油气管道直流杂散电流的腐蚀与防护.pdf

2 01 0 焦 第 4期 麓 道 技 术 Pi p e l i n e Te c h n i q ue 5 设 各 a n d Eq u i p me n t 2 01 0 No ． 4 油气 管道直流杂散 电流 的腐蚀 与 防护 高博 ， 中龙涉， 孟祥谦 ， 闫陵江， 韩海仓 ， 马立新 辽宁石油化工大学油气储运工 程系 ， 辽宁抚顺1 1 3 0 0 1 摘要 文中较全面地阐述了直流杂散 电流对埋地金属管道 的腐蚀原理， 介绍 了杂散 电流对埋地金 属管道的腐蚀特点和排流保护的方法， 并提 出防止直流杂散 电流腐蚀 的措施和原则。 关键词 杂散电流 ； 油气管道 ； 腐蚀 ； 排流保护； 防护措施 中图分类号 T E 9 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 4 0 0 4 1 0 3 DC S t r a y Cur r e n t Co r r o s i o n a n d Pr o t e c t i o n o f 0i l Ga s Pi pe l i ne G A O B o ， S HE N L o n g s h e ， ME N G X i a n g q i a n ， Y A N L i n g - j i a n g ， H A N H a i e a n g ， M A L i x i n De p a r ma e n t o f Oi l Ga s S t o r a g e a n d Tr a n s p o r t a t i o n， L i a o n i n g U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m C h e mi c a l T e c h n o l o g y ， F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r e x p o u n d s t h e p rin c i p l e o f me t a l l i c p i p e l i n e s c o r r o s i o n c a u s e d b y DC s t r a y c u r r e n t ， i n t r o d u c e s t h e C O rr O s i o n f e a t u r e o f me t all i c p i p e l i n e s a n d t h e n d e s c ri b e s t h e me t h o d s o f d r a i n e d c u rre n t p r o t e c t i o n a n d p r o po s e s t h e me a s u r e s a n d p rinc i p l e o f h o w t o pr o t e c t me t a l l i c pi p e l i ne s f r o m DC s t r a y c u r r e n t c o r r os i o n． Ke y wo r d s s t r a y c u r r e n t ； o i l g a s p i p e l i n e ； c o r r o s i o n ； d r a i n e d c u rre n t p r o t e c t i o n； p r e v e n t i v e me asu r e s 0 引言 杂散电流腐蚀的防护和监测 ， 是铁路设计 、 建设 、 运营维护中必须考虑的问题 ， 而杂散 电流 的腐蚀是一 个长期积累的结果 ， 给研究工作带来一定难度。 由于铁路结构在施工完成后 己定 型， 经过若干年 运营后， 如果因发生腐蚀而要对主体结构进行翻修将 是十分困难 的。所 以保 障地下管道 的安全运行被提 到了重要 的位 置 J 。 由于管道地床的土壤介质 、 细菌以及地下杂散电 流的作用 ， 埋在地 下 的金 属 管道经 常受到 电化学 腐 蚀 ， 其 中最主要的是杂散电流的危害。据东北输油管 理局统计 ， 由于电气化铁路等设施 的大规模建设 ， 受 到杂散 电流干扰影响的管道 日益增多 ， 其 中大部分的 腐蚀穿孔事故来 自杂 散电流 的影 响， 严重时 ， 位于直 流电气化铁路附近的管道 ， 半年就发生腐蚀穿孔。因 此 ， 对杂散电流的研究非常重要。 1 杂散电流及管道电位变化图 杂散电流是指在规定 的电路 以外流动的电流 J ， 如从回路中流人土壤 、 水中的电流。杂散 电流流人管 道后 ， 从管道中流出的部位将受到腐蚀。杂散电流有 直流 、 交流和大地中的地电流 3种状态 。其 中， 直流杂 散电流对埋地管道的腐蚀危害最大 ， 若管道正处于此 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 2 O 收修改稿 日期 2 0 1 00 22 4 杂散 电流的影响范围内， 则杂散 电流就会从管道 防腐 层的破损处流入管道 ， 然后从距 电车供电系统负 回归 线较近的防腐层破损处流出， 返 回铁轨。 埋地钢质管道在没有杂散电流时， 只发生 自然腐 蚀 ， 大部分属于原电池腐蚀的模型。杂散电流的流动 过程形成了 2个腐蚀电池， 一个是电流流出铁轨进入 管道处 ， 铁轨是腐蚀 电池 的阳极 ， 发生腐蚀 ， 管道为阴 极 ， 不腐蚀 ； 另一个是电流流 出管道返 回铁轨处， 这时 管道是腐蚀电池 的阳极 ， 发生腐蚀 ， 铁轨则是阴极 ， 不 腐蚀。图 1给出了管道电位 的变化 图， 由图 1可判断 出管道腐蚀 电池 的阳极 区和阴极 区以及杂散 电流最 强的部位。 图 1 管道 电位变化图 通常， 无杂散电流时， 腐蚀电池两极 电位差仅 0 ． 6 5 V左右 ， 杂散电流存在时， 管地电位可达 8 9 V ． 因此， 杂散电流干扰对金属管道的腐蚀比一般的土壤 4 2 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J u 1 ．2 01 0 腐蚀要强烈得多。壁厚为 7 8 mm的钢管 ， 在杂散电 流的作用下， 45个月 即可发生腐蚀穿孔。因此 ， 杂 散电流的腐蚀是管道腐蚀穿孔的主要原 因。 2 直流杂散电流的腐蚀原理 以直流电气化铁路引起的干扰腐蚀为例， 其引起 管道杂散电流腐蚀的原理见图2 。电流从供电所经输 出馈线 、 电车 、 轨道 、 负极母线返 回发电机。在铁轨连 接不好 、 接头 电阻大处 ， 部分电流将 由轨道 的绝缘不 良处 向大地漫流， 从土壤流人管道后又流 出， 再从大 地流回轨道。杂散 电流这种流动将使铁轨和管道均 受到腐蚀 。 1 一 输 出馈 电线； 2 ～汇流排 ； 3 一发 电机 ； 4 一 电车动力线 ； 5 一管道 ； 6 一 负极母 线 图 2 直流杂散 电流腐蚀的原理图 图2中管道可分为 3个区域 靠近供 电所处 ， 杂散 电流从管道流 出， 管道形成 阳极 区受到腐蚀 ； 在杂散 电流 流入 区， 管道形成 阴极 区， 受 到某种程度 的阴极 保护； 在管道中间形成极性交变 区， 杂散 电流可能流 入也可能流出， 当杂散电流流出时管道受到腐蚀。 架线电机车牵引 网路 中， 轨道起 回流线作用 ， 由 于轨道与路床之间没有 电气绝缘 ， 所 以敷设轨道 的路 床和路面如 同一条 电气分路。潮湿使路床的导电性 能大大增加， 钢轨中流动的部分电流会转移出来流经 路床和周 围的岩石 。这种从 轨道 中转 移出来的电流 称为杂散电流 。轨道 电位高于大地时 ， 杂散电流由轨 道流人大地 ， 形成阳极区 ， 而当轨道 电位低 于大地 ， 杂 散电流由大地流 回轨道 ， 形成 阴极 区。在实 际中， 由 于电机车沿轨道移动 ， 所以沿轨道的全长都可能是 阳 极区。图3说明了杂散电流在轨道和管道之间的流动 过程 。 3 直流杂散电流腐蚀 的特点 1 直流杂散 电流干扰 的影响广 ， 往往是地域性 的。在某一地 区 中， 有直流杂散 电流干扰 时， 所有埋 地金属构筑物均会受 到影 响。而干扰影响有交互作 用 ， 一个被干扰体 ， 又往往是另一个埋地金属构筑物 ’ 的干扰源。如阴极保护管道附近 、 阳极地床附近都可 能对邻近的管道形成直流杂散电流干扰。 1 一 电流由铁轨进入 管道 ， 铁轨是 屑蚀 电池的 阳板， 发生腐蚀 ， 管道为 阴极， 不腐蚀 ； 2 一电流由管道进入铁轨 ． 管道是 腐蚀 电 池的阳极 ， 发生腐蚀， 铁轨是 阴极 ， 不腐蚀 。 图 3 铁轨与管道电流流向图 2 直流杂散 电流的分布情况复杂多变。例如 ， 电气化铁路产生的直流杂散电流就与轨道上行驶 的 车辆的数量 、 位置 、 轨道状况及土壤情况有关 ， 是随时 间变化的。因此 ， 管道上直流杂散电流干扰的状况在 位置分布 、 时间分布上都有较大差异。 3 直流杂散 电流存在时 ， 管道上的管地 电位可 高达 8～ 9 V， 通过 的电流可达几百 A， 这将 引起 比一 般土壤腐蚀激烈很多的、 高速率的杂散电流干扰腐 蚀 。 4排流保护方法 为了使管道 中流动的杂散 电流直接流 回 不再经 大地 至电气化铁路 的回归线 铁轨等 ， 需要将管道 与电气化铁路回归线 铁轨等 用导线作电气上 的连 接 ， 这一作法称排流法。利用排流法保护管道不遭受 电蚀 ， 称为排流保护。 4 ． 1 直接 排流 法 把管道与 电气化铁路变电所 中的负极或 回归线 铁轨 用导线直接连接起来 ， 见 图 4 。这种方法无需 排流设备 ， 最为简单 ， 造价低， 排流效果好。但是 当管 道对地电位低于铁轨对地电位时 ， 铁轨电流将流人管 道内 称作逆流 。所以这种排流法 ， 只能适用于铁轨 对地电位永远低 于管地 电位 ， 不会产生逆流的场合 ， 而这种机会可能不多， 限制了该方法的应用 。 铁轨 f 回归线 排流线 管道 图 4直接排流法示意图 4 ． 2 极 性排流 法 由于负荷 的变动 ， 变电所 负荷分配 的变化等 ， 管 地电位低于铁轨对地 电位而产生逆流的现象 比较普 遍 。为了防止逆 流， 使 杂散 电流只能 由管 道流 人铁 轨 ， 必须在排流线 中设置单向导通 的二极管整流器、 逆 电压继电器等装置 ， 这种装置称排流器。而具有这 第 4期 高博等 油气管道直流杂散 电流的腐蚀与防护 4 3 种防止逆流的排流法称极性排流法 ， 如图 5所示。 铁轨 回归线 图 5 极性排流法示意图 4 ． 3 强制 排流 法 在管道和铁轨的电气接线 中加入直流 电流 ， 促进 排流， 如图 6所示 。这种方法也可看做是利用铁轨做 辅助 阳极 的强制 电流 阴极保护 。由于铁轨对地 电位 变化大 ， 所 以也存在逆 流问题 ， 需要有 防逆流 回路。 这种方法可能使管道过保 护 ， 而使铁轨腐蚀加强， 还 可能对附近 的埋地金属构筑物有 干扰 。故采用这种 方法时应慎重。 铁轨 回归线 道 图 6强 制 排流 法 示 惹 图 4 ． 4接 地排 流法 与前 3种排流法不 同的是 ， 管道中的电流不是直 接通过排流线和排 流器流 回铁轨 ， 而是 流人接地极 ， 散流于大地 ， 然后再经大地流回铁轨， 如图 7所示 。这 种排流法还可以派生出极性排流法和强制性排流法。 虽然排流效果较差 ， 但是在不能直接 向铁轨排流时却 有优越性 ， 缺点是需要定期更换 阳极 。 一一一 轨 接地地床 图 7 接地 排流 法示 意图 5 直流杂散电流腐蚀防护的原则 由直流杂散电流腐蚀的特点可见， 对于复杂多变 的情况H ] ， 没有一个普遍适用 的防护措施。排流保护 是主要 的、 有效的方 法 ， 但要收到 良好效果往往 还需 要其他辅助措施相 配合。国内的防腐工作者在 总结 多年实践经验的基础上 ， 提出了“ 综合治理 ” 和 “ 共同 防护” 的直流杂散电流干扰防护原则。 “ 综合治理 ” 是指 一 方面 在采用排流保 护 的同 时， 辅 以防腐层维修 、 更换 、 绝缘连接 ， 串入调节 电流 的电阻 ， 采用有 源电场的屏蔽等措施 ， 提高排 流保护 效果 ； 另一方面， 采取措施减少干扰源泄漏到大地 的 电流量 ， 是解决干扰 问题最直接 的方法。从干扰源与 管道两方面采取相应措施来综合 治理 ， 是减少直流杂 散电流腐蚀最经济 、 有效的途径 。 某一条管道采用排流保护后 ， 相 当于电气化铁路 的铁轨延长， 会对该地区其他埋地金属物体形成 次生 干扰。若另一管道再增设排流保护 ， 往往会对 已防护 的管道造成影响。这将使 干扰情况复杂而难 以达到 良好保护效果 J 。 “ 共 同防护” 的原则是把某一 干扰地 区的所有被 干扰体都纳入一个 系统 中进行 防护 ， 构成统一 的排流 保护系统。由于一个地 区的干 扰源和防护对 象分别 属于多个部门、 单位 ， 联合行动才能实行。 参考文献 [ 1 ] 曾荣昌， 韩恩厚． 材料的腐蚀与防护． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 杨筱蘅． 输油管道设计与管理． 东营 中国石油大学出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 姜长洪． 输油管道腐蚀与杂散 电流测量． 管道技术与设 备， 2 0 0 4 1 l 0一l 2 ． [ 4 ] 李津． 成品油管道杂散电流干扰的防护． 石油化工腐蚀与 防护 ， 2 0 0 6 ， 2 3 2 3 5 3 8 ． [ 5 ] 唐永祥 ， 宋生奎， 朱坤锋． 油气管道的杂散电流腐蚀防护 措施． 石油化工建设 ， 2 0 0 7 8 4 2 4 J 4 ． 作者简介 高博 1 9 8 2 一 ， 硕士研究生， 主要研究方向为油气集 输 。 上接第 1 7页 采取 的行动， 确保在紧急事件 中所采 取的各个抢救步骤能够 有条 不紊地 进行。制定 的程 序必须要符合整个管道系统的特殊要求 ， 建议定期进 行紧急行动演练。 3结束语 氧气管道系统内部的清洁度要求非常高， 因此氧气 管道的除锈和脱脂是非常关键的环节， 在施工和投产 的 整个过程都需要确保管道 内的清洁。其他环节没有特 别 的要求。因此， 氧气管道虽然存在风险， 但只要在各 个环节采取了正确的措施 ， 就能确保其安全运行。 参考文献 [ 1 ] G B 1 6 9 1 2 --1 9 9 7 氧气及相关气体安全规程． 作者简介 崔海莉 1 9 8 0 一 ， 工程师， 从事工艺管道的设计工 作。