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某在役航油管道陰極保護(hù)追加及排流防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2014-07-21 07:50:46胡松青
全面腐蝕控制 2014年5期
關(guān)鍵詞:排流雜散陰極保護(hù)

於 朋 胡松青 田 力

(1. 上海艾思其工程技術(shù)有限公司,上海 200131;2.中國石油大學(xué)(華東)理學(xué)院,山東 青島 266580)

0 引言

某機場航油管道始建于2003年,建設(shè)先后分為一期、二期兩部分完成,長度分別約為20km和30km,管道外防腐層均為3層PE。一期管道建設(shè)同期實施了外加電流陰極保護(hù)(1座陰保站),二期管道于2009年建成,與一期管道對接后,影響了整個管網(wǎng)的陰極保護(hù)效果。為此對整個在役管道的陰極保護(hù)運行情況進(jìn)行了檢測,并根據(jù)檢測結(jié)果制定了相應(yīng)的陰極保護(hù)追加改造方案,改造后陰極保護(hù)系統(tǒng)運行良好,使得管道得到了有效的保護(hù)。

然而,改造后的陰保系統(tǒng)在正常運行一年之后,保護(hù)電位出現(xiàn)異常波動,陰保系統(tǒng)近乎失效,導(dǎo)致管道運行存在隱患。經(jīng)過現(xiàn)場檢測和分析,確認(rèn)管道受到了新開通的機場地鐵的直流雜散電流干擾,從而對管道采取了雜散電流排流措施,排流效果良好,目前管道陰保系統(tǒng)運行正常。

1 陰極保護(hù)追加改造

1.1 陰極保護(hù)運行情況檢測

對在役管網(wǎng)陰極保護(hù)運行情況進(jìn)行了以下檢測:保護(hù)電位測試、管網(wǎng)分布及電連接性測試、饋電試驗。檢測結(jié)果表明:

(1)保護(hù)電位測試:管道大部分測試點的陰保電位達(dá)不到保護(hù)要求。

(2)通過RD-PCM對管網(wǎng)的路由分布情況進(jìn)行了檢測:整個管網(wǎng)由主管道和機坪支管構(gòu)成,主管道呈環(huán)狀形態(tài)、部分對稱分布,支管分布分散、不均勻,主管和支管的管徑不一致,部分機坪管網(wǎng)防腐層是環(huán)氧煤瀝青(主管為3PE),從而造成整個管網(wǎng)保護(hù)電流分布不均勻;整個管網(wǎng)的電連接性良好。

(3)選取不同點進(jìn)行饋電實驗,距通電點較遠(yuǎn)點電位達(dá)不到保護(hù)要求,單一的陰保站不足以保護(hù)整個管網(wǎng)。

1.2 陰極保護(hù)追加改造措施

由于被保護(hù)管網(wǎng)分布的復(fù)雜性,陰極保護(hù)采取區(qū)域性保護(hù)的方法。根據(jù)不同點的饋電實驗結(jié)果,綜合管網(wǎng)的分布情況設(shè)置幾套陰保系統(tǒng),各個陰保系統(tǒng)有其保護(hù)重點但又相互補充,以達(dá)到保護(hù)電流均勻分布的目的,盡量消除保護(hù)盲點。

本工程在原有的1套陰保系統(tǒng)基礎(chǔ)上再增加設(shè)置2套新的外加電流陰保系統(tǒng),根據(jù)饋電實驗結(jié)果合理設(shè)置通電點位置。為減小輔助陽極地床對周圍金屬構(gòu)筑物的影響,并考慮到在機場內(nèi)設(shè)置地床的占地情況,本工程采用占地小、干擾小、輸出電流更為均勻的深井陽極地床,輔助陽極采用MMO鈦基貴金屬氧化物陽極。追加的陰保系統(tǒng)投運后,管網(wǎng)陰極保護(hù)電位均達(dá)到保護(hù)要求(-0.85~-1.25V,CSE)。圖1為改造后不同測試點保護(hù)電位測試圖,圖2為改造后某測點24h不間斷電位測試圖。從圖1和圖2中的數(shù)據(jù)可以看出,陰保系統(tǒng)運行良好,陰保電位達(dá)到了保護(hù)要求,管道得到了有效的保護(hù)。

圖1 改造后不同測試點保護(hù)電位測試圖

圖2 改造后某測點24h不間斷電位測試圖

2 雜散電流干擾檢測及排除

2.1 雜散電流干擾檢測

管道陰保系統(tǒng)正常運行一段時間后,管道保護(hù)電位開始出現(xiàn)嚴(yán)重漂移現(xiàn)象,電位波動頻率大,幅度高,疑似受到外界雜散電流的干擾。在管道的正常運行中,管道的管地電位是監(jiān)測雜散電流干擾最直觀的參數(shù),當(dāng)管道受到雜散電流干擾時,管道管地電位會出現(xiàn)異常(如電位波動大、正負(fù)大范圍偏移等),雜散電流分為交流和直流。為了確定雜散電流干擾類型、干擾源及干擾程度,對管道的干擾情況進(jìn)行了以下檢測:(1)管地交流電位測試,見表1;(2)管地直流電位測試(見表1),并對個別測點進(jìn)行1h不間斷測試(如圖3所示);(3)土壤電位梯度測試,見表2。

表1 陰極保護(hù)異常前后數(shù)據(jù)(保護(hù)電位相對于CSE)

由表1中的交流電位的測試結(jié)果可知,管道交流電壓均小于1V,根據(jù)GB/T50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:“當(dāng)管道上的交流干擾電壓不高于4V時,可不采取交流干擾防護(hù)措施”,可基本排除交流干擾[1]。

表1和圖3的直流電位測試結(jié)果表明:管道直流電位波動較大,已超出陰極保護(hù)正常保護(hù)范圍(-0.85~-1.25V),陰極保護(hù)運行受到影響,且波動電位均出現(xiàn)正電位,管道受到加速腐蝕的威脅。地中若存在大量的直流雜散電流,必然會引起大地電位梯度的變化,從而可以判斷土壤中是否存在雜散電流及其干擾強度。根據(jù)《埋地鋼制管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SY/T0017-2006)規(guī)定[2],當(dāng)管道附近土壤電位梯度大于0.5mv/m時,確認(rèn)為直流干擾,當(dāng)管道附近土壤電位梯度大于2.5mv/m時,管道應(yīng)及時采取直流排流保護(hù)或其他防護(hù)措施[4]。因此,在陰保系統(tǒng)異常的情況下進(jìn)一步對管道土壤電位梯度進(jìn)行了測量,相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)見表2。由表2中的數(shù)據(jù)可知,管道受到了較強的直流雜散電流干擾,需要進(jìn)行直流排流保護(hù)。

圖3 直流電位1h不間斷測試圖

表2 陰極保護(hù)異常后土壤電位梯度

直流干擾源一般為直流電氣化鐵路或直流輸電線路,根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)研情況,管網(wǎng)陰保系統(tǒng)出現(xiàn)異常的節(jié)點與機場地鐵開通的時間點相吻合,初步懷疑直流雜散電流干擾源為機場地鐵。由于地鐵的運行和停運有一定的規(guī)律性,可以通過連續(xù)監(jiān)測管地電位的變化判定地鐵雜散電流對管道的干擾情況。圖4是管道某測點24h不間斷電位測試圖。從圖中的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出,在地鐵運行過程中管地電位在量程為0~-2V的數(shù)據(jù)采集器中滿區(qū)間波動,波動非常劇烈,直流干擾相當(dāng)嚴(yán)重,導(dǎo)致陰保系統(tǒng)不能正常運行;然而,在凌晨23:00~6:00地鐵停運階段,管地電位波動明顯減小,趨于平穩(wěn)。因此進(jìn)一步確認(rèn)了雜散電流干擾源為機場地鐵。

2.2 雜散電流排流措施

2.2.1 地鐵雜散電流的腐蝕機理和危害

地鐵供電方式一般采用直流牽引方式[3],在這種供電方式中,列車直流牽引系統(tǒng)采用正極接接觸網(wǎng),走行軌作為負(fù)回流線,由于走行軌和道床之間往往絕緣不充分,有一部分電流會從走行軌泄露至大地,形成直流雜散電流。當(dāng)鐵軌附近有埋地金屬管道時,這部分雜散電流就有可能流入管道,雜散電流流入部分為陰極區(qū),雜散電流流出部位為陽極區(qū),管道發(fā)生氧化反應(yīng)生成鐵離子溶于周圍介質(zhì)中,造成管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕[4]。與金屬的自然腐蝕相比,直流雜散電流腐蝕一般具有腐蝕激烈、腐蝕部位集中、有防腐層時往往集中于防腐層的缺陷部位,大的雜散電流可能會使被干擾管道在短時間內(nèi)發(fā)生點狀坑蝕,造成泄漏事故。此外,雜散電流還會對管道陰極保護(hù)系統(tǒng)造成影響,嚴(yán)重時會造成管道陰保系統(tǒng)癱瘓。

2.2.2 地鐵雜散電流干擾的排流措施

圖4 地鐵雜散電流干擾下管道對地電位監(jiān)測數(shù)據(jù)

(1)針對管道電位出現(xiàn)正移的情況,管線需要增加外加電流強排陰保站,通過強制排流使管道電位負(fù)移。管道電位負(fù)移可能會造成過保護(hù),但過保護(hù)的危害與干擾腐蝕的危害相比是次要的,在排流保護(hù)中應(yīng)以盡可能降低正的管地電位抑制干擾腐蝕為主。

(2)目前管道雜散電流的防護(hù)主要采取排流措施,將管道中的干擾電流人為的使之回流到鐵軌或排流到大地中,依據(jù)電連接回路不同,分為直接、極性、強制和接地排流。前三種方法要把電流排放到軌道上,往往都需要地鐵干擾源方的協(xié)調(diào)支持,而且這些方法的缺點是有可能會對鐵路傳輸信號造成干擾,影響到地鐵的安全運行,國內(nèi)應(yīng)用不多。而接地排流是將電流直接通過接地地床排出管道,不需要與地鐵連接,而且施工方便,是一種較為實用的排流方法。實際應(yīng)用中通常采用排流器加排流地床的組合,排流地床的接地電阻原則上要小于管道接地電阻,根據(jù)排流需要可選用不同形式的陽極地床,如淺埋式或排流井,排流接地極可采用鋼管、鋅、鎂犧牲陽極等。排流器正極接管道,負(fù)極接排流地床,這樣可以保證電流單方向從管道排出,有效的阻止了保護(hù)電流的散失。本工程采用排流器+淺埋排流地床的接地排流措施對地鐵雜散電流進(jìn)行防護(hù)。

排流整改之后,經(jīng)過近一個月的運行監(jiān)測,雜散電流基本排除,管道保護(hù)電位基本恢復(fù)到正常有效范圍,確保了管道的正常安全運行。

3 結(jié)論

(1)針對在役機場輸油管網(wǎng)分布的復(fù)雜性及保護(hù)電流分布不均勻等特點,通過饋電實驗合理布置區(qū)域性外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng),使整個管網(wǎng)得到充分有效保護(hù)。

(2)對輸油管網(wǎng)的雜散電流干擾進(jìn)行有效的檢測,確定了雜散電流干擾類型、干擾源及干擾程度。并針對地鐵對管道的雜散電流干擾,采取了強排站+接地排流的聯(lián)合排流措施,雜散電流基本排除,管道保護(hù)電位基本恢復(fù)到正常有效范圍。

[1]GB/T50698-2011, 埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]SY/T0017-2006, 埋地鋼制管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]李月俊. 地鐵雜散電流防護(hù)技術(shù)措施[J]. 科技信息, 2009, 6:603.

[4]劉愛芳. 地鐵中金屬管道雜散電流腐蝕的防護(hù)[J]. 鐵道勘察,2004, 3:49-50.

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