【摘 要】本文通過(guò)對(duì)江西天然氣管網(wǎng)昌北區(qū)塊石埠聯(lián)合站—西山聯(lián)合站之間天然氣管道的研究，證明了區(qū)塊內(nèi)管道雜散電流的存在，并且雜散電流使金屬管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果明顯減弱。通過(guò)計(jì)算，本文在兩站之間合適區(qū)域增設(shè)了一座陰極保護(hù)站并調(diào)整了起始電壓，實(shí)現(xiàn)了兩站之間的管道全部受到保護(hù)，從而減緩了雜散電流對(duì)管道的腐蝕危害。

【關(guān)鍵詞】雜散電流檢測(cè)；站間增設(shè)；陰極保護(hù)站

1.雜散電流的定義

雜散電流，是指在規(guī)定的電路或意圖電路之外流動(dòng)的電流。雜散電流會(huì)加速金屬的腐蝕，對(duì)于陰極保護(hù)系統(tǒng)效果具有抑制作用，必須加以檢測(cè)和排除。

2.雜散電流的檢測(cè)

由于管線是全線連通的，雜散電流又是無(wú)規(guī)律地大幅度變化，因此對(duì)管線上的雜散電流進(jìn)行直接檢測(cè)是很困難的。針對(duì)雜散電流的無(wú)規(guī)律、快變化的特性，我們采用SCM-200a雜散電流測(cè)量?jī)x對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

2.1測(cè)量方法

SCM-200a雜散電流測(cè)量?jī)x的檢測(cè)原理是當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，管線上就有電壓降，通過(guò)測(cè)量管線上的電壓降，就可以獲得雜散電流的大小。該儀器可對(duì)模擬電位信號(hào)進(jìn)行處理，將數(shù)值繪制成雜散電流變化曲線，為掌握雜散電流分布情況及采取相應(yīng)的防護(hù)措施提供可靠的測(cè)量手段和依據(jù)。

我們選取從西山聯(lián)—石埠聯(lián)之間全長(zhǎng)10.2km的管道作為被測(cè)管段。該段管道已經(jīng)采用了陰極保護(hù)對(duì)管道防護(hù)，從西山聯(lián)作為測(cè)試的起始點(diǎn)，到石埠聯(lián)為終點(diǎn)，全線有26個(gè)測(cè)試樁位。

2.2數(shù)據(jù)的處理

由于雜散電流的干擾，管地電位不斷發(fā)生變化，因此可以將管地電位看作一隨機(jī)變量，可以應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分析這個(gè)隨機(jī)變量。首先，將管地電位按照一定的步長(zhǎng)，分析在每個(gè)電位值(取步長(zhǎng)中間值)上的頻率分布，取概率分布最大值從Vave作為管地電位的平均值。在頻率分布曲線的兩端分別去除≤2.5%(電位點(diǎn)數(shù))作為測(cè)試的散點(diǎn)值，在剩余曲線的兩端的值作為管地電位出現(xiàn)的最大值和最小值。做距離與Vmax.、Vave，、Vmin的曲線，從曲線上可以分析管線沿線的雜散電流干擾的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，從而為下一步的排流方案的制定提供可靠的數(shù)理依據(jù)。

3.石埠聯(lián)增設(shè)陰極保護(hù)站的計(jì)算

為了使西山聯(lián)—石埠聯(lián)之間的管線腐蝕電位全部處于最小保護(hù)電位之內(nèi)，在石埠聯(lián)增設(shè)一個(gè)陰極保護(hù)站，兩個(gè)陰極保護(hù)站同時(shí)對(duì)管道保護(hù)。

管道陰極保護(hù)的制約因素是管道防腐層電阻和管徑，它以最大保護(hù)電位和最小保護(hù)電位的臨界點(diǎn)來(lái)劃分。根據(jù)下列假設(shè)條件推導(dǎo)沿線電位分布公式：（1）管道防腐層均勻一致，并且具有良好的電絕緣性能，與土壤接觸且土質(zhì)均勻一致，從而管道沿線各點(diǎn)的單位面積過(guò)渡電阻相等。過(guò)渡電阻指電流從土壤沿徑向流入管道時(shí)的電阻，其數(shù)值主要取決于防腐層電阻；（2）土壤面積很大，土壤電阻忽略不計(jì)。

設(shè)單位長(zhǎng)度金屬管道的電阻為r，單位面積的防腐層過(guò)渡電阻為R，單位長(zhǎng)度上電流從土壤流入金屬管道的過(guò)渡電阻為R，若管道外徑為D，則R=R/(πD)。

在d小段上電流的增量dI就是在該小段上從土壤流入管道的保護(hù)電流，由于忽略土壤電壓降，故

dI=-d即=-

負(fù)號(hào)表示電流的流動(dòng)方向與x的增量方向相反。

當(dāng)電流I軸向流過(guò)管道時(shí)，由于管道金屬本身的電阻所產(chǎn)生的壓降為

dE=-Ird即=-

對(duì)以上二式求導(dǎo)，并取a=，可得-aI=0；-aE=0

以上兩式為二階常系數(shù)齊次線性微分微分方程，其通解為：

I=Ae+Be；E=Ae+Be

石埠聯(lián)與西山聯(lián)之間的管長(zhǎng)為10.2km，為有限長(zhǎng)管段，其陰極保護(hù)的極化電位和電流的變化受兩個(gè)站的共同作用。

利用上述I和E的通解來(lái)推導(dǎo)有限長(zhǎng)管道沿線電位分布的規(guī)律。設(shè)兩個(gè)站之間的距離為2l，在中點(diǎn)處剛好達(dá)到保護(hù)所需要的最小保護(hù)電位，E=E。電位變化曲線在中點(diǎn)處發(fā)生轉(zhuǎn)折，即=0。由于保護(hù)電流來(lái)自兩個(gè)站，其電流流動(dòng)方向相反，故在中點(diǎn)處電流為0，邊界條件為

x=0，I=I，E=E;

x=l，I=0，E=E，=0

代入I和E的通解式得到

E=E

I=I

代入邊界條件和=-得

I=-··E·=·

在匯流點(diǎn)處x=0，I=I，代入上式得匯流點(diǎn)一側(cè)電流為

I=th(al)

同時(shí)由E=E可求出

E=

得有限長(zhǎng)管道一側(cè)的保護(hù)長(zhǎng)度

L=Arch=ln

+

考慮到雙曲余弦函數(shù)ch(al)=(e+e)中e這項(xiàng)很小，可近似忽略，上式可簡(jiǎn)化為

L=ln2

由表3-1可以看出，增設(shè)的陰極保護(hù)站需要對(duì)9號(hào)測(cè)試樁達(dá)到完全保護(hù)，從9號(hào)測(cè)試樁到26號(hào)測(cè)試樁即距石埠聯(lián)的距離為7.66km，即L=7.66km。西山聯(lián)—石埠聯(lián)設(shè)計(jì)數(shù)量為1350m3/d，管線規(guī)格為20-159×5，金屬管道的電阻rT=0.1Ω·m2。計(jì)算時(shí)取防腐層RP=10000Ω·m2，則電流從土壤流入金屬管道的過(guò)渡電阻RT=RP/(πD)=10000/(π×0.159)=20019.5

a===0.002

9號(hào)測(cè)試樁的電位為-0.432V，作為未加陰極保護(hù)站時(shí)的自然電位，若要達(dá)到最小保護(hù)電位-0.85V，外加電壓最小為-0.418V，按照《石油、天然氣管道管理?xiàng)l例》的相關(guān)規(guī)定，Emin的取值為-2.418V。由L=ln2可以求出E=-4.22V

上式即計(jì)算出在石埠聯(lián)增設(shè)陰極保護(hù)站，若要達(dá)到曲線保護(hù)，則石埠聯(lián)的起始電位為-4.22V。

結(jié)論：昌北區(qū)石埠聯(lián)合站—西山聯(lián)合站之間管道存在雜散電流，并且雜散電流使金屬管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果明顯減弱。要對(duì)該段管道達(dá)到完全保護(hù)，可在管道中間增設(shè)一個(gè)陰極保護(hù)站并將石埠聯(lián)起始電位設(shè)為-4.22V。這樣，全線各個(gè)測(cè)試樁的電壓均在最小保護(hù)電壓以內(nèi)，且不會(huì)對(duì)石埠聯(lián)起始管段形成過(guò)保護(hù)。 [科]

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