雜散電流對長輸管道腐蝕影響研究

許鐸

【摘 ?要】雜散電流的產(chǎn)生，成為困擾埋地管道發(fā)展的瓶頸，雜散電流所造成巨大的埋地管道腐蝕也日益困擾埋地管道的正常運(yùn)營。在雜散電流腐蝕與土壤腐蝕影響共同作用之下，埋地管道可能很快就發(fā)生雜散電流的腐蝕破損和穿孔。所以對埋地管道的雜散電流腐蝕進(jìn)行研究對保護(hù)管道免受雜散電流腐蝕是有一定工程意義的。

【關(guān)鍵詞】雜散電流;長輸管道;腐蝕影響

1 ?雜散電流研究的意義

目前，長輸油氣管道作為石油，天然氣長距離輸送的主要手段，其防護(hù)與檢測越來越受到管道企業(yè)的重視。由于長輸油氣管道均為埋地敷設(shè)，地域跨度大，敷設(shè)環(huán)境復(fù)雜，破損泄漏不易被發(fā)現(xiàn)，且埋地管道維修需要征地并進(jìn)行大量土方工程，費(fèi)時費(fèi)力，因此，及時對管道進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)問題并予以整改，防止腐蝕泄漏是維護(hù)管道安全使用的重要保障[1]。

2 ?雜散電流的影響因素

1）電化學(xué)腐蝕的影響

由于金屬（埋地輸油管道等）與土壤接觸，不可避免地會產(chǎn)生化學(xué)腐蝕而產(chǎn)生腐蝕電流，此雜散電流會沿著地下管道，從一類土壤的接觸點(diǎn)到另一類不同土壤的接觸點(diǎn)。當(dāng)電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電位超過1.5V時，在雜散電流的中斷點(diǎn)（輸油管道的絕緣法蘭、檢修時的斷開處等），雖然有冷卻效應(yīng)作用，但仍有可能產(chǎn)生引燃火花。

2）油氣輸送管線陰極保護(hù)的影響

由于埋地油氣輸送管線與土壤接觸及其他因素的影響，油氣輸送管線會產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。為減輕和防止腐蝕，油氣輸送管線一般采用陰極保護(hù)方法，即利用外加直流電源將保護(hù)金屬與直流電源的負(fù)極相連，使被保護(hù)的金屬成為陰極而進(jìn)行陰極極化。這種方法稱為外加電流陰極保護(hù)，即強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。由于對油氣輸送管線設(shè)置強(qiáng)制陰極保護(hù)系統(tǒng)，且被保護(hù)管道的最 高電位為-1.2V，其電流自電源的正極流出，經(jīng)陽極和大地流至匯流點(diǎn)（電源負(fù)極與保護(hù)管的接點(diǎn)）兩側(cè)管道，在兩側(cè)金屬管壁中流動的電流流向匯流點(diǎn)，再回到電源負(fù)極。這樣人為地在管道和大地中就有電流通過，在管道絕緣法蘭等處形成電位差。

3）其他偶然因素的影響

除了上述原因外，還有一些偶然的因素也可能引起設(shè)備設(shè)施帶電而形成雜散電流。如管道的焊接施工、供電線路的漏電等。

3 ?雜散電流的防護(hù)方法

管道沿線與高壓輸電線路近距離平行敷設(shè)時，高壓輸電線、電氣化鐵路會對管道造成干擾，加劇管道的腐蝕，因此管道應(yīng)盡量遠(yuǎn)離交流、直流 干擾源，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

3.1 ?盡量避開干擾源

根據(jù)線路雜散電流源的勘察結(jié)果，管道布線時在符合安全要求的前提下，合理選擇走向，避開地鐵、電氣化鐵路、輸變線路等雜散電流干擾源。對于受雜散電流干擾管道增設(shè)絕緣法蘭，將被干 擾的管道與主干線分隔開，目前國內(nèi)外沒有對管道與電氣化鐵路的安全間距的專門規(guī)定，參照目前相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 保護(hù)措施

1）陰極保護(hù)

從電化學(xué)腐蝕原理可知，電化學(xué)腐蝕主要發(fā)生在陽極區(qū)域，陰極保護(hù)法就是根據(jù) 該原理，采用電化學(xué)方法使被保護(hù)的金屬物處于陰極電位。陰極保護(hù)法又可分為犧牲陽極保護(hù)法和強(qiáng)制電流保護(hù)法。目前，陰極保護(hù)使用范圍日趨廣泛，埋地管道、電纜、儲槽、橋梁、熱交換器、冷卻器等凡是與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生腐蝕的設(shè)備均可用陰極保護(hù)法來提高其抗腐蝕能力。

（1）犧牲陽極法陰極保護(hù)

把它與被保護(hù)的金屬從電解質(zhì)（如土壤）的外部實(shí)現(xiàn)電連接，這種負(fù)電位的活潑金屬在所構(gòu)成的電化學(xué)電池中為陽極而優(yōu)先發(fā)生腐蝕，所釋放的電子即負(fù)電流使被保護(hù)金屬陰極極化到所需電位范圍，從而抑制腐蝕實(shí)現(xiàn)保護(hù)，這就是犧牲陽極法的保護(hù)原理。

（2）外加電流法陰極保護(hù)

利用外部電源對被保護(hù)金屬施加一定的負(fù)電流，使被保護(hù)金屬的電極電位通過陰極極化達(dá)到規(guī)定的保護(hù)電位范圍，從而抑制腐蝕獲得保護(hù)，這就是外加電流法的保護(hù)原理。如圖3-3所示，外加電流陰極保護(hù)示意圖。

兩種保護(hù)技術(shù)都有其獨(dú)特之處，也有不足的地方，表3-1給出了兩種陰極保護(hù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)比較，根據(jù)不同的環(huán)境結(jié)合各自的特點(diǎn)選擇合適的陰極保護(hù)方法。

接地裝置陰極保護(hù)從原理上講是合理的，實(shí)踐上也是可行的，但是還存在許多問題有待研究。如果采用犧牲陽極法保護(hù)，那么在變電站工頻電磁場環(huán)境下犧牲陽極性能是否會受到影響值得研究;采用外加電流法保護(hù)，存在一個保護(hù)參數(shù)的確定問題，因?yàn)榻拥匮b置在進(jìn)行陰極保護(hù)時，其表面必然存在垢的沉積，如果在短期內(nèi)有大量的垢層在接地裝置表面形成，其接地電阻無疑會增大，從而帶來負(fù)面效應(yīng)，這也是該技術(shù)能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題[2]。

目前，對于長輸管道，國內(nèi)主要采用強(qiáng)制電流為主、犧牲陽極為輔的陰極保護(hù)方。雜散電流是隨時間不斷變化的，多數(shù)情況下雜散電流表現(xiàn)得不十分明顯，因而管道的自然腐蝕仍會占據(jù)主導(dǎo)地位，因此排流保護(hù)必須與陰極保護(hù)相結(jié)合才能有效遏制管道的腐蝕。

2）管道均壓

在相鄰管道間加設(shè)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。

3）加強(qiáng)日常維護(hù)

為改善管道防腐層絕緣狀況，采取檢修、補(bǔ)漏與大修相結(jié)合的方式，每年均進(jìn)行管道防腐層的檢漏修補(bǔ)工作，以提高管道防腐層質(zhì)量，為有效進(jìn)行排流保護(hù)打下較好的基礎(chǔ)。同時開展智能清管作業(yè)，對重點(diǎn)地段管道的腐蝕風(fēng)險評估，確保油氣管道安全運(yùn)行。

作為一項(xiàng)長期而艱巨的工作，埋地管道雜散電流防腐必須密切觀測雜散電流的變化情況，如每年必須對管道防腐層進(jìn)行檢漏修補(bǔ)，定期監(jiān)測管道周圍是否有產(chǎn)生雜散電流的新建工程等。只有系統(tǒng)分析導(dǎo)致雜散電流腐蝕的各種因素，采用科學(xué)合理的預(yù)防措施、有效的監(jiān)測技術(shù)以及綜合治 理方法，才能解決埋地管道雜散電流的腐蝕問題[3]。

4結(jié)論

管道運(yùn)輸是當(dāng)今油氣工業(yè)重要的運(yùn)輸手段，其輸量大、運(yùn)費(fèi)少的優(yōu)點(diǎn)非常突出。但由于其途徑地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，眾多因素都可能導(dǎo)致管道腐蝕破壞，因此對其腐蝕的防治十分迫切和必要。埋地管道的腐蝕以電化學(xué)腐蝕最為常見，影響也最為明顯，做好管道電化學(xué)腐蝕防護(hù)關(guān)乎管線的運(yùn)行壽命。而如今又由于公共建設(shè)事業(yè)的大力發(fā)展，管線的鋪設(shè)不得不與一些交流電氣系統(tǒng)處于同一公共走廊中，使得交流雜散電流腐蝕現(xiàn)象日益凸顯。交流雜散電流腐蝕雖不及直流雜散電流腐蝕直接導(dǎo)致的后果嚴(yán)重，但它們相互疊加時，腐蝕破壞會更加嚴(yán)重。交流雜散電流腐蝕還會造成析氫腐蝕，對陰極保護(hù)產(chǎn)生干擾等等不良影響。如今，已有許多腐蝕研究工作者對交流雜散電流腐蝕進(jìn)行深入地研究，取得了一定的突破和進(jìn)展。但是，目前還沒有足夠的成熟的交流雜散排流技術(shù)，缺乏眾多的成型的交流雜散電流排流設(shè)備。設(shè)備排流主要以嵌位式排流為主，設(shè)計簡單、成效顯著，但又面臨存在殘壓、能否抵御高壓、是否與陰極保護(hù)相干擾等問題亟待解決。盡管有以上一些問題的存在，交流雜散電流已從實(shí)驗(yàn)研究走向了社會應(yīng)用。相信通過腐蝕研究工作者的不斷努力，交流雜散電流的防治工作將會在社會生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]席光峰，張峰等.雜散電流對長輸油氣管道的危害及其檢測[J].油氣儲運(yùn)，2008，27（7）：40～42.

[2]宋吟蔚，王新華等.埋地鋼質(zhì)管道雜散電流腐蝕研究現(xiàn)狀[J].腐蝕與防護(hù)，2009，8，30（8）：515～525.

[3]白楊，齊建濤等，埋地管道雜散電流腐蝕及其數(shù)值模擬研究進(jìn)展[M/OL].2013，01，10.

（作者單位：中國石油西部管道甘肅輸油氣分公司）