极保护电源断电瞬间,该电容开始放电,该电流将施加到管道上,造成管道断电电位测量的不准确,因为其中包含了电容放电产生的IR降。

4.3 固态去耦合器对管道外检测的影响

固态去耦合器的应用对管道的防腐层检测和阴极保护电位检测都造成了一定影响。在埋地钢质管道的外腐蚀直接评估中常用的间接检测技术方法包括;管中电流法、交流电位梯度法和密间隔电位测试。管中电流法用于评价管道防腐层的绝缘性能;交流电位梯度法用于查找防腐层破损点;密间隔电位测试用于沿管道测试通电电位和断电电位,评价管道的阴极保护有效性。

当管道通过去耦合器连接了排流地床后,由于管中电流法和交流电位梯度法使用的低频交流信号可以通过固态去耦合器导通,因此这两种方法的检测准确度会受到严重影响,导致对防腐层绝缘性能、防 腐层破损点的数量和位置产生误判。去耦合器的存在会影响密间隔电位测试中的断电电位测试,理由见4.2节内容。


5 应对建议

(1) GB/T 50698―2011实施于2012年,在过去6年中,该标准对我国油气管道交流干扰防护起到了重要指导作用。现行的GB/T 50698―2011标准与国际标准NACE SP21424―2018、 ISO 18086―2015和BS EN15280―2013存在差异,建议尽快开展修订工作。

(2)断电电位测量及管道外检测时,尽量断开沿线的去耦合器排流装置,待管道去极化完成后再进行测量与检测,避免误差产生。


作者:刘仲超, 1985年生,中国石油管道局工程有限公司东北分公司工程师。

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