城市軌道對(duì)油氣管道直流干擾站控防護(hù)技術(shù)

張勝利 牙亞萌 張國(guó)虎 唐 強(qiáng) 陸劍鋒 許 捷

1. 中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041; 2. 四川北尚新材料科技有限公司, 四川 成都 610101; 3. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司儲(chǔ)氣庫(kù)管理處, 重慶 400015

0 前言

重慶市兩江新區(qū)的快速發(fā)展,導(dǎo)致中衛(wèi)—貴陽(yáng)聯(lián)絡(luò)線配套相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程管道外部環(huán)境在建設(shè)期間發(fā)生了較大變化,使管道遭受了設(shè)計(jì)階段不可預(yù)見(jiàn)、只能在管道投運(yùn)后通過(guò)實(shí)測(cè)才能獲知干擾程度和范圍的地鐵雜散電流直流干擾,對(duì)銅相線陰極保護(hù)的正常運(yùn)行產(chǎn)生了不利影響。目前國(guó)內(nèi)的排流方式大多采用在管道沿線設(shè)置眾多犧牲陽(yáng)極或排流點(diǎn)的間接排流方法,施工安裝要二次進(jìn)場(chǎng),征地范圍廣、費(fèi)用高,提供的電流和抑制能力有限,且不可調(diào)節(jié)與控制。本文通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有科研文獻(xiàn)資料[1-7],并結(jié)合本工程的實(shí)際工況,確定了直流干擾排流防護(hù)方案,成功運(yùn)用于相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程,有效地緩解了干擾。

1 工程概況

中衛(wèi)—貴陽(yáng)聯(lián)絡(luò)線配套相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程的相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)注氣氣源來(lái)自中貴線,功能定位為中貴線季節(jié)調(diào)峰、事故應(yīng)急供氣、戰(zhàn)略應(yīng)急供氣和川渝市場(chǎng)季節(jié)調(diào)峰、事故應(yīng)急供氣。地面工程總投資額為19億元。主要包括注采集輸系統(tǒng)、雙向輸氣管道系統(tǒng)[8],八塘閥室和集注站分別設(shè)置線路陰極保護(hù)站1座,對(duì)站外管線實(shí)施強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。配套管線見(jiàn)圖1。

圖1 相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程配套管線示意圖

2 干擾情況

相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程線路管道均先于重慶3號(hào)線地鐵龍頭寺至江北機(jī)場(chǎng)段、6號(hào)線地鐵禮嘉至北碚區(qū)段建設(shè)投運(yùn),銅相線距離最近的3號(hào)線地鐵(魚洞至江北機(jī)場(chǎng))約20 km、距離最近的6號(hào)線地鐵(茶園至北碚,北碚有始發(fā)站)約7 km。相旱線距離最近的3號(hào)線地鐵(魚洞至江北機(jī)場(chǎng))約6 km、距離最近的6號(hào)線地鐵(茶園至北碚,北碚有始發(fā)站)約18 km。上述地鐵投運(yùn)后,相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程的銅相線受到雜散直流電流干擾嚴(yán)重,相旱線受到雜散直流電流干擾較輕。24 h連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),銅相線管地電位在-3～+1 V范圍內(nèi)頻繁劇烈波動(dòng),影響范圍為整條管線,主要的干擾源在西山坪—靜觀閥室段,干擾特征與地鐵軌道干擾的特征在時(shí)間上存在一致性,見(jiàn)圖2。管線在無(wú)直流干擾正常情況下,陰極保護(hù)電流不超過(guò)1 A,當(dāng)受干擾導(dǎo)致管地電位負(fù)于恒電位儀設(shè)定值時(shí),設(shè)備輸出為零,關(guān)機(jī);當(dāng)干擾導(dǎo)致管道出現(xiàn)正電位時(shí),管道所需陰極保護(hù)電流量大增,在設(shè)備的輸出電流超過(guò)3 A,深井陽(yáng)極地床接地電阻高(11 Ω),將超出陰保機(jī)的額定輸出電壓范圍,致使陰保機(jī)頻繁報(bào)警、關(guān)機(jī),設(shè)備不能正常運(yùn)行。

圖2 銅相線土場(chǎng)閥室長(zhǎng)時(shí)間電位監(jiān)測(cè)圖

3 腐蝕機(jī)理

當(dāng)導(dǎo)軌附近有埋地金屬,如鋼筋、管道、電纜護(hù)套等時(shí),在整流器附近,電流從電位較低處進(jìn)入大地,通過(guò)大地放回整流器負(fù)極。雜散電流流出的陽(yáng)極受到腐蝕[9-11],關(guān)系見(jiàn)圖3。典型的直流雜散干擾示意圖見(jiàn)圖4。

圖3 雜散電流對(duì)供電軌道的影響

圖4 由直流驅(qū)動(dòng)鐵路引起的干擾示意圖

4 常用直流干擾防護(hù)措施

直流干擾的防護(hù)應(yīng)遵循排流保護(hù)為主、綜合治理、共同防護(hù)的原則進(jìn)行。排流保護(hù)是直流干擾防護(hù)的主要方法,分為集中強(qiáng)制排流、極性排流、接地排流、陰極保護(hù)站、強(qiáng)制排流等多種方式[12-19]。

4.1 集中強(qiáng)制排流

對(duì)地鐵干擾防護(hù)而言,從效果上首選集中強(qiáng)制排流,即通過(guò)強(qiáng)制排流器將管內(nèi)雜散電流強(qiáng)制返回軌道上,但在中衛(wèi)—貴陽(yáng)聯(lián)絡(luò)線配套相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程中,管道與干擾源(城市軌道交通地鐵線)間距遠(yuǎn),約7 km,該方式投資高,排流線回路電阻大,不可行。

4.2 極性排流

由于干擾特征為波動(dòng)頻次在約1 s時(shí)間內(nèi)進(jìn)行管地電位正負(fù)交替,大小變化大的頻繁波動(dòng)的動(dòng)態(tài)干擾,管道上同一位置處陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)頻繁轉(zhuǎn)換,難以對(duì)正偏移時(shí)補(bǔ)充保護(hù)電流,難以抑制雜散電流腐蝕,也不適合。

4.3 接地排流

需沿線設(shè)置安裝,開挖量大,投資大,相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)管道是已投運(yùn)管道,二次進(jìn)場(chǎng)、征地和開挖量大,經(jīng)濟(jì)上不合理。

4.4 陰極保護(hù)站強(qiáng)制排流

由于動(dòng)態(tài)干擾下常規(guī)恒電位儀設(shè)備無(wú)法正常投運(yùn),無(wú)法給管道提供保護(hù)電流并對(duì)正偏移陽(yáng)極區(qū)域進(jìn)行腐蝕控制。該方式需解決這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,才能發(fā)揮其集中排流經(jīng)濟(jì)性好、作用范圍大的優(yōu)勢(shì),否則不可行。

5 解決方案

為了使相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程陰極保護(hù)站在干擾環(huán)境下能正常投運(yùn),相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程利用中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司《城市軌道對(duì)相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)管道直流干擾站控防護(hù)技術(shù)》課題研究成果,采用了能隨干擾波動(dòng)頻次和程度而智能快速響應(yīng)并調(diào)節(jié)輸出電流的站控防護(hù)技術(shù),并結(jié)合工程實(shí)際情況,在直流干擾波動(dòng)最強(qiáng)的土場(chǎng)閥室增設(shè)一座強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站,與八塘閥室陰極保護(hù)站一起保護(hù)銅相線,對(duì)正向偏移的管地電位糾偏,使其達(dá)到GB 50991-2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中要求的負(fù)于-0.85 V的陰極保護(hù)電位要求。

整改設(shè)計(jì)與施工完成后,為驗(yàn)證整改后陰極保護(hù)的有效性,采用數(shù)據(jù)記錄儀UDL 2長(zhǎng)時(shí)間采集管線電位數(shù)據(jù)。UDL 2是一種高精度、雙通道數(shù)據(jù)記錄儀,與陰極保護(hù)試片一起使用。內(nèi)置具有斷電延時(shí)功能的一體化電流檢測(cè)儀器,可直接測(cè)量試片的交流電流密度和直流電流。參比電極輸入端提供直流電位,交流電壓和斷電電位的測(cè)量功能。獲得了整改后對(duì)銅相線各測(cè)試樁處的管道通斷電電位48 h長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5～6。

采用澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2832.1[20]提出的動(dòng)態(tài)電位評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)工程銅相線排流防護(hù)后的效果,評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7。

圖5 銅相線48 h監(jiān)測(cè)通電電位最大值、最小值和平均值

圖6 銅相線48 h監(jiān)測(cè)斷電電位最大值、最小值和平均值

圖7 銅相線斷電電位統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)論

1)通過(guò)管道長(zhǎng)時(shí)間的通斷電電位監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出,在夜間地鐵停運(yùn)時(shí)間段,管道的斷電電位均能達(dá)到-850 mV,管道處于有效的陰極保護(hù)狀態(tài)。在白天時(shí)間段,長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)的位置斷電電位在試片充分極化后能夠負(fù)于-850 mV的保護(hù)范圍。

3)對(duì)管道受城市軌道交通直流干擾嚴(yán)重,而又與地鐵軌道相對(duì)較遠(yuǎn),無(wú)法向干擾源負(fù)回歸網(wǎng)絡(luò)實(shí)施直流強(qiáng)制排流的情況,該站控防護(hù)技術(shù)是有效的適用方式。有效地減緩了干擾腐蝕,保證管道的安全可靠運(yùn)行,將會(huì)在更多的工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。