铜接地系统对输油气站场埋地管道影响-.pdf

第2 8卷第2期 2 0 1 0年 4月 天然气 与 石油 Na t u r a l Ga s And oi J V o 1 ． 2 8． No ． 2 Ap r ． 2 01 0 铜接地系统对输油笺站场埋地管道影嫡 葛艾天 ， 刘 权 ， 陈国桥 1 ． 中国石油北京天然气管道有限公司， 北京 1 0 0 1 0 1 ； 2 ． 中国石油天然气集团公司通信公司， 河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 摘要 随着石油天然气管道建设的发展 ， 部分输油气站场使 用铜 包钢等 电位序较正的材 料作站内接地网， 由于电偶腐蚀作用， 易使站内埋地管道腐蚀。通过站场腐蚀案例， 计算铜包 钢、 镀锌扁钢等接地材料的阴极保护 电流密度， 分析铜 包钢对埋地钢制 管道腐蚀的影响 ， 从而 采取措施避免此类材料与埋地钢制管道 直接相连 ， 避免管材腐蚀对生产带来的损失。 关键词 输油 气站场 ； 铜 包钢 ； 接地 ； 阴极 保护 ； 电偶 腐蚀 文章编号 1 0 0 6 - 5 5 3 9 2 0 1 0 0 2 - 0 0 1 5 - 0 3 文献标识码 A 0 前言 输油气站场的管道 、 设备、 通信 、 自控系统接地 对减轻雷电、 静电、 电气误操作 、 感应电流等造成的 危害发挥着重要作用。随着管道 自动化控制的程度 不断提高， 各系统联合接地网的应用已经成为 国内、 国际长输管道站场接地系统 的常规 、 普及做法⋯。 由于铜具有良好的导电性能 ， 已被广泛用作通信 电 力等行业的接地材料。近年来 ， 部分国内输气管道 的站场也尝试使用铜包 钢等耐腐蚀材 料作站 内接 地。由于铜在中性 土壤 中电位序较钢正， 如果与埋 地钢质结构存在电连通， 就会满足电偶腐蚀条件， 造 成埋地钢结构加速腐蚀 J 。这样站场即使施加了 站场区域阴极保护来防止埋地管道和设备 的腐蚀 ， 而要达到阴极保护标准要求 ， 需要 的阴极保护 电流 比使用镀锌扁钢等接地材料的情况增加很多， 使整 流器设备的负担加重， 站内地下管线不易得到有效 保护。 1 站场腐蚀案例 该站场 2 0 0 5年初投产 ， 投产时用 l 4铜包钢 1 0 0 0 m和 q b 1 2铜包钢 5 9 0 m及少量的镀锌 角钢 、 镀锌扁钢为接地材料 。考虑到铜包钢接地 的负作 用 ， 投产不久便将铜包钢接地材料更换为镀锌扁钢 ， 但 2 0 0 7年下半年仍在两处不同点发生腐蚀穿孔泄 露 见 图 1 。发生腐蚀管线规格为 0 ． 33 ． 6 ， 管 材规格为 L 2 4 5 N B天然气管材 ， 采用三层聚乙烯胶 粘带加强级防腐涂层进行外防腐。腐蚀结果如图 1 所示在钢管表面有两个大尺寸 的深坑 ， 沿纵方向相 连， 单个深坑宽约 1 0 mm， 纵向总长度约 4 7 m m。根 据 国家钢材料测试中心分析结果报告腐蚀穿孔为钢 管表面绝缘防腐层遭到破坏而发生表面点腐蚀造成 的。腐蚀管线从 投运到腐蚀穿孔 约 3 a ， 平均腐蚀 速率约为 1 ． 2 m m ／ a 。 图 1 腐蚀 穿孑 L 点 为避免站场埋地管道再次腐蚀 ， 业 主对上述站 场紧急施加 了区域阴极保护。根据站场布局及馈电 实验结果 ， 站场布设两套独立深井辅助阳极式阴极 保护系统。系统 A由额定功率为 5 0 V 3 0 A的恒 电位仪、 阴极通电点 A和深井阳极 A组成， 系统 B 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 9 -0 7 作者简介 葛艾天 1 9 6 9 一 ， 女， 黑龙江大庆人， 高级工程师， 硕士， 主要从事天然气管道管理工作。电话 0 1 0 8 48 8 43 41。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 6 天 然 气 与 石 油 由额定功率 5 0 V 3 5 A的整流器、 阴极通电点 B和 深井 阳极 B组成。投运后对站 内埋地管线 重新进 行的阴极保护测试结果显示 ， 站 内管地电位上升为 一 0 ． 7～一1 ． 1 V 不等 ， 产生了一定程度的阴极极 化 ， 但部分埋地管道仍未达到阴极保护要求。 通过腐蚀调查发现以下问题 a ． 埋地 管 线 的 自腐 蚀 电位普 遍 在 一0 ． 1 2～ 一 0 ． 2 5 V 之 间 见表 1 ， 远正于埋地钢质结构正 常的自腐蚀电位 钢结构在该站场 的自腐蚀电位为 一 0 ． 5 2 V c s E 左右 ； b ． 该站场 的阴极保护 电流输 出大 ， 最大 时有 5 1 ． 6 A之多 ， 但埋地管道仍有部分不能满足标准要 求， 根据业主资料显示同等站场阴极保护电流一般 为 1 0～ 2 0 A； c ． 在腐蚀调查局部开挖验证 中发现站内第一次 整改后铺设 的镀锌扁钢接地网锈蚀严重 见图 2 。 表 1 整 改前站场阴极保护记 录 2 0 0 8年 一V 阀号 投运前 鋈 皇 -f ,2 1 71 1 2 号 3 71 5日 ” 6 71 2 7日 ⋯ 8 月2 号⋯ 3 7 01 0． 43 5 0． 5 2 0． 98 0 注 以上所测电位均为通 电电位 ， 通过对 比验证冬季测试结果测试数 据偏 正约 0 ． 1 V。 1 月 1 2号 控制电位 9 9 6 mV 仅 A系统工作 ， 输 出电压 3 1 ． 3 V， 输出电流 2 2 A。 3月 5号A系统输 出电压 2 1 ． 2 V， 输出电流 1 7 ． 2 A； B系统输出电压 2 6 ． 2 V， 输 出电流 1 6 ． 7 A。 6月 2 7号A系统输 出电压 3 0 ． 4 V， 输出电流 2 9 ． 1 A； B系统输出电压 3 6 ． 9 V， 输 出电流 2 2 ． 4 A。 { }8月 2日A系统输出电压 3 5 ． 8 V， 输 出电流 2 8 ． 9 A； B系统输 出电压 3 8 ． 7 V， 输出电流 2 2 ． 7 A 根据腐蚀调查结果及历史资料推断站内电位偏 正、 阴保系统输出电流较大等问题 可能是由于原铜 包钢接地网没有完全拆 除， 且与站内管道仍有连接 造成的。由于铜在中性土壤中的自腐蚀电位约为 一 0 ． 2 V ， 电偶序 中正于钢质结构 ， 如果 与钢质管 道或镀锌扁钢接地网等 电位序较铜负的金属材料电 连接会形成电偶腐蚀电池 ， 从而引起站 内埋地金属 结构 钢制管道 、 镀锌扁钢接地网 自腐蚀电位正向 偏移， 致使站内埋地管道 自腐蚀 电位异常 ， 阴极保护 图 2 镀锌扁钢接地开挖图 系统 电流输 出增加 。 为了彻底消除安全 隐患， 2 0 0 8年对该站场接地 系统进行彻底开挖整改 8 ． 对站内镀锌扁钢接地网进行整体更换 ； b ． 进行站场大开挖彻底清除残余的铜包钢 ； c ． 对站内埋地管道腐蚀情况进行全面调查。 本次整改挖出铜包钢 7 3 m q b l 4 ， 工艺 区内接 地网整体严重锈蚀， 在对站 内埋地管道腐蚀情况进 行全面调查中共发现 1 9处腐蚀点， 腐蚀坑 深从 0 ． 1 ～ 5 mm不等 腐蚀速率最大可达 1 ． 2 5 m m ／ a ， 最大 一 处腐蚀点面积达 4 1 ． 5 mm1 5 ． 4 m m 见图 3 。 通过整改将铜包钢进行彻底清除 ， 对整个站场 接地网重新进行敷设 ， 共敷设 5 0 mm 5 m m的镀锌 扁钢1 1 3 2 m， 4 0 m 4 m 的镀锌扁 钢 1 5 8 2 m， 5 0 IT ／ ／ ／ ／ 5／ ／ ／ ／ E l x 5／ lq 的接地角钢 5 6根 。对腐蚀严重的 埋地管线进行 了补强 ， 并对站场埋地管线重新进行 防腐。 整改结束后再次进行腐蚀调查 站 内自然电位 提高到一 0 ． 8～一1 ． 0 V 眦 由于镀锌扁钢的镀锌层 使埋地管道 自然 电位负向偏移 ， 见表 2 ， 自然 电位 恢复正常。随后对阴极保护系统重新进行调整， 调 整后的阴极保护系统由一台阴保机和两个深井阳极 组成 ， 调整后系统输 出电流约 2 0 A， 输 出电压 1 5 ． 3 V， 站场的管地电位在 一0 ． 9 4～一1 ． 2 4 V s E 之间 ， 站 内埋地管线满足阴极保护标准要求 ， 埋地管线得到 加 盼 ∞ B 7 7 7 9 1 9 8 8 7 7 0 0 O 0 1 O O O 0 0 6 2 9 7 0 5 3 2 6 4 2 5 7 4 8 9 2 8 1 0 6 6 6 6 8 9 9 7 7 7 0 O O O O O O O 0 0 3 8 9 3 8 5 0 8 5 4 乃跎 佑 O O O 0 0 O O O O O 似 m O O 0 0 1 6 l 3 2 6 2 6 7 4 7 5 2 3 8 5 4 5 6 9 0 O O O 0 O O O 0 0 9 5 5 5 5 4 4 l 1 1 ㈨拟坝 5 5 5 5 5 3 3 2 2 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 8 卷第2期 葛艾天， 等 铜接地系统对输油气站场埋地管道影响 1 7 充分保护 ] 。 图3 典型埋地管材腐蚀点 单位 m m 表 2 整改后阴极保护数据统计 一V 2 o 0 8 一 l 1 ． 2 5 2 0 0 8 ． 1 2 1 7 2 0 0 8 ． 1 2 1 7 2 0 0 8． 1 2- 2 4 2 0 09 -01 - 0 3 阀号 阴保系 阴保系 阴保系 阴保系统 阴保系统 统关 统关 统开 开 ” 开 5 6 0 9 0． 9 3 3 0． 8 6 4 0 ． 9 5 4 1 ． 0 51 0． 9 3 7 5 4 0 5 0 ． 8 9 8 0． 8 5 2 0． 9 8 9 1 ． 0 71 1 ． 0 5 3 5 3 0 5 0 ． 9 1 1 0． 8 6 6 0． 9 91 1 ． 0 5 5 1 ． 0 47 5 2 0 5 0 ． 8 8 2 0． 8 4 3 0． 9 8 3 1 ． 0 0 2 0． 9 1 2 51 0 5 0 ． 9 6 7 0． 8 98 1 ． 0 7 3 1 ． 0 7 1 ． o 4 2 31 0 3 0 ． 9 7 4 0． 9 01 1 ． 0 2 1 1 ． 0 8 1 ． 1 6 7 31 0 7 1 ． 01 4 0． 91 4 1 ． 1 1 ． 2 3 7 1 ． 21 2 4 叭0 ． 8 5 8 0 ． 8 9 7 1 ． 1 0 1 1 ． 1 6 9 1 ． 1 7 8 2 3 0 1 0． 8 7 3 0． 8 8 5 1 ． 04 3 1 ． 045 0． 9 6 5 2 2 01 0． 9 0 5 0． 8 91 0 ． 98 6 1 ． 1 41 1 ． 1 8 4 21 01 0． 8 5 4 0． 9 0 3 0 ． 9 9 2 1 ． 0 1 2 1 ． 0 9 4 3 6 0 6 0． 9 7 7 0． 8 91 0． 9 7 4 1 ． 1 4 6 1 ． 2 3 5 3 6 0 3 0 ． 9 3 9 0． 8 9 9 0． 9 7 9 1 ． 2 5 1 ． 2 0 8 3 4 0 3 0 ． 9 46 0． 8 7 3 0． 9 5 2 1 ． 2 9 8 1 ． 2 9 7 3 4 01 0 ． 9 5 6 0． 8 5 2 0． 9 6 4 1 ． 3 2 9 1 ． 31 1 注 日期栏 2 0 0 8 一 l 1 - 2 5位测试 13 期 2 0 0 8年 1 1 月 2 5日， 其他类 同； } 2 0 0 8年 1 2月 1 7日恒电位仪输 出 电流 1 6 A， 电压 1 8 V； } 2 0 0 8年 1 2月 2 4日恒电位仪输 出 电压 2 3 V， 电流 1 9 ． 4 A； 2 0 0 9年 O 1月 0 3 13恒电位仪输出 电流 1 9 ． 3 A， 电压 2 3 ． 1 V 。 2 铜包钢对站场阴极保护影响分析 a ． 强烈的电偶腐蚀 ， 使涂层破损处埋地管线腐 蚀速率可达 i ． 2 5 mm ／ a 。 b ． 该站场埋地 管线表面积 为 5 0 8 1 T I 涂层 以 3 P E为主 ， 本次整 改开挖铜 包钢总 表面积为 3 ． 2 i n ， 更换镀锌扁钢总表面积为 3 2 5 ． 3 3 6 1 T I 。将铜包 钢接地挖出后 阴极保护系统输 出电流从 多于 5 0 A 下降到不足 2 0 A。根据业主 日常监测数据 3 P E防 腐层在管道的电流密度为 1 A ／i n ， 镀锌扁钢的电 流密度为 6 1 ． 7 m A ／n l ， 通过计算可得铜包钢的电 流密度为 9 ． 4 A ／m 。由此可见铜包钢的电流密度 为镀锌扁钢的 1 5 2倍多， 在大面积使用铜包钢做接 地极情况下， 铜包钢会消耗阴保 电流的绝大部分 ， 而 3 P E的电流需求在站场 阴极保护中则可忽略不计。 国外阴极保护电流需求实验也证实在同一环境下极 化到同一电位时铜需要 的电流密度是镀锌扁钢 的 2 0 0倍 ， 是碳钢的 1 0倍 ’ 。 3 结论 a ． 铜接地等较钢结构电位正材料与埋地管道直 接相连， 由于强烈 的电偶腐蚀作用会使埋地钢质结 构加速腐蚀， 本示例中站场的埋地管道的腐蚀速率 可高达 1 ． 2 5 mm ／ a ， 因此应慎重使用。对于安全要 求高的长输 、 高压油气站场， 建议禁止使用。 b ． 阴极保护可 以减缓甚至基本消 除站 内埋地 钢制结构的腐蚀 ， 但是铜接地等较钢电位正材料 的 使用会使保护电流大幅增加 ， 严重影响阴极保护效 果。 12 ． 接地系统的使用是为人身和设备安全而设计 的， 站场阴极保护系统是为了防止站内管线腐蚀而 设计的， 两者都是站场安全不可或缺的组成部分 ， 因 此在设计输油气站场时有必要统筹考虑两者之间的 关系。 d ． 不同的土壤 环境 中的金属 材料 的电流密度 需求有很大差异， 本文所提到金属材料的电流密度 为在该站场环境下 的数据， 仅供参考 该站土壤 电 阻率为 3 3 ． 9 n 1 。 参考文献 [ 1 ] K i r k a p t r i c k E L ． E l e c t r i c a l G r o u n d i n g a n d C a t h o d i c P r o t e c t i o n I s s u e s i n L a r g e G e n e r a t i n g S t a t i o n s[ J ] ．Ma t e r i a l s P e r f o r ma n c e ， 2 0 0 1 ， 1 1 1 7 1 8 ． [ 2 ] P e a b o d y A W．管线腐蚀控制[ M] ．吴建华 ， 许立坤译． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 4 2 9 6 3 0 7 ． 下转第3 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 8 卷第2 期 杨克龙， 等 质量流量计在精甲醇计量中的使用 3 3 3 ． 3 ． 2 稳 定质 量流量计后 端 压力 在汽车装车时 ， 科隆质量流量计后端球阀开度 减少 ， 控制瞬时流量 4 5 t ／ h ， 从而保证流量计后端压 力 0 ． 1 M P a 。 3 ． 3 ． 3 避免汽车装车管道 内精 甲醇汽化操作 汽车装车管道在汽车装车时， 先启动汽车装车 泵 J 1 2或 J 2 2 ， 后开 H V 一 1 3阀； 停止装车时， 先关 HV 一 1 3阀， 后停汽车装车泵 J 1 2或 J 2 2 。 4 改造前后对比分析 4 ． 1 汽车装车系统改造前与改造后对 比分析 汽车装车系统改造 H V ． 1 3阀移 至汽车泵 J 1 2 和 J 2 2后 ， 质量流量计水平管道拉直 ， 流量计前后端 门子形 固定刚性支撑架由原来的 1 2 D 管道直径 D 8 0 m m 改为 8 D 。整改后管道 内振动基本 消除， 安装系数由2 8 6～3 0 7降为 2 6 0～ 2 7 0 。质量流量计 现安装平面图如图 5所示。 4 ． 2 汽车装车泵区改造前与改造后对比分析 汽车装车泵区改造 汽车泵 J 1 2和 J 2 2后安装 I - I V 一 1 3阀、 热电阻、 现场压力表 ， 自立式调节 阀改为 气动薄膜式调节阀， 汽车 回流管线上加装一块压力 变送器 ， 压力 回流限定在 0 ． 4 M P a 。在汽车装车时， 汽车装车管道中压力超过 0 ． 4 MP a ， P V - 0 2气动薄 膜式调节阀 自动打开泄压 ， 回流至成品罐区， 从而避 免机泵憋压， 消除了安全事故发生 的可能性 。泵 区 现安装平面图如图 6所示。 5 结语 图 6 泵 区现在安装平面图 川西北气矿甲醇厂汽车装车台共有两台直管形 质量流量计 ， 精度 等级均达 到了 2 ％ 0 以内， 提高了计 量精度 ， 减少了工人劳动强度 ， 达到了甲醇外输计量 标准。 参考文献 [ 1 ] 王兴才． 科里奥利质量流量计的原理和应用[ J ] ． 工业 仪表与自动化装置， 1 9 9 4 ， 4 3 4 3 8 ． [ 2 ] 孙晓凌． 双平行直管式质量流量计的特性及其应用 [ J ] ． 工业仪表与自动化装置 ， 1 9 9 4 ， 3 2 9 3 1 ． [ 3 ] 郑德智， 樊尚春， 邢维巍． 科氏质量流量计相位差检测 新方法[ J ] ． 仪器仪表学报， 2 0 0 5 ， 2 6 5 4 4 1 3 ． [ 4 ] 樊尚春， 刘广建．谐振式科里奥利质量流量计[ J ] ． 北 京航空航天大学学报， 2 0 0 0 ， 2 6 6 6 5 3 - 6 5 5 ． [ 5 ] 高志强， 王洵， 袁利剑， 等． 罗斯蒙特质量流量计测 量原理及应用[ J ] ． 传感器世界， 2 0 0 3 ， 9 4 3 2 - 3 6 ． [ 6 ] 朱海华， 房金平． 高准质量流量计 的故障应急处理 [ J ] ． 基础 自动化 ， 1 9 9 5 ， 2 5 6 0 -61 ． [ 7 ] 刘宝权 ， 张波， 郝娟， 等． 如何确保质量流量计计 量的准确性[ J ] ． 石油工业技术监督， 2 0 0 3 ， 1 9 8 2 2 2 5． [ 8 ] 曹王剑． 科氏力质量流量计的应用[ J ] ． 工业仪表与 自 动化装置， 1 9 9 5 ， 2 5 1 5 3 ． 上接第 1 7页 [ 3 ] 胡士信， 孟宪级 ， 徐快， 等． 阴极保护工程手册[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 1 9 9 9 2 6 3 0 ． [ 4 ] 吴阴顺， 曹备．阴极保护和阳极保护[ M] ．北京 中 ． 国石化出版社 ， 2 0 0 7 1 - 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