高压交、直流电力设施对埋地管道的干扰危害及检测.pdf

1 埋地管道的干扰腐蚀与 严重性 1 ． 1 埋地管 道的干扰 腐蚀 埋地管道在预期寿命 内安全 运行 ，是所有管道业 主的管理 目 标 ，也是 管 道 运 输 企业 取 得 经 济 效 益 与社 会 效 益 的关 键 。这 一 目 标 的取得 ，依赖于管道腐蚀控制 工程技术 的完善和高水准 。即完 好全面的埋地管道 防腐层的管理 措施 ，以及符合 阴极保护准则要 求的控制水平。 近年来 ，我国管 道建设取得 超 常 规 的 发展 ，未来 几 十年 内管 道建设依然呈现高速发展 的局面。 然 而 ，大量 的埋 地 管 道 的检 测 实 践发现 ， 高压交 、 直流 电力设施如： 变电站、输电线路及其接地体 ，各 类电气化机车等对埋地管道 的交 、 直流 干扰腐蚀 必 须予 以密切 关注 ， 这 个 问题 往 往 是保 障管 道 的阴极 保护能够正常运行 的重要前提。 ( 1 )干扰腐蚀与一般土壤腐蚀 的差 异 埋地钢质管道在土壤存 在三 种腐蚀类型：土壤腐蚀 、微生物腐 蚀 和 杂 散 电流 腐 蚀 。这 三种 腐 蚀 中，前两种腐蚀类 型是土壤 中的 自然腐蚀 ，虽然存在 很普遍 ，但都 遵从腐蚀原 电池的机理 ，也就是 其腐蚀 电位差最 大不过 1 V左右 ， 而腐蚀 电流的数量 级也很小 ，一 般在 几 毫 安 或 微安 级 。而杂 散 电 流腐蚀 ( 也称 电蚀或干扰腐蚀 ) ， 则遵从 电解腐蚀 的机理 ，服从法 拉弟电解定律 ，即： 高压交 直流电力设施对埋地 管道的干扰危害及检测 王文涛 ( 中石化管道储运公 司新 乡输油处河 南 新 乡 4 5 3 7 0 0) 【 摘要 】 通过埋地管道遭受高压交直流电力设施腐蚀的检测实例，说 明必 须重视 来 自高压 电力设施 的 交直流干扰 腐蚀 的检 测与评估 。鉴 于许 多此 类腐蚀 干扰是 管道 设计期 间无法检 测到 的 ，因此 ，在 管道运行 后 ， 对管道可能遭受的交直流干扰的检测和排查，是确保管道阴极保护达到 要 求及 管道 安全 运行 的重要 手段 。 【 关键词 】高压交直流干扰埋地管道检测评价标准 W=Ki t 式 中 ： w～金属的腐蚀量，g ； K～常数， 称电化当量， ( A h) ； i 一 电流强度 ，A； t 一 时间 ，h 。 根据 国 内 的测 试 表 明 ，杂 散 电 流 的强 度 个 别 地 区可 以达 到 几 安 培 、几 十安 培 ，甚至几 百安 培 。 杂散 电流 腐蚀 区别 于土 壤 等 自然 腐蚀 的特点为： ( 1 )强度高，表现为几毫米厚 的管道在几个月内或 2 、3 年 内击 穿 。 ( 2) 作用范围广 ，可影响几公 里 ，甚 至几 十公 里远 。 ( 3)随机性强 ，管道干扰腐蚀 区域 和腐蚀强度 ，随杂散 电流源 的强度与负载的变化而变化 ，随 王文涛 ( 1 9 6 8 一) 工程师 ，现任中石化管道储运公司新乡输油处 汽车队书记。 管道埋地土壤和管道防腐层 的质 量 的变化 而变 化。 因此 ，虽然干扰腐蚀在埋地 管道 中存在不如土壤腐蚀那么普 遍 ，但 一旦发生则后果严重 。杂散 电流造成管道腐蚀穿孔 的次数和 速度都是十分惊人的，危害巨大。 东北输油管理局近 3 0多年的管道 管理经验也证明了 ，管道发生泄 露事故中 8 0 ％ 是由于干扰腐蚀造 成的。管道 的干扰腐蚀是否存在 ， 以及对运行管道 中的反常现象 ：阴 极 保 护 突 然失 效 时 ，及 时进 行 干 扰腐蚀 的测试往往是保证管道正 常与安 全 运行 的必要 手段 。 ( 2 )干扰腐蚀 源的种类 土壤 中的杂散 电流表现为直 流 电流 、交 流 电流 和 大 地 中 自然 存在的地 电流三种状态 ，它们对 管道造成的杂散 电流腐蚀 ( 干扰 腐蚀 )可分为直流干扰和交流干 扰 。两种 干扰对管道各具有不同 的危害行为和特征 。 直流杂散电流的干扰源 主要 为直流电力输配系统 、直流 电气 2 0 0 9。 。 石油 和 化 工 设 备l 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 廨 化铁路 、阴极保护系统或其它直 流干扰源等 ，但 以直流电气化铁 路最具代表性 。它遵从上面所介 绍 的 电解 腐 蚀 的 机理 ，对 埋地 管 道造 成 的干扰影 响和 危害最 大 。 交流杂散 电流 主要来源于交 流电气化铁路 、高压交流输配电 线路及其系统 ，通过阻抗 、感抗 、 容抗耦合而对相邻的埋地管道造 成干扰 ，使管道中产生交流杂散 电流 ，从而导致杂散电流从管道 流出部位发生电解腐蚀。 交流干扰 的产生会使管道 的 阴极保护不能正常运行 ，并会对 管道上原有的孔蚀起到加速 的作 用。尤其是高压输 电体 系发生故 障时 ，会对附近的管道产生电击， 这种 电击对地面正在建设的管道 和地下管道设施 ，都会产生明显 的破坏作用。 杂散 电流的第 三种状态是地 电流 。大地 中存在 的地 电流 ，主要 5 2} 石 油 和 化 工 设 备 ． 2009．。。 是 由地磁场 的变化感应 产生 的。 地 电 流对 埋 地 管道 的影 响 ，有 时 很轻微，有时却很明显，没有规律 性 。 1 ． 2干扰腐蚀 问题的严 重性 ( I ) 随着我国现代化进程的加 快 ，埋地管道受到电流腐蚀 的几 率将越来越高。这是因为： a ) 预计2 0 0 1—2 0 2 5 年我国电 力的增长速度将是世界平均水平 的两倍 ，“ 十一五”期间，我国规 划的电网建设和改造是 “ 十五”期 间的2 ． 4 倍。我国已具备独立提供 交流 5 O O k V输变电成套设备的能 力 ，对直流 5 0 0 k V及以上和交流 7 5 0 k V及以上输电系统也已进入实 际操作阶段， 预计到 2 0 2 0 年我国特 高压电网将基本建 成 ，跨区电网 的输送容量约为 2 ． 1 亿 k w 。 这表明随着我 国电力建设 的 发展 ，高压 和特高压输 电线路将 与地下管道形成 空 中走廊之 势 ， 它们与管道平交叉的几率会越来 越高。这些电力设施 、高压输电线 以及输电线杆 的接地体对地下管 道的影响和干扰将与 日俱增。 b)我 国 “ 十一 五 ”电气 化铁 路的规划为： 今后1 0 年将修建1 2 0 0 0 公里电气化铁路。到2 0 1 0 年， 我国 的电气化铁路总里程将达到 2 6 0 0 0 公里。这些 电气化铁路与管道 的 平行、靠近或交叉，都可能对长输 管道带来一定的电流干扰腐蚀。 ( 2) 埋地管道干扰腐蚀的检测 与评价技 术难 以掌握 ，而且在管 道设计时 ，也难 以确定管道是否 存在遭受 高压交流或直 流干扰腐 蚀的部位及强度。同时，由于干扰 腐蚀具有较大的随机性 ，因此对 干扰腐蚀的处置 、排查 与评估也 具有很大的难度。 2 ． 1发射塔 接地极 的直流干扰测试 2 0 0 7年 ，我公司受 中石化委 托 ，对某 成品油管道 昆茂段南宁 支线进行检测 ，发现该段管道受 到较严重的直流干扰 ，其干扰源 位于某通讯公 司 的一个发射塔 。 发射塔 的接地 体距离管道很近 。 管道上测得的最大管地电位偏移 值为4 5 V，并测得漏点若干，经过 对检测漏点 的开挖发现 ，该管道 已发生较大 的漏油点 ，该漏点明 显属于电腐蚀特征。从照片上可 见一个漏点位于管道正上方 ( 见 图1 ) ， 而另一个漏点位于管道8 点一 9 点的位置上 ( 见图2) ，这两个漏 点一个距离该发射塔的接地极不 足 0 ． 5 m处 ，另一个距离接地极 5 IT I 左右 。 2 ． 2电气 化铁路 交流 干扰的测试 2 0 0 6 年7 月 ， 受中石化的委托， 对西南成 品油管线受贵昆电气化 铁路的影响进行测试 。该成 品油 管线与贵昆电气化铁路有 9处交 叉 ， 平行段 的最近距离为 2 3 米。且 有大约 4 0 弦 的管段与电气化铁路 平行 。电气化铁路一般采用直接 从大容量电力输送系统 ( 即高压 输电系统 )获得电能 ，并以较高的 电压 向机车输送 。电气化铁路的 牵引变 电所担 负着将高压输 电系 统的 1 l O k V或 2 2 0 k V的三相交流电 变成 2 ． 7万伏 一 2 ． 5 万伏的单相交流 电 ，并将高压 交流 电输送给 电气 化铁路 的接触网的任务。即在交 流电气化铁路的上方 ，存在着给 电气化机车 2 ． 5万伏以上的高压交 流电的接触网供电体系 。接触 网 是沿铁路沿线架设 的特殊电力线 路 ，电力机车受电车通过与之滑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 动摩擦接触而产生电流 ，取得电 能 。不 同的供电形式在 电气化铁 路上形成不同的牵引电流的回路 ， 因而也 会 对 地 下管 道 的交 流 干扰 产生不 同程 度 的影 响。 为 此 ，选 择 了 以电 气 化铁 轨 作 为干 扰 源 的 一侧 ，测 量 当电气 化机 车 通 过 时铁 轨 上 的交 流 电压 值；同时测量与铁轨处于一定距离 的埋地管道被干扰源上感应产生 的交流电压值 的方法 ，来判断埋 地管道所受到的交流 电气化铁路 干扰 的程度 、频率 和范 围 。 测试表 明 ：该段成 品油管道所 埋设的土壤环境 ，不仅受到 电气 化 铁 路 的交 流 干 扰 ，同 时还 受 到 与 电 气 化铁 路 平行 或 交叉 架 设 的 高压输 电线路或输 电线路接地体 的干扰 ，以及 沿铁路分布的牵引 变 电所 等 电力 设施 的接 地 体 的 作 用 。图 3为检测 结果 。 图3 是该管线4 0 测试桩处管道 的管地 电位受 电气化铁轨 ( 干扰 源 )的轨地电位的变化曲线图。测 试表 明 ：管道上 的交流干扰 电压受 电气化铁轨上交流 电压 的变化而变 化 ，随着轨道电位的升高而升高 ； 轨道上的最大峰值电压为1 2 8 V， 管 道上的最大干扰 电压 为 5 0 v 。 在测试的6 0 分钟时间段， 管道 上 2 3 测试桩受到的交流干扰最大 电压值为7 8 ．5 V，2 4 测试桩受到的 交 流干扰 最大电压值为 7 7 V，干扰 较大 的两数值时间段同为 7分钟 ( 见图4) 。其附近为油库专用铁路。 其它测试桩点 的数据 同样不 乐观，测试表明在电气化机车运行 期间，都会给相临或相近的地下管 道造成干扰，其中：管道所受到的 最大干扰电压达 1 0 7 V；持续干扰时 问近 1 0 分钟。常规的阴极保护已不 能正常运行，根据 S Y ／ T 0 0 3 2《 埋地 ( 注：表 1 是 S Y ／ T 0 0 1 7 — 2 0 0 6中的表 3 ． 0 ． 2 — 1 ， 表 2 是 S Y／ T 0 0 1 7 — 2 0 0 6中的表 3 ． 0 ． 2 — 2) 钢质管道交流排流保护技术标准》 和G B ／ T 2 1 4 4 7 — 2 0 0 8 《 钢质管道外腐 蚀控制规范》的要求，该成品油管 道 必须设 置交流 排流保 护措施 。 3 干扰腐蚀的检测、排查与 评估 3 ． 1直流干扰 腐蚀 的检测 、排查与 评 估 直流干扰腐蚀 的检测 、排查 与评估技术是 比较成熟 的，主要 遵从 S Y ／ T 0 0 1 7 — 2 0 0 6 《 埋地钢质管 道直流排流保护技术标准 》的规 定进 行。一般通过管道上任意点 上的管地 电位较 自然电位 的正 向 偏移或管道附近土壤的电位梯度 来进行测试和评判。表 1 和表 2 是 S Y ／ T 0 0 1 7 — 2 0 0 6 标准中给出的评价 直流干扰强弱的依据。 2 0 0 9 ． 。 。 石油 和 化 工 设 备J 53 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 腐 排流类型 干扰时管地电位 V 正电位平均值 比 ％ 直接 向干扰源排流 > 1 0 > 9 5 ( 直接、极性、强制排流方 l 0 ～5 > 9 0 式) 8 > 1 0 > 9 0 问接向干扰源排流 ( 接地排流方式) 1 0 ～5 > 8 5 8 0 土壤类别 酸性 中性 碱性 排流后管道交流干扰 电压 ( V) < 6 < 8 1 O O A ／ M 2 0 I O O A ／ M ‘<2 0 A ／ M 度 CI P S DC V 域 5 G 表面区 ％ l 一2 c m 间 3 -5 c m ％ 6一l O c m 率 1 V< 5 Q M 2 V< 5 Q M 4 V 5 0 Q M 3 0 V> 5 0Q M n V、 n n 起 国内管道运 营者 的高度关注 ， 尤其是高压输 电线路对管道产生 的交 流干 扰 。交 流 干扰 在 高 压 电 气化 铁路 附近 的管 道 中也 有发 现 。 国内应继续对交 流干扰腐蚀 的评判标 准做进一步的研究 。国 外文献在表 5中给出的交流干扰与 管道所 埋设 的 土壤 的腐蚀性 数 值 ， 可作 为 国 内进 行 交 流 干扰 检 测 和 评价标准的重要参考。 幽 ⋯ GB F F 2 1 4 4 7 — 2 0 0 8 ，钢质 管道 外腐蚀控制规范[ S 】 【 2 1 S Y ／ T 0 0 3 2 — 2 0 0 0 ，埋地钢质管道交流排流保护技术标准【 S 】 【 3 】 S Y ／ T 0 0 1 7 - 2 0 0 6 ，埋地钢质管道直流 排流 保护技术标准【 S 】 [ 4 】 T e d Hu c k ，Ma t c o r ，US A《 d i s c u s s e s t h e i n v e s t ig a t i o n a n d mit i g a t io n o f A C i n d u c e d c o r r o t i o n》“ R e p r i n t e d f r 0 m Wo r l d P i p e l i n e s ”2 0 0 7 ，1 1 ． 2 0 。 。 D 9 石 油 和 化 工 设 螽I 55 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m