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撫順地區(qū)管道直流雜散電流干擾腐蝕及防護的探討

文檔作者：陳敬和何悟忠李紹忠文檔來源：東北輸油管理局??		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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上一篇：烏魯木齊市大西溝管道引水工程水錘防護設(shè)計

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撫順地區(qū)管道直流
雜散電流干擾腐蝕及防護的探討
陳敬和?? 何悟忠?? 李紹忠
東北輸油管理局?? 沈陽市?? 110031
?? ?? ??摘要 介紹了撫順地區(qū)管道直流雜散電流干擾概
況, 較系統(tǒng)地闡述了直流雜散電流干擾腐蝕的原理、特
點和規(guī)律, 對防護方法和措施也進行了較全面地介紹。
文中提到的接地排流、綜合治理措施對解決直流雜散
電流干擾具有獨到之處, 并在撫順地區(qū)取得了連續(xù)十
八年無干擾腐蝕漏油事故的成績。
關(guān)鍵詞: 埋地管道?? 雜散電流?? 干擾腐蝕?? 防腐
1 ?? 前?? 言
撫順地區(qū)是我國的重工業(yè)基地, 地下管道縱橫交
錯, 電氣設(shè)備眾多, 直流電氣化鐵路沿東西方向橫貫市
區(qū)。地下的直流雜散電流對埋地鋼質(zhì)管道造成了嚴重
的干擾腐蝕。東北輸油管網(wǎng)處于該地區(qū)雜散電流影響
范圍的管道有鐵撫、撫前、撫鞍、撫計四線計70 余公里
( 本文所述及的管道如無特殊說明均指此部分管道) 。
投產(chǎn)以來, 由于受到雜散電流干擾腐蝕, 該地區(qū)輸油管
道多次發(fā)生腐蝕穿孔漏油事故, 嚴重影響了輸油生產(chǎn)
的正常進行。因此, 該地區(qū)管道的排流保護歷來是東
北輸油管網(wǎng)防腐保護的重點。管道管理部門多次組織
現(xiàn)場調(diào)查和測試分析, 并根據(jù)不同管道的實際情況采
取了一系列排流保護措施, 取得了顯著的效果。本文
將根據(jù)多年來對撫順地區(qū)管道雜散電流干擾腐蝕的觀
測和排流保護實踐, 對該地區(qū)管道直流雜散電流干擾
腐蝕的特點、規(guī)律及防護措施進行探討。
2 ?? 直流雜散電流干擾腐蝕原理
雜散電流是指沿規(guī)定回路以外流動的電流。直流
雜散電流的主要來源是直流電氣化鐵路、直流電解設(shè)
備接地極、陰極保護系統(tǒng)中的陽極地床和陰極管道等。
下面以直流電氣化鐵路引起的雜散電流干擾腐蝕為
例, 說明直流雜散電流腐蝕原理。
直流電氣化鐵路的電車供電系統(tǒng)由供電所、饋電
線、電車、鐵軌等組成, 其饋電方式一般是以負極接鐵
軌, 正極接饋電網(wǎng), 如圖1 所示。
圖1 ?? 直流電氣化鐵路引起的雜散電流干擾腐蝕原理示意圖
在電車運行時, 負荷電流一般應(yīng)經(jīng)鐵軌返回電源
( 稱軌回流) 。但當(dāng)鐵軌間連接電阻較大且鐵軌與地面
絕緣不良時, 部分負荷電流就會從鐵軌與地面絕緣不
良處流入大地( 稱地回流) , 成為雜散電流。若管道正
處于此雜散電流的影響范圍內(nèi), 則雜散電流就會從管
道防腐層的破損處流人管道, 然后從距電車供電系統(tǒng)
負回歸線相對而言較近的防腐層破損處流出, 返回鐵
軌。
在雜散電流的上述流動過程中, 形成了兩個腐蝕
電池。一個是電流流出鐵軌進入管道處, 在這里, 鐵軌
是腐蝕電池的陽極, 發(fā)生腐蝕, 管道為陰極, 不腐蝕; 另
一個是電流流出管道返回鐵軌處, 在這里, 管道是腐蝕
電池的陽極, 發(fā)生腐蝕, 鐵軌則是陰極, 不腐蝕。
在作為陽極的管道處發(fā)生的腐蝕實質(zhì)上是電解腐
蝕, 這是因為外加的雜散電流參與了腐蝕過程, 管道金
屬與土壤介質(zhì)間進行的是電解反應(yīng)。正因為如此, 雜
散電流干擾腐蝕比一般的土壤腐蝕要劇烈得多。
在分折管道雜散電流干擾狀況時, 一般將管道分
為下述三個區(qū)域:
( 1) 陰極區(qū): 即雜散電流流人管道的部位。處在該
區(qū)域的管道一般不發(fā)生腐蝕。
( 2) 陽極區(qū): 即雜散電流流出管道的部位。處在該
區(qū)域的管道發(fā)生電解腐蝕。
( 3) 交變區(qū): 即陰極區(qū)和陽極區(qū)間的過渡區(qū)域。處
在這一區(qū)域的管道電位狀況常常很不穩(wěn)定。
雜散電流的方向和強度與電車的分布狀況、電車
的負載情況、鐵軌間的接觸電阻、鐵軌與地面間的絕緣
狀況、管道防腐層狀況以及土壤電阻等多種因素有關(guān)。
第6 期 !施工與維護! ?? ?? 13
這些因素中的一個或多個發(fā)生變化時, 雜散電流的分
布也會發(fā)生相應(yīng)的變化, 反映在管道上, 即表現(xiàn)為管道
的陰極區(qū)、陽極區(qū)和交變區(qū)的分布及雜散電流干擾的
強度也是經(jīng)常變化的, 有時變化得還相當(dāng)劇烈。
3 ?? 撫順地區(qū)直流雜散電流干擾腐蝕的特點和
規(guī)律
?? ?? 為了解撫順地區(qū)直流雜散電流干擾腐蝕的特點和
規(guī)律, 管道管理部門從70 年代開始, 先后多次進行了
該地區(qū)管道直流雜散電流干擾腐蝕的調(diào)查與測試。調(diào)
查和測試的項目包括:
管道沿線雜散電流的方向和電位梯度; 管道中流
動的雜散電流; 管道防腐層絕緣電阻; 管道沿線土壤電
阻率; 管道自然電位; 管道保護電位; 軌地電位; 管軌電
壓; 管間電壓; 排流及陰極保護狀況; 電氣化鐵路( 以下
簡稱電鐵) 運行狀況等。
除上述項目外, 為了解雜散電流晝夜變化規(guī)律, 對
管道的典型區(qū)段, 還進行了24 小時連續(xù)測試。
通過調(diào)查和測試, 共取得各類原始數(shù)據(jù)數(shù)萬余個。
經(jīng)過對這些數(shù)據(jù)的整理和分析, 對撫順地區(qū)直流雜散
電流干擾腐蝕的特點和規(guī)律有了一個基本的了解。考
慮到數(shù)據(jù)的時效性, 本文以距現(xiàn)在最近的一次測試結(jié)
果為主進行討論。
3. 1 ?? 主要的雜散電流源
對撫順地區(qū)雜散電流的多次調(diào)查和測試均證明,
影響該地區(qū)地下管道的主要雜散電流源為橫貫市區(qū)的
電鐵。該電鐵始建于本世紀初, 至今已有80 余年歷
史。共有干支線近300km。形成網(wǎng)狀分布, 其主要走
向為東西走向?，F(xiàn)有車站40 座, 機車130 余臺, 年運
輸量為2000 萬噸。該鐵路為直流電氣化鐵路, 干線機
車驅(qū)動電源為直流1500V, 最大牽引電流達6 00A。
在每一區(qū)間( 兩供電所之間) 一般有幾十臺機車運行,
平均車隔為3. 5 分鐘。機車運行方式為隨機加速, 無
規(guī)律性。
由于該電鐵運行年限長, 軌道與大地間無良好絕
緣, 加上機車驅(qū)動電壓高, 所以經(jīng)鐵軌泄人大地的電流
量很大。該電鐵是撫順地區(qū)的一條運輸大動脈, 機車
運行頻繁, 因而在大地中形成了復(fù)雜的地電場。根據(jù)
測試結(jié)果分折, 對該地區(qū)管道影響較大的電鐵有三段,
即三寶屯電鐵、大官屯電鐵和石油二廠附近電鐵。此
三段電鐵分別與輸油管道的不同管段相鄰、相近或交
叉( 電鐵與管道分布示意圖見圖2) , 由此對相關(guān)管道
產(chǎn)生直接或間接的影響( 見表1) 。
?? ?? 從表1 可以看出, 每條管道不僅受到相距較近的
雜散電流源的影響, 而且還會通過相鄰管道接受相距
較遠的雜散電流源的影響。
表1 ?? 電鐵不同區(qū)段及受影響的管道
電鐵區(qū)
段名稱
與管道相對位置
直接受影
響的管道
間接受影響的管道
三寶屯電鐵電鐵與撫鞍線中段交叉撫鞍線鐵撫線、撫計線
大官屯電鐵電鐵與撫計線末端相鄰撫計線
鐵撫線、撫鞍線、撫
前線
石油二廠
附近電鐵
電鐵與撫前線末端較近撫前線
圖2 ?? 撫順地區(qū)管道與電鐵分布示意圖
3??2 ?? 管道陰極區(qū)、陽極區(qū)和交變區(qū)的分布
各管道陰、陽極區(qū)及交變區(qū)分布見表2。從表2
中可以看出, 該地區(qū)管道交變區(qū)的范圍很大, 即使是陽
極區(qū)的管道, 在某些時段仍表現(xiàn)出一定的交變特性, 這
是該地區(qū)雜散電流干擾腐蝕的一個重要特點。
表2 ?? 各管道陰、陽極區(qū)及交變區(qū)分布
線別陰極區(qū)范圍陽極區(qū)范圍交變區(qū)范圍
鐵撫線129# ~ 148# 148# ~ 149# + 200m
撫前線3# ~ 15# 0# ~ 2# 、16# ~ 20#
撫鞍線0# ~ 2# 3# ~ 20#
撫計線0# ~ 7# 11# ~ 12#
3. 3 ?? 雜散電流干擾腐蝕的強度
表3、表4 和表5 分別列出了該地區(qū)管道自然電
位的最大值和三寶屯電鐵軌地電位、管軌電壓的最大
值。從表中數(shù)據(jù)可見, 該地區(qū)雜散電流對管道的干擾
腐蝕強度很大。1989 年, 在撫前線18# + 800m 處曾
發(fā)現(xiàn)一個帶狀蝕坑群, 蝕坑共8 個, 最深已達5mm,
( 蝕坑周圍無腐蝕) 屬典型的電解腐蝕。由此可見雜散
電流腐蝕能力很強。
表3?? 管道自然電位的最大值
線別正電位最大值( V) 負電位最大值( V)
鐵撫線4. 000 - 2. 230
鐵前線2. 050 - 6. 200
撫鞍線5. 000 - 7. 000
撫計線1. 555 - 5. 700
14 ?? ?? ?? ?? 管道技術(shù)與設(shè)備1999 年
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表4?? 三寶屯電鐵軌地電位最大值
正電位最大值( V) 負電位最大值( V)
48. 30 - 12. 21
表5?? 三寶屯電鐵管軌電壓最大值
正電位最大值( V) 負電位最大值( V)
11. 25 - 52. 43
3. 4 ?? 管道之間的相互干擾
撫順地區(qū)四條管道在撫順康樂輸油站交匯。多次
測試均表明, 此四條管線之間存在明顯的相互干擾, 管
道間形成不穩(wěn)定的宏腐蝕電池, 加速了各管線相鄰管
段的腐蝕。不僅如此, 上述部分管道與該地區(qū)東北輸
油管網(wǎng)之外的其它管道( 以下稱網(wǎng)外管道) 之間也存在
相互干擾。例如撫計線與石油三廠輸油管道交叉, 與
石油一廠輸油管道相鄰; 撫前線與石油二廠輸油管道
相鄰。因這些網(wǎng)外管道與電鐵相距很近, 有的管道還
與電鐵交叉, 其所受雜散電流干擾很強, 對與之接近的
東北管網(wǎng)在該地區(qū)的管道產(chǎn)生很大影響。
3. 5 管道的防腐層狀況
管道防腐層不僅是管道防腐的有效手段, 也是排
流和陰極保護的基礎(chǔ)。管道防腐層狀況一般通過防腐
層絕緣電阻來判斷。1995 年對該地區(qū)管道防腐層絕
緣電阻進行了全面測試, 結(jié)果表明該地區(qū)管道防腐層
狀況不佳, 其中撫前線和撫計線管道防腐層質(zhì)量最差,
撫鞍線和鐵撫線防腐層質(zhì)量稍好些, 但其技術(shù)等級也
較低( 多數(shù)管段防腐層技術(shù)狀態(tài)等級僅為? 可級#) 。這
種狀況對管道的排流保護十分不利。
4 ?? 采取的排流保護措施
自管道投產(chǎn)以來, 管道管理部門為防止雜散電流
對管道的干擾腐蝕, 先后采取了多項排流保護措施。
特別是自80 年代中期以來, 在總結(jié)國內(nèi)外直流排流保
護經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 經(jīng)過不斷的研究、探索, 逐步形成了
一套雜散電流干擾腐蝕綜合治理的方法。所謂雜散電
流干擾腐蝕綜合治理是指在采取排流保護措施前, 對
影響管道排流保護的諸因素進行全面細致的調(diào)查; 在
采取排流保護措施時, 根據(jù)不同地域、不同管道、不同
管段的具體情況, 采取具有互補作用的多種排流保護
措施; 在排流保護措施實施后, 強化對管道排流保護系
統(tǒng)的監(jiān)測和管理, 并根據(jù)雜散電流干擾狀況的變化及
時調(diào)整管道排流保護系統(tǒng)的運行。這套方法包括如下
措施:
4. 1 ?? 排流保護調(diào)查和測試
排流保護調(diào)查和測試是有效進行管道排流保護的
前提。70 年代以來, 管道管理部門先后組織了四次大
規(guī)模的管道排流保護調(diào)查和測試, 其間還進行了一些
小規(guī)模的測試, 通過這些調(diào)查測試, 取得了豐富的原始
數(shù)據(jù)。經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)的分析, 對撫順地區(qū)直流雜散
電流干擾腐蝕的特點和規(guī)律有了基本的了解, 在此基
礎(chǔ)上制定了相應(yīng)的排流保護方案。
4. 2 ?? 排流器排流
排流器排流一般分為四種方式: 直接排流、極性排
流、強制排流和接地排流。根據(jù)撫順地區(qū)管道干擾腐
蝕的特點, 適用于該地區(qū)管道的排流方式只有極性排
流和接地排流。
4. 2. 1 ?? 極性排流
撫計線末端位于大官屯電鐵密集區(qū), 適于極性排
流。因此, 在該管段安裝了一套大功率極性排流系統(tǒng)。
該系統(tǒng)運行后, 最大排流電流達100A 以上, 不僅有效
地消除了撫計線雜散電流的干擾腐蝕, 而且改善了撫
順地區(qū)管道沿線雜散電流的分布狀況, 緩解了其余三
條管道的雜散電流腐蝕。
4. 2. 2 ?? 接地排流
因撫順地區(qū)管道絕大多數(shù)管段均不在電鐵附近,
難以采取直接排流和極性排流等措施, 故只能采用接
地排流方式。自1990 年以來在該地區(qū)安裝了多套接
地排流系統(tǒng)( 見表6) 。
表6?? 已安裝的接地排流系統(tǒng)
線別埋設(shè)地點埋設(shè)時間
鐵撫線136# 1990 年
鐵撫線149# 1998 年
撫前線0# 北側(cè)1991 年
撫前線0# 南側(cè)1991 年
撫前線5# 1998 年
撫前線7# 1993 年
撫前線19# 1990 年
撫計線11# 1993 年
?? ?? 這些接地排流系統(tǒng)均設(shè)在管道雜散電流干擾的陽
極區(qū)及干擾腐蝕重的管段( 鐵撫線136# 樁原為陽極
區(qū), 在第四次調(diào)查測試時發(fā)現(xiàn)雜散電流分布狀況發(fā)生
了較大變化, 該段管道已變?yōu)殛帢O區(qū)) , 對緩解和消除
管道雜散電流干擾腐蝕起到了很大的作用。接地排流
具有適應(yīng)性強, 受環(huán)境影響小, 對相鄰管段干擾小和施
工簡便等優(yōu)點, 這種排流方式的大量采用是撫順地區(qū)
管道排流保護的一大特點。
4. 3 ?? 陰極保護
雜散電流是隨時間不斷變化的, 在很多時間段, 雜
散電流表現(xiàn)得不十分明顯, 這時, 管道的自然腐蝕仍會
第6 期 !施工與維護! ?? ?? 15
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占據(jù)主導(dǎo)地位, 因此排流保護必須與陰極保護相結(jié)合
才能有效遏制管道的腐蝕。撫順地區(qū)管道均設(shè)有陰極
保護系統(tǒng), 這些系統(tǒng)在管道防腐保護中起著重要的作
用。
4. 4 ?? 防腐層管理
為改善撫順地區(qū)管道防腐層絕緣狀況, 采取了檢、
補漏與大修相結(jié)合的方式, 每年均進行管道防腐層的
檢漏修補工作, 并于1996 年對防腐層質(zhì)量很差的撫前
線和撫計線部分管段進行了防腐層大修。通過這些工
作, 提高了管道防腐層質(zhì)量, 為有效地進行排流保護打
下了較好的基礎(chǔ)。
4. 5 ?? 管道均壓
在康樂站四條管道間加設(shè)了管道均壓裝置。這些
裝置有助于平衡相鄰管道間的電位, 緩解管道間的相
互干擾。
4. 6 ?? 排流保護系統(tǒng)的管理和監(jiān)測
排流保護系統(tǒng)的管理和監(jiān)測是保證管道排流保護
系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。近十幾年來, 該地區(qū)管道的排
流保護系統(tǒng)管理采取了日常管理和重點監(jiān)測相結(jié)合的
方式, 對管道排流和陰極保護系統(tǒng)運行的技術(shù)參數(shù)進
行及時的記錄和分析, 對重點管段的排流保護狀況進
行重點監(jiān)測, 并針對雜散電流干擾狀況的變化及時調(diào)
整排流保護系統(tǒng)的運行情況。
5 ?? 排流保護的效果
撫順地區(qū)管道的排流保護經(jīng)過多年的努力, 取得
了顯著的成效。
1991 年, 曾對當(dāng)時的排流保護效果作過一次全面
測試, 結(jié)果表明, 實施排流保護后, 各條管道的雜散電
流干擾強度均顯著降低, 其中, 鐵撫線正電位出現(xiàn)的頻
次為0, 撫前線和撫計線也各僅有不足1km 的管道尚
有少量正電位出現(xiàn), 撫鞍線因尚未實施大規(guī)模排流, 正
電位出現(xiàn)的頻次較多, 但也較以前有很大改善。
據(jù)資料統(tǒng)計, 撫順地區(qū)輸油管道長度僅占東北輸
油管網(wǎng)總長度的2%左右, 投產(chǎn)初期, 因排流保護不完
善, 該地區(qū)管道因雜散電流干擾腐蝕穿孔漏油9 次, 占
同期東北管網(wǎng)管道腐蝕漏油事故的78%。撫鞍線康
樂站段投產(chǎn)不到半年就因雜散電流腐蝕穿孔漏油2
次。采取排流保護措施特別是實施雜散電流干擾腐蝕
綜合治理以來, 該地區(qū)管道的雜散電流干擾腐蝕得到
了有效的遏制, 自1981 年以來, 該地區(qū)管道末再發(fā)生
雜散電流腐蝕穿孔漏油事故。排流保護不僅有效保證
了輸油管道的安全運行, 而且取得了顯著的社會效益
和經(jīng)濟效益。
6 ?? 結(jié)論及建議
( 1) 撫順地區(qū)管道的雜散電流干擾十分嚴重, 具有
雜散電流源多, 影響范圍廣, 干擾強度高, 管道間相互
干擾大等特點。
( 2) 撫順地區(qū)管道排流保護的實踐證明, 雜散電流
干擾腐蝕綜合治理是有效的排流保護方法。
( 3) 管道的排流保護不是一勞永逸的, 而是一項長
期艱苦的工作。必須經(jīng)常觀測雜散電流的變化狀況,
排流保護措施必須及時調(diào)整和更新, 只有這樣, 才能保
證管道得到有效的保護。
參考文獻
1 ?? 中華人民共和國石油工業(yè)部部標準?埋地鋼質(zhì)管道直流排
流保護技術(shù)標準%SYJ17
2 ?? 何悟忠, 王夢成. 管道保護工, 北京: 石油工業(yè)出版社, 1998
( 收稿日期: 1999 年6 月20 日)
( 上接第7 頁)
表3?? AB、BC 及CD 管段受力計算結(jié)果
管段AB 管段BC 管段CD 管段
熱變形??L ( mm) 13. 82 17. 77 21. 10
選擇膨脹節(jié)*
JZ250/ 10- 4,
??x = 28. 1mm
K x = 497N/ mm
JZ350/ 10- 2
??x = 21. 3mm
K x = 1200N/ mm
JZ500/ 16- 2
??x = 21. 1mm
K x = 1296N/ mm
盲板力Fp ( N) 53502. 1 102353. 9 301718. 6
彈性反力Fe ( N) 6868. 5 21324. 0 27345. 6
管段重量W ( N) 9424. 7 22570. 3 45430. 2
支架反力Fa= 60370. 6N
Fb= 79900. 5N
Fc= 249280. 6N
Fd = 374494. 4N
圖4 ?? 空調(diào)水4# 管線
( 收稿日期: 1999 年6 月25 日)
16 ?? ?? ?? ?? 管道技術(shù)與設(shè)備1999 年

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