葉遠(yuǎn)錫,李 明,王 勇

(1. 中國(guó)石化銷(xiāo)售有限公司 華中分公司,武漢 430022; 2. 中國(guó)石化撫順石油化工研究院,撫順 113001)

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輸油管道雜散電流干擾的檢測(cè)及對(duì)應(yīng)措施

葉遠(yuǎn)錫1,李 明2,王 勇2

(1. 中國(guó)石化銷(xiāo)售有限公司 華中分公司,武漢 430022; 2. 中國(guó)石化撫順石油化工研究院,撫順 113001)

采用管地電位測(cè)量、電位梯度測(cè)量、雜散電流智能測(cè)試儀(SCM)測(cè)量等多種方法對(duì)某輸油管道雜散電流干擾進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:管道受到較嚴(yán)重的直流雜散電流干擾，雜散電流在SH060～SH100管段流入，導(dǎo)致全線(xiàn)陰保關(guān)閉后該管段電位偏負(fù)，而集中從SH016～SH020管段流出，使得該管段陰極保護(hù)電位難以達(dá)到正常水平。提出管道雜散電流整治措施與初步方案，為管道的維修、維護(hù)與監(jiān)控提供依據(jù)。通過(guò)檢測(cè)雜散電流干擾，分析主要問(wèn)題并探索解決方案，降低雜散電流對(duì)輸油管道的影響。

輸油管道；雜散電流干擾；檢測(cè)；對(duì)策

隨著國(guó)家能源、電力和交通的飛速發(fā)展，長(zhǎng)距離埋地管道、高壓輸電線(xiàn)路、電氣化鐵路持續(xù)增長(zhǎng)，極易在土壤中形成循環(huán)的雜散電流；一旦埋地管道防腐蝕層出現(xiàn)破損，雜散電流就會(huì)流入管道通路并引起管道腐蝕，干擾管道陰極保護(hù)系統(tǒng)，從而造成經(jīng)濟(jì)損失甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故和環(huán)境污染[1]。雜散電流分為交流雜散電流和直流雜散電流，而引起管道雜散電流干擾的因素包括與管道平行或交叉的高壓電線(xiàn)和電氣化鐵路、臨近管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)、其他泄漏電源等。通常，直流雜散電流對(duì)管材的腐蝕更嚴(yán)重[2]。由于管道沿線(xiàn)情況復(fù)雜，使得管道往往受到交流雜散電流和直流雜散電流的共同干擾，加速管材腐蝕[3]。

針對(duì)埋地油氣管道雜散電流干擾檢測(cè)與防護(hù)，常規(guī)檢測(cè)技術(shù)無(wú)法精確檢測(cè)油氣管道的雜散電流，而盲目選擇干擾防護(hù)不僅無(wú)法起到緩蝕作用，還有可能會(huì)加速腐蝕。某輸油管道投產(chǎn)于2008年初，全線(xiàn)采用FBE防腐蝕層和強(qiáng)制電流陰極保護(hù)實(shí)施防護(hù)。管道多次穿過(guò)城市、郊區(qū)、河流和工業(yè)區(qū)，且多次與天然氣管道、電氣化鐵路、高壓輸電線(xiàn)路并行或交叉，沿線(xiàn)地區(qū)環(huán)境復(fù)雜。管道自投產(chǎn)運(yùn)行后部分區(qū)段管地電位異常波動(dòng)偏正，對(duì)此,本工作開(kāi)展了雜散電流的專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)與分析，確定了雜散電流干擾的主要區(qū)段，針對(duì)性地提出防護(hù)對(duì)策。

1　檢測(cè)與分析

傳統(tǒng)的雜散電流測(cè)試方法包括管地電位偏移測(cè)量、管地電位波動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)、密間隔管地電位(CIPS)測(cè)量、電壓和電流檢查及腐蝕掛片測(cè)量等[4-5]。現(xiàn)代雜散電流測(cè)試技術(shù)已向智能化測(cè)試發(fā)展，如雜散電流智能測(cè)試儀(Stray Current Mapper，SCM)等[6-7]。

首先，對(duì)管道全線(xiàn)進(jìn)行雜散電流干擾普查，初步檢測(cè)管道受到雜散電流干擾的位置、干擾大小和干擾距離等項(xiàng)目；再依據(jù)普查結(jié)果確定干擾嚴(yán)重的管段，在干擾嚴(yán)重的管段進(jìn)行雜散電流干擾專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查，利用SCM雜散電流檢測(cè)系統(tǒng)并配合不同測(cè)試方法確定雜散電流干擾類(lèi)別、強(qiáng)度以及干擾電流流入流出點(diǎn)，從而為采取合適的防護(hù)措施提供依據(jù)。

1.1雜散電流干擾普查

1.1.1 地電位梯度測(cè)量

對(duì)該管道全線(xiàn)CIPS電位檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，除SH016-SH021測(cè)試樁管段外，其余管段的電位梯度均為0.01～4 mV/m,屬于中等偏移等級(jí)干擾；測(cè)試樁SH016-SH021之間約4.14 km的管段通斷電電位偏正，特別是在測(cè)試樁SH018和SH020處出現(xiàn)正向的電壓漏斗降,見(jiàn)表1。盡管在測(cè)試樁SH017-SH018之間安裝有恒電位儀，但該通電點(diǎn)的電位卻并不是相對(duì)最負(fù)的。由管道運(yùn)行資料發(fā)現(xiàn)，該管道SH016-SH021管段自投產(chǎn)運(yùn)行開(kāi)始管地電位就異常偏正，初步推測(cè)該管段存在雜散電流干擾因而致使管道電位偏正。CIPS測(cè)試結(jié)果表明，除了SH016至SH021測(cè)試樁管段外，其余管段的電位梯度為0.01～4 mV/m，屬于中等偏弱等級(jí)干擾。

表1　干擾管段管CIPS測(cè)試結(jié)果Tab. 1　CIPS results of the pipeline　mV

1.1.2 通電電位測(cè)量

由圖1可見(jiàn),管道沿線(xiàn)的通電電位比較穩(wěn)定,波動(dòng)范圍較小，管道受到的動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾較弱,這與CIPS測(cè)試結(jié)果一致。

圖1　管道沿線(xiàn)的通電電位Fig. 1　On-potentials alone the pipeline

1.1.3 交流電壓測(cè)量

研究表明，電流密度較大時(shí)，交流雜散電流會(huì)引起管道局部腐蝕[7]，交流雜散電流對(duì)管道腐蝕這一問(wèn)題不容忽視。由于該管道沿線(xiàn)高壓線(xiàn)交叉并行較多，對(duì)管道沿途測(cè)試樁處交流電壓普查結(jié)果表明，共有15個(gè)測(cè)試樁處的交流電壓大于4 V，分布于測(cè)試樁SH052-SH057、SH108-SH127,見(jiàn)圖2。測(cè)試樁長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，交流電壓是有時(shí)間變化性的，間隔一定時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)交流電壓峰值。計(jì)算該15個(gè)測(cè)試樁處交流電流密度，其中有6處超過(guò)30 A/m2，評(píng)價(jià)為中等干擾，宜采取相應(yīng)的防護(hù)措施。交流電壓變化劇烈位置處于測(cè)試樁SH052-SH057、SH108-SH127，間隔一定時(shí)間電壓逐漸上升，到達(dá)峰值后逐漸下降至一個(gè)低值，其中測(cè)試樁SH052處交流電壓峰值達(dá)到了20 V。

圖2　管道沿線(xiàn)的交流電壓Fig. 2　The AC potentials alone the pipeline

1.2直流雜散電流干擾專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)

通過(guò)管道全線(xiàn)雜散電流普查，針對(duì)測(cè)試樁SH016-SH021管線(xiàn)管地電位異常偏正問(wèn)題進(jìn)行雜散電流干擾專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試。

1.2.1 進(jìn)出站絕緣法蘭的絕緣性能檢測(cè)

對(duì)管線(xiàn)進(jìn)出站的絕緣法蘭進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明:絕緣法蘭的絕緣性能良好。同時(shí)，站內(nèi)均未設(shè)置區(qū)域陰極保護(hù)，因可以排除站內(nèi)對(duì)站外管線(xiàn)的雜散電流干擾。

1.2.2 全線(xiàn)CIPS電位檢測(cè)

由全線(xiàn)CIPS通斷電電位檢測(cè)結(jié)果可知，除了測(cè)試樁SH016-SH021出現(xiàn)正向的電壓漏斗降外，在靠近管線(xiàn)末端的陰保站約500 m管線(xiàn)的電位偏負(fù)。因此，關(guān)閉全線(xiàn)恒電位儀并測(cè)試斷電24 h的管線(xiàn)電位。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，靠近管線(xiàn)末端站內(nèi)的管線(xiàn)在恒電位儀斷電24 h后測(cè)得的電位為正常的管道自腐蝕電位，說(shuō)明靠近站內(nèi)陰保站約500 m管線(xiàn)的電位偏負(fù)問(wèn)題是由于恒電位儀輸出過(guò)大造成的，無(wú)雜散電流從靠近站內(nèi)的管線(xiàn)流入，可排除雜散電流對(duì)該段管線(xiàn)的干擾影響。

1.2.3 環(huán)境干擾因素檢測(cè)

測(cè)試樁SH016-SH021管段敷設(shè)環(huán)境基本為山坡和荒地，附近為散落的村莊，同時(shí)與一條天然氣管線(xiàn)沿線(xiàn)平行敷設(shè)，并在該區(qū)段交叉3次。將天然氣管道和輸油管道在測(cè)試樁SH018附近臨時(shí)跨接后測(cè)量管地電位，測(cè)試結(jié)果表明跨接前后輸油管道的電位無(wú)明顯變化。同時(shí)，天然氣管道在該區(qū)域的電位也存在異常偏正，因此可排除天然氣管道對(duì)輸油管道的干擾影響。

1.2.4 干擾管道交流電壓檢測(cè)

測(cè)量SH016-SH021管段沿線(xiàn)交流電壓，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值均小于4 V，同時(shí)利用試片測(cè)試該管段沿線(xiàn)交流電流密度，測(cè)試結(jié)果表明交流電流密度均小于30 A/m2，因而交流干擾等級(jí)為弱等級(jí)(如表2所示)。交直流干擾監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該管段沿線(xiàn)的交流電壓都小于4 V，通電電位穩(wěn)定，波動(dòng)范圍較小。

表2　干擾管段交流電壓測(cè)試Tab. 2　The measurement of AC potential in pipeline

1.2.5 SCM雜散電流檢測(cè)

首先選取一個(gè)靜止參考點(diǎn)設(shè)置智能感應(yīng)板讀取數(shù)據(jù)，將另一個(gè)智能感應(yīng)板設(shè)置在管線(xiàn)上一系列移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。利用SCM軟件分析對(duì)比參考點(diǎn)數(shù)據(jù)和測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以用來(lái)分析測(cè)得的電流-電壓曲線(xiàn)及其相似程度，從而確定管道是否存在雜散電流干擾、干擾程度大小以及雜散電流流入、流出管道的位置。

在測(cè)試樁SH018-300 m位置處放置SCM智能感應(yīng)板，作為本次雜散電流檢測(cè)的參考基準(zhǔn)點(diǎn)，在管線(xiàn)上事先選定的檢測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。檢測(cè)共設(shè)置基準(zhǔn)感應(yīng)板檢測(cè)點(diǎn)1處，移動(dòng)感應(yīng)板檢測(cè)點(diǎn)9處，獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)9組。圖3為參考基準(zhǔn)點(diǎn)、SH015+100 m以及SH021+50 m處檢測(cè)點(diǎn)的電流曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)多組移動(dòng)感應(yīng)板與標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)板采集數(shù)據(jù)的電流強(qiáng)度及相似度的比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在SH018-300 m和SH018+300 m間有較大的電流流出點(diǎn)，SH021+50 m至SH018+300 m間沿線(xiàn)有較大的電流衰減，與CIPS測(cè)得的該段管線(xiàn)上電位正向電壓漏斗降所在的位置相一致。由于雜散電流的流出，導(dǎo)致管道的保護(hù)電位不足以達(dá)到保護(hù)水平，引起了管體過(guò)早發(fā)生腐蝕(如圖4所示)。

圖3　SCM雜散電流檢測(cè)曲線(xiàn)Fig. 3　The measurement of SCM

圖4　管道的腐蝕形貌Fig. 4　The corrosion morphology of pipeline

1.2.6 自腐蝕電位檢測(cè)

結(jié)合管線(xiàn)電位長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)和SCM測(cè)試結(jié)果，SH016-SH021管段存在靜態(tài)雜散電流干擾。雜散電流集中從該段管線(xiàn)流出，而全線(xiàn)的CIPS通斷電電位分析結(jié)果表明，并沒(méi)有集中的雜散電流流入點(diǎn)使得某段管線(xiàn)出現(xiàn)負(fù)向電壓漏斗降。為尋找可能的雜散電流流入點(diǎn)，在關(guān)閉全線(xiàn)的恒電位儀24 h后，進(jìn)行沿線(xiàn)自腐蝕電位的檢測(cè),見(jiàn)圖5。

圖5　管道沿線(xiàn)自腐蝕電位測(cè)試結(jié)果Fig. 5　The measurement results of self-corrosion potential in pipeline

如圖5所示，關(guān)閉全線(xiàn)的恒電位儀24 h后，SH017-SH020管段的電位異常偏正，而在SH060-SH100管段的電位偏負(fù)，其余管段測(cè)試樁的電位基本屬于正常的鋼管在土壤中的自然腐蝕電位范圍。對(duì)比全線(xiàn)CIPS數(shù)據(jù)，在SH060-SH100管段,CIPS通電電位整體無(wú)明顯變化，而斷電電位與通電電位非常接近使得IR降較小(如圖6所示)，說(shuō)明該管段在陰極保護(hù)斷開(kāi)的情況下仍然存在流入電流對(duì)管道進(jìn)行極化作用。綜合自腐蝕電位和CIPS檢測(cè)結(jié)果，管線(xiàn)的雜散電流在SH060-SH100管段流入，導(dǎo)致管線(xiàn)陰極保護(hù)斷電電位和自腐蝕電位偏負(fù);雜散電流集中從SH017-SH020管段流出，導(dǎo)致該段管線(xiàn)陰極保護(hù)電位不足以達(dá)到保護(hù)水平，引起管體的過(guò)早腐蝕(如圖4所示)。

圖6　管道沿線(xiàn)CIPS電位測(cè)試Fig. 6　The CIPS measurement of pipe-to-soil potential

2　雜散電流干擾治理建議

根據(jù)SCM檢測(cè)及其他輔助檢測(cè)的結(jié)果，管道受到較大的直流干擾，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取排流等保護(hù)措施。通過(guò)安裝極性排流裝置可用于減緩直流雜散電流的干擾，表3為安裝排流器后的測(cè)試結(jié)果。

通過(guò)表3可以看出，當(dāng)開(kāi)啟極性排流裝置后，在一定程度上降低了最大直流電位，但不能解決管地電位過(guò)負(fù)的問(wèn)題。此外，極性排流器對(duì)交流干擾的減緩效果不明顯。極性排流器對(duì)于減緩直流干擾有一定作用，但目前各類(lèi)直流雜散電流排流設(shè)施都不能有效解決排負(fù)的問(wèn)題，有待開(kāi)發(fā)新型排流設(shè)施。

表3　SH020樁排流設(shè)施性能評(píng)價(jià)結(jié)果Tab. 3　The results for evaluating the properties of SH020 drainage facility　V

采用鉗位式排流器對(duì)SH108-SH127管段的交流雜散電流干擾進(jìn)行治理。排流前的交流電位最大值為17.245 V，排流后交流電位最大值為2.038 V。鉗位式排流器能有效減緩交流雜散電流的干擾。

3　結(jié)語(yǔ)

埋地油氣管道雜散電流防護(hù)，首先要做好雜散電流源頭控制，其次要綜合利用各類(lèi)不同檢測(cè)、監(jiān)測(cè)方法，系統(tǒng)分析導(dǎo)致雜散電流腐蝕的各種因素并制定防護(hù)措施。因此，采用科學(xué)合理的預(yù)防措施、有效的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)以及綜合治理方法是解決油氣管道雜散電流腐蝕的重要手段。

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Detection and Countermeasures of Stray Current Interference on an Oil Pipeline

YE Yuan-xi1, LI Ming2, WANG Yong2

(1. SINOPEC Chemical Sales Central Company, Wuhan 430022, China;2. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, SINOPEC, Fushun 113001, China)

Stray current interference measurement and evaluation of a petroleum transmission pipeline were investigated with pipe-to-soil potential detection, potential gradient measurement, and stray current mapper (SCM) measurement. The results show that the pipeline suffered severe DC stray current, and stray current flowed in section SH060 to SH100, resulting in the more negative pipeline potentials after the cathodic protection closed. Stray current flowed out intensively from the pipe from section SH016 to SH020, resulting in the pipeline cathode protection potential deviating from normal levels. Remediation measures and preliminary program for the maintenance of the pipeline were proposed, which might provide a basis for the pipeline maintenance and monitoring. By the researches of stray current interference detection and evaluation, main problems of the pipeline were analyzed and solutions to reduce the effects of stray current on the pipeline were explored.

oil pipeline; stray current interference; detection; countermeasure

10.11973/fsyfh-201605002

2015-06-08

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司資助項(xiàng)目(313042)

王 勇(1987-),工程師,碩士,從事油氣管道檢測(cè)與防護(hù)相關(guān)工作,024-56389300,wangyong.fshy@sinopec.com

TE88; TE988

A

1005-748X(2016)05-0360-04