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赵永丽:浅谈平泰线山东段阴保系统的运行分析

2023-05-10 14:56:27

浅谈平泰线山东段阴保系统的运行分析

赵永丽

中原输油气分公司


摘要:管道防腐作为管道完整性管理的重要部分,其运行的好坏直接影响管道运行生命周期。本文主要介绍了恒电位仪在平泰线山东段地理环境和干燥气候下恒电位的工作情况,土壤电阻率变化对电流分布的影响,平泰线山东段地区影响恒电位仪正常运行的干扰因素以及正确处理的方法措施,让管道阴极保护系统发挥更有效的作用。

主题词:平泰线  山东段  恒电位仪  运行分析


强制电流阴极保护是埋地钢管防腐工艺中,电化学保护方法的一种。它通过对被保护金属体施加电流,从而造成电极电位负移,迫使电解质中被保护金属表面都成为阴极,使金属减弱由原子态自发变为离子态的趋势,因而从根本上抑制了腐蚀的发生。由于这个过程必须在电解质中进行,因此埋地钢管非常适宜采取强制电流阴极保护。强制电流法具有:保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点,故适合用于长输管线的防腐。若阴极保护与管道本身的防腐层互相补充,从而在安全性和经济性方面达到完美组合,则是目前公认的最佳防腐方案。恒电位仪作为管道阴极保护系统中重要的生产设备,它的正常运行是保证管道安全生产的基础,因此加强恒电位仪的设备管理,合理地使用与维护设备,对于保证输气管道安全平稳运行,乃至提高经济效益都有着非常重要的意义。目前,平泰线山东段天然气管道就是采用强制电流法进行管道防腐。


1  平泰线山东段地区地理环境和干燥气候下恒电位的工作情况


平泰线山东段管道在投产初期将恒电位保护电位设定为1.2V,但是在实际生产中发现由于本地区气候干燥,地貌以平原为主,土壤中沙性比例大,造成土壤电阻率和自然电位较高,个别地段的自然电位甚至接近于保护电位。济宁站恒电位仪自投产以来经常出现输出电流过小或输出为零现象,导致恒电位仪报警或转恒流,影响了阴极保护系统的正常运行。济宁站根据站场实际情况将保护电位调高至-1.3V后,恒电位仪运行正常。上述情况说明在不同地区的地理环境下,可以根据恒电位在当地的实际运行情况,在允许范围内适当调整保护电位,来改善恒电位仪的运行状况。


2  土壤电阻率变化对电流分布的影响


当土壤电阻率均匀,管道电阻忽略不计时,与阳极距离最近的点电流密度最大。距阳极越远,电流密度越小。然而,由于本地区地理环境的特殊性,该地区大多数的土壤电阻率是不均匀的。当沿管道的土壤电阻率有较大变化时,将对管道的电流分布产生较大影响。在管线穿越河流的管段。由于河水的电阻率远远小于周围的土壤电阻率,导致临近河床的管道电流密度增大,电位下降。

在实际工作中我们会发现,沿管道测量管地电位时,距汇流点远的地方,测得的电位不一定就比距汇流点近的地方的电位值负,这与土壤电阻率的变化有很大关系。在实际测量电位中也会出现距离阴保站较远的测试桩测到的管道保护电位比阴保站附近的测的管道保护电位要高。管道周围土壤电阻率较低时,阴极保护充分。因此,在土壤电阻率变化大或者结构形状复杂时,若使电流分布均匀,有效的措施是正确的布置辅助阳极。另外,尽管在土壤电阻率低的地方测得的电位满足要求,这并不意味着其处于土壤电阻率高的地段的管道也得到了充分的阴极保护。



3  平泰线山东段地区影响恒电位正常运行的干扰因素


由于本地区夏季有时干旱少雨,日照蒸发强烈。导致土壤长期处于干燥状态,容易造成现场参比流空。现场参比开路时现象为恒电位仪显示为无输出电压、电流,“保护电位”高于“控制电位”。所以在本地区日常对阴极保护系统的运行与维护工作中,应定期检查现场参比桶内细沙是否湿润,夏季应加密注水周期。

土壤中存在着强度和方向变化不定的杂散电流,它们来自多种多样的杂散电流源。电气化铁路系统是对带有防腐涂层埋地金属管道影响最为严重的杂散电流源之一。管道与交流电气化铁路并行的管段,如果二者间距在400米范围内,应从并行段的起点开始,每2千米设置一处排流防护点;在与直供式电气化铁路交叉的地段,在交叉段的其中一侧位置设置一处排流防护点。平泰支线天然气管道与山西中南部铁路交叉,交叉地点位于泰安市宁阳县鹤山乡黄山村,管道测试桩L465+350米处。根据当初管道建设时的施工组织设计,此交叉点采用的箱涵穿越方式。为了确保此处管道阴极保护的效果,箱涵穿越段管道在施加了强制电流阴极保护的情况下,又增加了牺牲阳极保护,牺牲阳极采用的镁阳极。

目前,测试镁阳极电位为-1.595V(CSE),镁阳极正常,未完全消耗。管道与镁阳极连接同时在施加强制电流阴极保护的情况下,测试的管道通电点电位为-1.332V(CSE),在断开牺牲阳极时管道通电点电位为-1.210V(CSE)。此处管道交流电压为2.265V(CSE)。同时对距离铁路最近的测试桩L465进行测试,通电点电位为-1.221V(CSE)(未加牺牲阳极),交流电压为1.002V(CSE)。铁路交叉处的管道通电点电位目前在正常范围之内。

经过测试计算,此处的土壤电阻率为25.12欧·米,交流干扰电压为2.265V(CSE),可以计算出此处的交流干扰电流密度为20.36A/m2,交流干扰程度弱,可不采取交流干扰防护措施。但是山西中南部铁路设计为电气化铁路,目前只是货运通车,客运还未正式运营,咨询铁路相关主管部门,计划明年上半年可能通车,待客运通车后车流量会大大增加,该处会形成较大的杂散电流。由于杂散电流的强度一般都很大,从而使牺牲阳极溶解量大大增加,并可使被干扰体系在短时间内发生点蚀穿孔,甚至诱发应力腐蚀开裂。常规的阴极保护难以阻止杂散电流腐蚀,因此,建议定期对此处穿越段进行专项的管道交流干扰评价,根据评价结果采取有效的排流或防护措施,保证管道免受腐蚀。

另外,由于受区域规划和地形条件的限制,天然气管道不可避免的与地方已建的10KV及以上的高压交/直流输电线路并行或交叉,这些干扰源必将对管道的安全运行形成严重的干扰,为此应对进行强电冲击与交/直流干扰防护安全设计。管道与高压交/直流输电线路或通讯铁塔等设施靠近时,在雷击或输电线路发生工频故障时,接地系统会在地下形成脉冲电弧,击伤附近管道,因此如果管道与这些输电线路的铁塔、拉线或通讯铁塔以及这些铁塔的接地系统之间的距离小于10米范围内,应在该处设置1处屏蔽线进行屏蔽防护。屏蔽防护采用去耦合器和裸铜线(或裸锌带),裸铜线(或裸锌带)应沿管道两侧敷设。

在高压交流输电线路走廊内的管道,与110KV及以上输电线最外侧边导线间距小于300米且累计长度超过2千米的管段,应进行交流感应电压排流防护,排流的原则一般为:1、从起点开始,每2千米设置一处排流防护点,排流防护点位置允许前后中有所调整,尽量设置在附近土壤电阻率小于20欧米的位置;2、管道进入或远离输电线路的走廊位置处;3、在管道与高压交/直流输电线路交叉且交叉角度小于55度处。

目前,平泰线济宁站所辖管道与地方已建的10KV及以上的高压交/直流输电线路并行或交叉处都设置了屏蔽防护。屏蔽防护采用的固态去耦合器和裸铜线(建议采用固态去耦合器和裸锌带,因为裸铜线长时间会形成铜锈影响排流效果,裸锌带不但能达到排流效果,同时还起到补充阴保的作用),裸铜线沿管道两侧敷设,敷设长度根据现场干扰电压等级确定。

平泰天然气管道站场内都设置了区域阴极保护系统。区域阴保采用强制电流法,利用MMO/Ti混合金属氧化物柔性阳极保护地下管道在内的各种金属构筑物。阴极保护电源采用4回路恒电位提供阴保电源,4路恒电位仪3用1备。正常情况下站内的埋地管道、钢制接地系统都在保护的范围之内。站内区域阴保与站外管道阴保之间通过绝缘接头隔离,各自成一套独立的阴保系统。如果绝缘接头出现损坏就会造成两个独立系统的相互干扰,不能达到的有效的保护。因此,要定期对绝缘接头进行绝缘性能测试,保证绝缘接头性能良好;同时绝缘接头处的防雷系统也要定期检测,一旦感应雷的强电流冲击绝缘接头时可有效地对绝缘接头起到保护作用。此外,还有站场的1101#阀门与干线管道阴保联通, 1101#阀门执行机构的电缆钢套管与大地相连,1101#阀门执行机构与电缆钢套管之间安装了绝缘垫片,防止1101#阀门与电缆钢套管联通泄放阴保电流。因此,要定期检查1101#阀门执行机构与电缆钢套管之间绝缘垫片的绝缘性能,确保线路阴保不出现漏电点。

平泰天然气管道在建设期间管道临时阴极保护采用牺牲阳极保护,即在管道上缠绕临时锌带,来达到防腐目的。采用牺牲阳极法的主要优点有无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其他建构筑物、保护电流利用率高等,因此特别适合于埋地钢管的临时防腐。但是管线投产采用强制电流保护后,如果临时锌带拆除的不彻底,就会造成该处自然电位过高,时间久了锌带完全消耗后还会加剧此处的管道腐蚀。

以上是我对平泰线山东段地区阴保系统运行情况的一点认识,近几年长输管道在我国得到快速发展,人们已深刻认识到管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防腐措施。如何让管道阴极保护系统更有效的发挥作用,还有待我们今后在实践中去研究和探索。

 

参考文献:

[1]西气东输二线管道工程平泰支干线防腐通用设计

[2]埋地钢制管道干线阴极保护技术规范(Q/SY GD 0301-2016)

[3]油气管道杂散电流干扰与防护手册(Q/SY GD 1027-2014)

 

作者:赵永丽,中原输油气分公司济宁输气站技术员。

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