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新大線管道雜散電流干擾的分析與防護(hù)

文檔作者：趙晉云1, 滕延平1, 劉玲莉1, 費(fèi)雪松2, 張一玲1, 王學(xué)一3, 李云超4 ( , 黑文檔來源： 1. 中國石油管道公司科技中心 2. 中國石油管道公司管道處 3. 中油管道錦州輸油分公司 4. 中油管道大慶輸油分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月30日
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上一篇：基于電廠電氣系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試措施的分析

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收稿日期: 2006- 08- 17 ?? ?? 收修改稿日期: 2006- 10- 24
新大線管道雜散電流干擾的分析與防護(hù)
趙晉云1, 滕延平1, 劉玲莉1, 費(fèi)雪松2, 張一玲1, 王學(xué)一3, 李云超4
( 1. 中國石油管道公司科技中心, 河北廊坊?? 065000; 2. 中國石油管道公司管道處, 河北廊坊?? 065000;
3. 中油管道錦州輸油分公司, 遼寧錦州?? 121000; 4. 中油管道大慶輸油分公司, 黑龍江大慶?? 163000)
?? ?? 摘要: 以新大線輸油管線雜散電流干擾腐蝕問題為研究對(duì)象, 進(jìn)行干擾調(diào)查, 并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試管地電位、土壤電位梯度、土
壤電阻率和管線的雜散電流等參數(shù)。測(cè)試結(jié)果分析充分說明干擾來源于與新大線管道近距離平行的大連快軌3 號(hào)線列
車的運(yùn)行, 其特點(diǎn)是雙向動(dòng)態(tài)干擾, 沒有固定的陰極區(qū)和陽極區(qū)。提出采取增加陰極保護(hù)裝置和極性接地排流方式共同
防護(hù)來抑制雜散電流干擾, 并客觀分析排流效果。分析表明排流效果良好。
關(guān)鍵詞: 埋地管道; 雜散電流; 電位梯度; 陰極保護(hù); 排流
中圖分類號(hào):TE988?? ?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A?? ?? 文章編號(hào): 1004- 9614( 2007) 02- 0038- 03
Analysis and Mitigation of Stray Current Interference on Xinda Oil Pipeline
ZHAO Jin??yun1, TENG Yan??ping1 , LIU Ling??li1, FEI Xue??song2, ZHANG Yi??ling1, WANG Xue??yi3 , LI Yun??chao4
( 1. R&amp;amp;D Center of PetroChina Pipeline Company, Langfang 065000, China;
2. Pipeline Department of Petrochina Pipeline Company, Langfang 065000, China;
3. PetroChina Pipeline Jinzhou Oil Transportation Sub??company, Jinzhou 121000, China;
4. PetroChina Pipeline Daqing Oil Transportation Sub??company, Daqing 163000, China)
Abstract:The stray current corrosion problem with Xinda oil pipeline was investigated. The values of soil voltage gradient, pipe??to??
soil potential and stray current of the buried pipeline had been systematically investigated on the spot. The measured result indicated that
the stray current interference mainly originated from the running Dalian No. 3 Light railway that is close and parallel to Xinda oil pipeline.
It has a bidirectional dynamic character, since anodic and cathodic areas are not steadily fixed. To eliminate the interference, drainage
current by grounding rectification technique and adding cathodic protection unit at suitable site had been adopted. So far, the stray current
effects have bee greatly reduced but could not be entirely eliminated.
Key words: buried pipeline; stray current; voltage gradient; cathodic protection; drainage current
0 ?? 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 埋于地下的水管、通訊電力電纜以
及電車路軌等地下結(jié)構(gòu)越來越多, 相互平行或交叉, 距離又很
近, 這些地下結(jié)構(gòu)對(duì)埋地鋼質(zhì)管道造成了嚴(yán)重的雜散電流干擾
腐蝕。雜散電流的干擾腐蝕具有電解腐蝕的特點(diǎn), 破壞區(qū)域比
較集中, 破壞速度比較大, 將對(duì)管道造成比自然腐蝕嚴(yán)重得多
的破壞作用[1] , 極易導(dǎo)致管道的腐蝕穿孔, 從而引起能源浪費(fèi),
環(huán)境污染和火災(zāi)等事故。針對(duì)這個(gè)問題, 對(duì)新大線輸油管道雜
散電流干擾腐蝕問題進(jìn)行調(diào)查和研究, 探討雜散電流干擾腐蝕
的規(guī)律和采取的防護(hù)措施。
1 ?? 管道概況
2004 年建設(shè)的大連新港?? 大連石化原油輸送管道小松嵐
?? 七廠段管道( 簡稱新大線管道) , 全長21??6 km. 這條管道主要
位于大連市開發(fā)區(qū), 自金窯鐵路穿越點(diǎn)至前鹽村段約有9 km
長與大連市快軌3 號(hào)線輕軌平行并多次穿越該鐵路。該快軌
系統(tǒng)采用直流牽引供電系統(tǒng), 供電電壓為1??5 kV, 接觸網(wǎng)實(shí)行雙
邊供電, 由走行軌回流。在平行段內(nèi), 管道4 次穿越輕軌, 其中
3 處位于輕軌高架路段。平行段內(nèi)有大連灣輕軌站變電所1
座, 該變電所距管道最小距離為14 m. 該管道采用3 層PE 管道
外防腐層和強(qiáng)制電流陰極保護(hù), 全線設(shè)陰極保護(hù)站1 座( 位于
小松嵐閥室) 。管道共設(shè)置測(cè)試樁( 兼里程樁) 27 個(gè), 在管道與
輕軌近距離平行段加密設(shè)置測(cè)試樁。
2?? 干擾的調(diào)查分析
按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/ T 0017?? 96 埋地鋼質(zhì)管道直
流排流標(biāo)準(zhǔn)! , 雜散電流可以通過管地電位的偏移和地電位梯
度來判斷。如陰極保護(hù)系統(tǒng)及其他直流干擾附近的管道, 當(dāng)管
道任意點(diǎn)上的管地電位較自然電位正向偏移20 mV 時(shí)或管道
附近土壤中的電位梯度大于0?? 5 mV/ m 時(shí), 確認(rèn)為直流干擾; 當(dāng)
管道任意一點(diǎn)上管地電位較自然電位正向偏移100 mV 時(shí)或管
道附近土壤中的電位梯度大于2??5 mV/ m 時(shí), 應(yīng)及時(shí)采取直流
排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。
在雜散電流干擾中, 管道附近的電位梯度大小和一定時(shí)間
范圍內(nèi)的管地電位變化, 可以反映出雜散電流的干擾程度[ 2] 。
2. 1?? 管道直流干擾情況
關(guān)閉陰保設(shè)備時(shí), 對(duì)管地電位( 簡稱原始電位) 24 h 連續(xù)測(cè)
試結(jié)果見圖1。圖2 為新大線9# 測(cè)試點(diǎn)原始電位- 時(shí)間曲線,
發(fā)現(xiàn)直流干擾與輕軌電車通行時(shí)間存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在每
天輕軌電車運(yùn)營時(shí)間段內(nèi), 管道電位呈明顯的間歇性波動(dòng)變化;
?? 2007 年
?? 第2 期
管道技術(shù)與設(shè)備
Pipeline ?? Technique ?? and ?? Equipment
2007??
No?? 2??
而在20 時(shí)以后至次日凌晨5 時(shí)30 分時(shí)段, 輕軌供電網(wǎng)斷電, 電
車停止運(yùn)行, 管道電位在自然電位附近并趨于平穩(wěn)。由此說明,
這一管段的電位波動(dòng)來源于大連輕軌雜散電流的影響。
圖1 ?? 管道原始電位分布
圖2 ?? 9# 測(cè)試樁管道原始電位- 時(shí)間曲線
?? ?? 新大線管道在小松嵐閥室設(shè)有1 座陰極保護(hù)站, 對(duì)全線進(jìn)
行陰極保護(hù)。管道保護(hù)電位分布見圖3?？梢钥闯? 在現(xiàn)陰極
保護(hù)狀態(tài)下( 即小松嵐保護(hù)站陰極保護(hù)給定電位為- 1??30 V
時(shí)) , 與保護(hù)站距離較近的管段電位波動(dòng)幅度明顯減小, 0 # ~
6# 管道電位負(fù)于- 0?? 85 V, 達(dá)到了完全保護(hù)。6 # 測(cè)試點(diǎn)的原
始電位和保護(hù)電位負(fù)值持續(xù)偏高, 經(jīng)調(diào)查該處管道附近并行1
條煤氣管道, 在測(cè)試點(diǎn)附近, 該煤氣管道設(shè)有犧牲陽極, 導(dǎo)致附
近地電位異常。其中, 7 # ~ 17 # 管段電位平均值較高且電位
波動(dòng)幅度很大, 雜散電流干擾較強(qiáng), 該管段多數(shù)位于快軌鐵路
邊, 與快軌鐵路近距離并行。管道與快軌平行時(shí), 平行間距對(duì)
管道的干擾狀況影響較大, 平行間距越近, 干擾影響越強(qiáng)。其
中, 17 # 測(cè)試點(diǎn)的干擾較強(qiáng), 這可能與該點(diǎn)是近間距平行段的
端點(diǎn), 且靠近管道與輕軌的交叉點(diǎn)而附近輕軌軌道又為低路基
等因素有關(guān)。分布在振興路輕軌穿越點(diǎn)至七廠段的末段5 km
管道( 22 # ~ 26 # ) , 電位波動(dòng)幅度不大, 且未達(dá)到陰極保護(hù)要
求, 即使提高給定電位, 接近保護(hù)電位允許的上限( 測(cè)試中給定
電位達(dá)- 1. 45 V) 時(shí), 仍有部分管段得不到有效保護(hù), 屬于欠保
護(hù)管段。
圖3 ?? 管道保護(hù)電位分布曲線
?? ?? 新大線管道與快軌鐵路共有4 處交叉, 這4 處交叉均位于
管道與輕軌平行段內(nèi)( 分別位于10 # 附近, 12 # ~ 13 # 之間和
17 # 附近) ?？傻媒Y(jié)論, 交叉點(diǎn)處輕軌為地面路基時(shí)( 17 # 測(cè)試
點(diǎn)) 比高架橋路基時(shí)對(duì)管道的干擾要強(qiáng)一些。
2. 2?? 電位梯度測(cè)試
用十字交叉法在管道沿線測(cè)試樁附近測(cè)量土壤直流電位
梯度。測(cè)試結(jié)果表明, 多數(shù)測(cè)試點(diǎn)的電位梯度超過0. 5 mV/ m,
在與輕軌近距離并行的部分管段( 10 # ~ 12 # ) 以及4 # 和6#
測(cè)試點(diǎn)處, 電位梯度相對(duì)較高, 說明這些地段土壤中的雜散電
流相對(duì)較強(qiáng)。管道沿線各點(diǎn)雜散電流方向和大小不斷變化, 有
正負(fù)交變現(xiàn)象, 屬于動(dòng)態(tài)的雙向干擾。這與快軌鐵路供電回路
的回流大小、電車運(yùn)行位置、和同時(shí)有多輛列車在輕軌運(yùn)行的
情況的不斷變化有關(guān)。
2. 3?? 管內(nèi)電流的測(cè)量
采用電壓降法測(cè)試了5 # 、1 5 # 和25 # 電流測(cè)試樁處的
管內(nèi)干擾電流。圖4 為15 # 測(cè)試點(diǎn)管內(nèi)電流數(shù)值隨時(shí)間變化
的曲線。測(cè)試結(jié)果表明, 管內(nèi)雜散電流活動(dòng)頻繁, 管內(nèi)電流的
大小和方向隨時(shí)間不斷變化, 測(cè)得的雜散電流數(shù)值為0~ 3 A,
15 # 測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的電流相對(duì)較大, 最大電流為2. 942 A. 該管段
位于大連灣輕軌牽引變電所附近, 距變電所負(fù)回歸接地網(wǎng)較
近, 雜散電流干擾較強(qiáng)。
圖4 ?? 15 # 測(cè)試點(diǎn)管內(nèi)干擾電流?? 時(shí)間曲線
2. 4?? 土壤電阻率測(cè)試
管道27 個(gè)測(cè)試樁附近的土壤電阻率測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。
3??7%的管段土壤電阻率小于20 ???m, 腐蝕性較強(qiáng), 主要位于經(jīng)
過海灣填海區(qū)的11 # 測(cè)試點(diǎn)附近; 土壤電阻率為20~ 50 ?? ?m
的管段主要位于經(jīng)過兩處海灣填海區(qū)的管段和部分坡地; 其余
51??8%的管段經(jīng)過的土壤的腐蝕性較弱?？傮w來看, 該管線的
土壤腐蝕性不強(qiáng), 管道沿線土壤導(dǎo)電性能中等偏弱, 有利于限
制直流雜散電流的大小, 對(duì)通過阻性耦合的交流干擾有抑制作
用。
表1 ?? 土壤電阻率測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
土壤電阻率/ ( ???m) 土壤腐蝕性等級(jí)百分比/ %
< 20 強(qiáng)3?? 7
20~ 50 中44?? 5
> 50 弱51?? 8
2. 5?? 快軌鐵路與管道同步電位測(cè)試
在關(guān)閉陰極保護(hù)設(shè)備時(shí), 快軌鐵路軌地電位和管道與軌道
之間的管軌電壓同步測(cè)試結(jié)果見表2。這4 個(gè)測(cè)試點(diǎn)均為正常
路基, 且管道與輕軌距離較近, 為十幾米。其中11 # 、13 # 、
14# 測(cè)試點(diǎn)位于大連灣與金馬路之間的供電區(qū)間, 而17# 測(cè)試
?? ?? ?? ??
?? 第2 期趙晉云等:新大線管道雜散電流干擾的分析與防護(hù) 3??????9 ??
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點(diǎn)所在供電區(qū)間為后鹽到大連灣。
表2?? 快軌鐵路與管道同步測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)V
測(cè)試點(diǎn)
軌地電位管軌電壓
最大值最小值平均值最大值最小值平均值
11 19?? 67 - 3?? 74 2?? 688 3??36 - 16??88 - 3?? 352
13 11?? 91 - 4?? 43 1?? 871 4??05 - 12??24 - 2?? 380
14 17?? 41 - 5?? 21 1?? 437 4??87 - 14??85 - 1?? 897
17 18?? 06 - 14?? 08 1?? 156 13??48 - 18??65 - 1?? 622
?? ?? 從測(cè)試結(jié)果看, 軌地電位與管軌電壓變化方向相反, 與管
道并行段的輕軌軌道多數(shù)時(shí)間內(nèi)對(duì)地電位為正值, 此時(shí)軌道內(nèi)
電流易于流出進(jìn)入大地, 成為雜散電流, 這是造成該管道直流
干擾的原因。管道電位的變化比較復(fù)雜, 規(guī)律性不強(qiáng), 這是由
于管道電位既受到鄰近的輕軌附近雜散電流變化的影響, 還受
到供電區(qū)間內(nèi)其他位置列車走行的影響。
2. 6?? 管道防腐層絕緣狀況
該管道采用3 層PE 防腐層。經(jīng)過地面檢漏和CIPS 測(cè)試,
發(fā)現(xiàn)個(gè)別部位存在電流漏失現(xiàn)象, 初步判斷為防腐層缺陷或固
定墩部位絕緣不良, 但未開挖驗(yàn)證。
2. 7?? 新大線與其他管道相關(guān)情況
新大線管道與煤氣、水、原油等多條管道交叉或接近, 其中
相互影響最大的是鐵大支線輸油管道。新大線首尾兩端各有4
~ 5 km 與鐵大支線并行, 并行間距近處不足10 m, 兩管道間還
有4 處交叉。由于兩者均采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù), 因此2 條管
道相互影響。初步認(rèn)為, 新大線所受直流干擾中有一部分可能
來自鐵大支線的陰極保護(hù)系統(tǒng)。
3 ?? 防護(hù)措施及其效果
新大線管道存在較強(qiáng)的直流干擾, 需要采取排流保護(hù)措
施。綜合分析后, 采取排流和陰極保護(hù)相結(jié)合的方式進(jìn)行排流
保護(hù)。在管道與輕軌平行管段采用排流保護(hù), 在管道兩端利用
陰極保護(hù)對(duì)雜散電流的抑制作用來降低管道的干擾影響, 使管
道得到有效的陰極保護(hù)。最后采取的排流方案如下:
( 1) 在管道末端, 即石化七廠內(nèi)增設(shè)一座陰極保護(hù)站。其
作用是減輕振興路輕軌穿越點(diǎn)處至七廠段管道直流干擾的影
響, 解決該段管道保護(hù)電位不足的問題。
( 2) 在管道與快軌平行段預(yù)設(shè)6~ 8 處排流裝置, 減輕該段
雜散電流干擾的影響。排流裝置采用接地式排流方式。由于
管道電位波動(dòng)較大, 且存在正負(fù)交變現(xiàn)象, 為防止雜散電流倒
流入管道, 排流器需加入防逆流裝置, 即成為極性排流器。排
流所用接地極的材料選擇鎂合金陽極, 其優(yōu)點(diǎn)是可提高排流驅(qū)
動(dòng)電壓, 并可為管道提供陰極保護(hù)。每個(gè)排流接地極需使用30
支( 11 kg/ 支) 鎂合金陽極。鎂陽極采用臥式或立式埋設(shè), 地床
平行于管道( 地形受限時(shí)也可垂直于管道) , 距管道30~ 50 m.
其安裝位置及工作參數(shù)見表3。陰極保護(hù)站的工作參數(shù)見表4。
表3 ?? 陰極保護(hù)站工作參數(shù)
保護(hù)站名稱輸出電流/ A 輸出電壓/V 通電點(diǎn)電位/V
小松嵐陰保站0??5 0??5 - 1?? 30
七廠陰保站1??0 2??0 - 1?? 30
表4 ?? 排流器工作參數(shù)
排流位置
排流極接
地電阻/ ??
排流極開
路電位/V
排流電流
/A
8# 測(cè)試樁1??0 - 1??511 0?? 80
13# 測(cè)試樁2??1 - 1??360 0?? 50
14# 測(cè)試樁5??2 - 1??393 0?? 40
17# 測(cè)試樁3??0 - 1??501 0?? 30
18# 測(cè)試樁5??0 - 1??541 0?? 05
19# 測(cè)試樁3??2 - 1??447 0?? 20
?? ?? 圖5 是排流保護(hù)措施實(shí)施后管道保護(hù)電位的測(cè)試結(jié)果。
采用上述措施后, 各排流裝置和陰極保護(hù)站工作正常。管道電
位波動(dòng)明顯減小, 管道的直流干擾大大減弱, 除個(gè)別測(cè)試點(diǎn)外,
管道最小負(fù)電位均高于- 0??85 V, 特別是原來欠保護(hù)的管段電
位達(dá)到了正常保護(hù)電位的要求, 表明管道得到了較好的保護(hù)。
圖5 ?? 采取排流保護(hù)措施后的管道保護(hù)電位分布曲線
4?? 結(jié)論
( 1) 大連快軌3 號(hào)線對(duì)新大線管道的雜散電流干擾是一種
動(dòng)態(tài)直流干擾, 干擾影響程度隨不同供電區(qū)間內(nèi)電車的移動(dòng)而
不斷變化, 表現(xiàn)為管道電位不斷變化, 干擾嚴(yán)重的管段電位出
現(xiàn)正負(fù)交變。
( 2) 在現(xiàn)場(chǎng)同步測(cè)試和記錄管地電位、電位梯度, 可以有效
檢測(cè)雜散電流干擾和確定干擾影響的主要區(qū)域。
( 3) 采用的極性接地排流保護(hù)措施效果顯著, 可有效抑制
輸油管道的雜散電流干擾, 但不能完全消除干擾, 管道基本得
到了有效的陰極保護(hù), 其長期效果有待于今后跟蹤調(diào)查。
參考文獻(xiàn):
[ 1] ?? 曹楚南. 腐蝕電化學(xué)原理. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1985: 166.
[ 2] ?? 姜長洪, 于婉麗, 吳星剛, 等. 輸油管道腐蝕與雜散電流測(cè)量. 管道
技術(shù)與設(shè)備, 2004( 1) : 10- 12.
作者簡介: 趙晉云( 1972 ?? ?? ) , 碩士, 工程師, 從事油氣管道腐蝕與防護(hù)
研究工作。
( 上接第28 頁)
?? ?? ( 3) 由于不同的摩擦因數(shù)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)膨脹體錐角是不一樣
的, 所以應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的摩擦因數(shù)確定合理的膨脹錐角, 才能
得到較佳的膨脹效果。
參考文獻(xiàn):
[ 1] ?? 張文華, 劉國輝, 胡國清. 石油鉆采工藝. 可膨脹管技術(shù)及其應(yīng)用,
2001, 23( 1) : 28- 31.
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- 69.
[ 3] ?? 戴揚(yáng), 高學(xué)仕, 陸玲, 等. 一種新型管材運(yùn)輸保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)輔
助設(shè)計(jì). 管道技術(shù)與設(shè)備, 2003( 5) : 11- 12.
作者簡介: 楊冬平( 1979 ?? ?? ) , 碩士研究生, 從事數(shù)值仿真研究。

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