油气管道的杂散电流腐蚀保护措施.pdf

油气管道的杂散电流腐蚀防护措施 唐永 祥’宋生奎’朱坤锋3 1 中海石油天然气及发电有限责任公司，北京 1 0 0 0 2 7 2 徐州空军学院航空油料物资系， 江苏徐州2 2 1006 3中国石油天然气 管道工程有限公司，河北廊坊0 6 5 0 0 0 摘要介绍了杂散电流腐蚀的机理、 特点以及对油气管道的影响， 以及国内外标准关于杂散电流干扰源与 油气管线安全间距的规定，并提出了相应防止杂散电流腐蚀的措施。 关键词油气管道 杂散电流 防护措施 中图 分类号T E 8 8文献 标识码B文 章编号1 6 7 2 一 9 3 2 3 2 0 0 7 04一 000 2 一 0 6 国民经济的快 速发 展对能 源和交 通提出了更 高的 需求， 我国油气管 道与电 力线 路和动力牵引系 统 包 括 电气化铁路 的里程与日俱增，由于地理位置的限制， 在油气管道与电 力线路和电气化 铁路的设计和建设过 程中不可避免的出现并行敷设的 情况， 彼此会产生干 扰和影响， 处理不当会对油气管道产生很大的危害。 据东北输油管理局统计， 东北地区共有长输油管道约 2 0 1洲 〕 k n l ，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80 的 腐蚀穿 孔事故是由 杂散电 流引起的，位于直流电 气化铁路附 近的管道， 严重时半年就发生腐蚀穿孔， 腐蚀速度大 于10一 1 2 rn 门 1 / a 。资 料表明， 对于壁厚为8 一 g m m 的钢 质管 道， 快则几个月 就发生 穿孔川 。 杂散电流 对金属管 道的强烈腐蚀作用由此可见。因此与电气化铁路并行 敷设油气管道时， 了解电 气化铁 路对管道的影响并采 取相应的保护措施， 对于保证油气管道的安全运行具 有十分重要的意义。 1杂散电流干扰腐 蚀原理12] 杂 散电流的主要来源是直流电气化铁路、直流电 解设备接地极、 阴极保护系统中的阳极地床等。其中 以 直流电 气化铁路引起的杂散电流干扰腐蚀最为严 重。当直流电 流沿地面敷设的铁轨流动时， 直流电 流 除了在铁轨上流动，还会从铁轨绝缘不良 处泄漏到大 地，在大地的金属管道上流动，然后返回电 源。这部 分泄漏的电 流称为杂散电 流。 杂散电 流的流动 过程形成了2 个由 外加电 位差建立 的腐蚀电池， 一个是电流流出铁轨进人管道处， 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。 通常没有杂 散电 流时腐 蚀电 池 两极电 位差 仅0 . 65 V 左右， 杂 散电流 存在时 管地电 位可达8 一 gV ，因 此， 杂散电 流干扰对金属管道的 腐蚀比 一般的土壤腐蚀要 强烈得多。 姗器黯黯黯锹 珊知 . ， 图，管道电位变化图 此外交流高压输电线对输油管道的影响也应给予 关注。虽然低频交流电 输电 线对金属管道引起的 腐蚀 比直流电 小， 一般只有 直流电 的1 ， 但是高 压输电 线 与地下管道平行敷设时， 静电 场和交变磁场在管道上 感应出的交变电压和电流对管道的影响危害却不可忽 视。 一条 与10k V 输电 线的平 行敷设的 地下管 道， 在正 常工作时管 道上可 感应出17V 的交 流电 压。 2 杂散电流腐蚀特 点 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，其中杂散电流造成的集中腐蚀破坏后果非常严 重。油气管道与电 气化铁路并行时， 会对油气管道产 生直流或 交流电 流腐 蚀{3] 。 散流于 大地中的电 流 对埋地 钢质管道所产生的 腐蚀称为杂散电 流腐蚀， 又名干扰 欢 迎访 问 中 国 化 工 建 设 网w w w ￡ cc enrOrg 万方数据 唐永祥宋生奎朱冲锋 油气管道的杂散电流腐蚀防护措施 腐蚀。 杂散电 流来自 于电 气化铁路、 有轨电 车、 地下 电 缆的 漏电、 建筑物的接地装置等。 它可分为 直流杂 散电流和交流杂散电流。 2. 1 直流杂散电 流对油气管道的影响 叫 1 腐蚀强 度、 危害大。埋 地金属 燃气管 道在 没杂 散电流时，只 有自 然 腐蚀， 大部分为原电 池型， 驱动 电 位差只 几百毫伏， 腐蚀电 流只几十 毫安;而杂 散电 流千扰 腐蚀时是电解电 池原理，电 位可达 几伏，电流 最大可 能上百安。 根据 法拉第电 解定律，I A 的电 流 通 过钢管表面 流向 土壤溶 液一年可 溶解约10kg， 由此 可 看出 直流杂散电流干 扰腐蚀相对其他原因引起的 腐蚀 严重得多。 2 范围广，随 机性强。杂散电 流干扰腐蚀范围 大， 特 别是 地铁的杂 散电流 几乎影响 整个城区的 地下 金属管网;轨道与地的绝缘电阻， 管道的防腐绝缘 层 电阻，土 壤电阻率、电流大 小等 都是变化的， 因此 杂 散电流 流向 也是随 机的， 给防护带来 一定难度。 2. 2交 流杂 散电 流对 油气管道的影响 电气化铁路在运 行状态下 对相邻的 地下金属管 道 会产生交流干扰。国内外对交流干扰研究结果均表 明， 交流干扰对地下金属管 道的危害很大， 在故障状 态下 瞬间感应电压可能击穿管道的绝缘层、绝缘法 兰， 甚至击毁阴极保 护设备并 对生 产操作人员人身 安 全造成 威胁， 此外交流电的 存在可引 起电极表面的去 极化作用，加剧管道 腐蚀，交流千 扰可加速防腐 层的 老化，引起防腐层的 剥离，干 扰阴 极保护系统的正常 运行，使 牺牲阳极系 统发生 极性逆 转，降低牺牲阳极 的电流效 率， 致使管道得不到有效的防 腐保护。 3 杂 散 电 流 腐 蚀 防 护 措 施 [4] 一 [l01 管 道沿线与高 压输电线路近距 离平行敷设时，高 压输电线、电 气化铁路会对管 道造成干扰， 加剧管道 的腐蚀，因此管道应尽量远离交流、直流干扰源，并 采取相应的保护措施。 3. 1 尽量避开干扰源 根 据线路杂散电 流源的 勘察结果， 管道布线时 在 符合安全要求前提下， 合理 选择走向， 避开地铁、电 气化铁路，输变线路等 杂散电流干 扰源。对于受杂 散 电流干扰管道增设绝缘 法兰， 将被千扰的管道与主干 线分隔开，目 前国内外没有 对管 道与电气化铁路的安 全间距的专门规定，参照目前相关的标准。 1 G B5025 1 一 2003 输气管道工程设计 规范 明 确 规定 除管道专用的隧 道、桥梁外，线路严禁通过铁 路或公路的隧道、 桥梁、铁路编组站、大型客运站和 欢迎访问 中国化工 建设网w ww ccce nr .org 变电所; 2 德国 A F K N 03一 l 9 8 2关于 三相高 祖 三 电 力系统和 单 线铁道牵引系 统附 近的管道 设备和运行标准 规定 并 行1 0 k l n 以 上的绝 对安全间距 不采取任何 相应措施 为I o 0 0 m 。 3 s Y / T 0032一 2000 埋地钢制管道交流排流保护 技术 标准 规定 管 道距离I O K V 高压线排流点2 . s m ， 管 道距离35K 勺 高 压线 排流 点2 . s m ， 管道距离1 1 O K V 高 压线 排流点1 5 m， 管道距 离220KV 高压线排流点3 伽。 4 G B 5 0 2 5 3 一 2 0 0 3 输油管道设计规范}} 4 . 1 . 5 规 定输 油管道应敷设在距离铁 路用 地3 m 以外， 5 意大利国内 标准” D e c r e t oM i n i s t e r i a l el O A go s to20 04” D M04 对 电 气 化 铁 路 与 油 气 管 线 和 截 断阀的间距 规定分别为20m 和30m ; 6 国内电 力部门要 求电 线杆的投影距管线的 距 离应在15 倍杆高以上; 7 国务院颁发的 石油天然 气管道保护条例 2 0 01 年 08月02日 之 第十五 条明确 规定禁 止在管道中 心线 两 侧或 者管道设 施场区外 各5 0m范围内， 爆破、 开山和修 筑大型建筑物、构 筑物工程。 3. 2 保护措施 3 .2. 1 开 展杂散电 流干扰腐蚀综 合治理 自 加世纪80年代中 期以 来， 在总结国内外直流排 流保护经验的基础上， 经过不断的研 究、探 索，逐步 形成了一套杂散电流千扰腐蚀综合治 理的方 法。所谓 杂散电 流干扰腐蚀综合治理是指在采 取排流 保护措施 前， 对影响管道排流保护的诸因素进 行全面细致的调 查; 在采取排流保护措施时， 根据不同 地域、不同管 道、不同 管段的具体情况， 采取具有互补作用的多种 排流保护措施。 在排流保护措施实施后， 强化对管道 排流保护系统的监测和管理， 并根据杂散电 流干扰状 况的变化及时调整管道排流保护系统的 运行。这套方 法包括如下 措施 3. 2. L I 排流保护调查和测 试 排流保护 调查和测试是 有效进行管道排流 保护的 前提。2 0 世纪70年代以 来， 管道管理部门先后组织四 次大规模的管道排流保护调查 和测试，其间还 进行了 一些小规模的测试， 通过这些 调查测 试， 取得了丰富 的原始数据， 在对原始数据的 进行分析后， 制定了相 应的排流保护 方案。 3. 2. 1 .2 排流 保护15] 排流保护措施不同于管道的防腐设计， 需按有关 标准进行干扰源侧及管道侧测定， 根据具体情况进行 万方数据 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m P P e t 阳l e u C迢 m a n dC b e m i e a l C o n s t 山e t i o n 石 油 化 工 建 设 2 0 0 7 年第2 ， 卷第4 期 方案确定。排流保护措施通常采用直接排流、极性排 流、强制排流、接地排流四种方案。 管/ 地电位偏移稳定在正方向时，可采用直接排流 保护措施。通过导线将管道和干扰源测的负极直接连 通， 使管道中的干扰电源引人干扰源的负极。此法适用 于牵引变电所附近， 简单经济几效果好， 但范围有限。 管/ 地电 位正、 负极性交 变时， 可 采用极性排流保 护措施。 它是通过一 极性排流 器 一般为二极管 将 管道 和回流轨道连通，当管道上出现正电位时可把管道中 的杂散电 流排出，出 现负电 位时排流器不导通， 可防 杂散电流的进人。此法安装方便、应用广，但管道距 轨道远时效果不好。 强制排流主要用于管/ 地电位正、负极性交变，电 位差小，且环境腐蚀较强的情况下使用。通过强制排 流器将管道和轨道连通， 杂散电 流通过强制排流器的 整流环排放到轨道上，当 无杂散电 流时， 强制排流器 给管道提供一阴极保护电流，使管道处于阴极保护状 态。 此法保护范围大， 地铁停运时可对管道提供阴 极 保护， 但对轨道电 位分布有影响， 需要外加电源。 管/ 地电 位 正向 偏 移， 管 道离干扰源较 远， 为不影 响信号不允许直接把电 流排放到轨道上时可采用接地 排流措施。通过在管道预排流位置上，靠近干扰源侧 设置一组接地极， 然后通过极性排流或强制排流来排 除杂散电流。此法使用方便，但效果不显著，需辅助 接地极。 排流保护系统的管理和监测是保证管道排流保护 系统正常运行的关键。近十 几年来， 该地区管道的排 流保护系统管理采取日 常管 理和重点监测相结合的方 式，对管道排流和阴极保护系统运行的技术参数进行 及时的记录和分析，对重点管段的排流保护状况进行 重点监测， 并针对杂散电 流干扰状况的变化及时调整 排流保护系统的 运行清 况。 3. 2.2阴极保护 杂散电 流是随时间不断 变化的，多数情况下杂散 上接第引页 实验室中将 对污 垢颗粒的 类型大 小与数量进行检 查。 冲洗进行2 4h后将进行第一次取样检查， 取样之前 最好对检测滤网要进行目测，连续两次冲洗后检测滤 网表面比较干净没有污垢， 将进行第一次取样检查。 当 油中所含 颗粒 小于或等于固定 值时， 油冲 洗工作 完成。 4恢复 在冲洗工作完成 之后， 需拆除所 有的临时管线并 恢复最终连接。 电流表现得不十分明显，因而管道的自然腐蚀仍会占 据主导地位，因此排流保护必须与阴极保护相结合才 能有效遏制管道的腐蚀。 3.2.3管道均压 在相邻管道间加设管道均压装置。这些装置有助 于平衡相邻管道间的电 位， 缓 解管道间的 相互干扰。 3.2. 4加强 日 常维护 为改善管道防腐层绝缘状况， 采取检修、补漏与大 修相结合的方式， 每年 均进行管 道防 腐层的 检漏修补 工 作， 以提高管道防腐层质量，为有效地进行排流保护打 下较好的基础。同时开展智能清管作业，对重点地段 管道的腐蚀风险评估， 确保 油气 管道安全运行。 参考文献 1 秦国治， 丁良 棉，田志明管道防腐蚀技 术. 北京， 化学工 业版 社. 2 0037 ， 10 2姜长洪等. 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 31501 5 5 8 9 一 1 2 阅3 E P et r of euma n dn a tu r al即s in d u s IJ ies一C a t h odi cP r ot以 i o nof P i 讲 n et r a l l S P 〔 l rt 习 t l o ns y s t e ms 一Part l o n习 刁 n dP 劝 祀 h l 〕e s 4祝怒， 孙智. 长输管道的 腐蚀与防 护， 全面腐蚀控制， 2 005 . 19 执 5程善胜等. 地铁直流杂散电流对埋地金属管道的腐蚀， 煤气与 热力，2 0 0 3 . 7 6G B 50251 一 2 003 输 气管道工程设计规范，中国 计划出 版社 北京，200 3 7A F K N 03一 1982 关于三 相高压电力系 统和单线铁 道牵引 系统 附近的管道设备和运行标准，德国标准 s sy/ T oo3 2 一 2 以 刃 埋 地钢制管 道交流排流 保护 技术标准， 石油 工业出版社，北京，2 000 9G B 5 0 2 53一 2 003 输油管道设计规范，中国 计划出 版社， 北 京，2 0 0 3 10陈敬和等. 抚顺地区管道 直流 杂散电 流干扰腐蚀及防护的 探 讨， 管道技术与设备，1 9 9 9 . 6 收 稿日期 2 0 0 6 一 0 6 一 0 2 作者简介 唐永祥，男， 汉族， 湖 南新宁人，19 76年 2 月生， 中 级职称，2 005 年获得中国 石油大 学 北京 油气储 运工程专业硕 士学位，目前在中海石油天然气及发电有限责任公司从事项目 开发工作。 5 结束语 酒泉压气站油冲 洗工作从2 加6 年11月13日 开始， 历时23d 。 全线冲 洗时间 最短， 冲 洗质量最 优， 受到意 大利G E 通用公司的 肯定。 在油冲 洗工作中 获得宝贵的 经验， 为同 行业其他单位的压气站的顺利建设打下良 好基础。 收稿 日期 2 007 一 0 1 一 1 5 欢 迎 访 问 中 国 化 工 建 设 网w w w .二 nr .哪 万方数据