某在役航油管道阴极保护追加及排流防护技术应用

2014-07-21胡松青

全面腐蚀控制 2014年5期

於朋胡松青田力

(1. 上海艾思其工程技术有限公司，上海 200131；2.中国石油大学(华东)理学院，山东青岛 266580)

0 引言

某机场航油管道始建于2003年，建设先后分为一期、二期两部分完成，长度分别约为20km和30km，管道外防腐层均为3层PE。一期管道建设同期实施了外加电流阴极保护(1座阴保站)，二期管道于2009年建成，与一期管道对接后，影响了整个管网的阴极保护效果。为此对整个在役管道的阴极保护运行情况进行了检测，并根据检测结果制定了相应的阴极保护追加改造方案，改造后阴极保护系统运行良好，使得管道得到了有效的保护。

然而，改造后的阴保系统在正常运行一年之后，保护电位出现异常波动，阴保系统近乎失效，导致管道运行存在隐患。经过现场检测和分析，确认管道受到了新开通的机场地铁的直流杂散电流干扰，从而对管道采取了杂散电流排流措施，排流效果良好，目前管道阴保系统运行正常。

1 阴极保护追加改造

1.1 阴极保护运行情况检测

对在役管网阴极保护运行情况进行了以下检测：保护电位测试、管网分布及电连接性测试、馈电试验。检测结果表明：

(1)保护电位测试：管道大部分测试点的阴保电位达不到保护要求。

(2)通过RD-PCM对管网的路由分布情况进行了检测：整个管网由主管道和机坪支管构成，主管道呈环状形态、部分对称分布，支管分布分散、不均匀，主管和支管的管径不一致，部分机坪管网防腐层是环氧煤沥青(主管为3PE)，从而造成整个管网保护电流分布不均匀；整个管网的电连接性良好。

(3)选取不同点进行馈电实验，距通电点较远点电位达不到保护要求，单一的阴保站不足以保护整个管网。

1.2 阴极保护追加改造措施

由于被保护管网分布的复杂性，阴极保护采取区域性保护的方法。根据不同点的馈电实验结果，综合管网的分布情况设置几套阴保系统，各个阴保系统有其保护重点但又相互补充，以达到保护电流均匀分布的目的，尽量消除保护盲点。

本工程在原有的1套阴保系统基础上再增加设置2套新的外加电流阴保系统，根据馈电实验结果合理设置通电点位置。为减小辅助阳极地床对周围金属构筑物的影响，并考虑到在机场内设置地床的占地情况，本工程采用占地小、干扰小、输出电流更为均匀的深井阳极地床，辅助阳极采用MMO钛基贵金属氧化物阳极。追加的阴保系统投运后，管网阴极保护电位均达到保护要求(-0.85～-1.25V，CSE)。图1为改造后不同测试点保护电位测试图，图2为改造后某测点24h不间断电位测试图。从图1和图2中的数据可以看出，阴保系统运行良好，阴保电位达到了保护要求，管道得到了有效的保护。

图1 改造后不同测试点保护电位测试图

图2 改造后某测点24h不间断电位测试图

2 杂散电流干扰检测及排除

2.1 杂散电流干扰检测

管道阴保系统正常运行一段时间后，管道保护电位开始出现严重漂移现象，电位波动频率大，幅度高，疑似受到外界杂散电流的干扰。在管道的正常运行中，管道的管地电位是监测杂散电流干扰最直观的参数，当管道受到杂散电流干扰时，管道管地电位会出现异常(如电位波动大、正负大范围偏移等)，杂散电流分为交流和直流。为了确定杂散电流干扰类型、干扰源及干扰程度，对管道的干扰情况进行了以下检测：(1)管地交流电位测试，见表1；(2)管地直流电位测试(见表1)，并对个别测点进行1h不间断测试(如图3所示)；(3)土壤电位梯度测试，见表2。

表1 阴极保护异常前后数据(保护电位相对于CSE)

由表1中的交流电位的测试结果可知，管道交流电压均小于1V，根据GB/T50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》规定：“当管道上的交流干扰电压不高于4V时，可不采取交流干扰防护措施”，可基本排除交流干扰[1]。

表1和图3的直流电位测试结果表明：管道直流电位波动较大，已超出阴极保护正常保护范围(-0.85～-1.25V)，阴极保护运行受到影响，且波动电位均出现正电位，管道受到加速腐蚀的威胁。地中若存在大量的直流杂散电流，必然会引起大地电位梯度的变化，从而可以判断土壤中是否存在杂散电流及其干扰强度。根据《埋地钢制管道直流排流保护技术标准》(SY/T0017-2006)规定[2]，当管道附近土壤电位梯度大于0.5mv/m时，确认为直流干扰，当管道附近土壤电位梯度大于2.5mv/m时，管道应及时采取直流排流保护或其他防护措施[4]。因此，在阴保系统异常的情况下进一步对管道土壤电位梯度进行了测量，相应的测试数据见表2。由表2中的数据可知，管道受到了较强的直流杂散电流干扰，需要进行直流排流保护。

图3 直流电位1h不间断测试图

表2 阴极保护异常后土壤电位梯度

直流干扰源一般为直流电气化铁路或直流输电线路，根据现场的调研情况，管网阴保系统出现异常的节点与机场地铁开通的时间点相吻合，初步怀疑直流杂散电流干扰源为机场地铁。由于地铁的运行和停运有一定的规律性，可以通过连续监测管地电位的变化判定地铁杂散电流对管道的干扰情况。图4是管道某测点24h不间断电位测试图。从图中的监测数据可以看出，在地铁运行过程中管地电位在量程为0～-2V的数据采集器中满区间波动，波动非常剧烈，直流干扰相当严重，导致阴保系统不能正常运行；然而，在凌晨23:00～6:00地铁停运阶段，管地电位波动明显减小，趋于平稳。因此进一步确认了杂散电流干扰源为机场地铁。

2.2 杂散电流排流措施

2.2.1 地铁杂散电流的腐蚀机理和危害

地铁供电方式一般采用直流牵引方式[3]，在这种供电方式中，列车直流牵引系统采用正极接接触网，走行轨作为负回流线，由于走行轨和道床之间往往绝缘不充分，有一部分电流会从走行轨泄露至大地，形成直流杂散电流。当铁轨附近有埋地金属管道时，这部分杂散电流就有可能流入管道，杂散电流流入部分为阴极区，杂散电流流出部位为阳极区，管道发生氧化反应生成铁离子溶于周围介质中，造成管道发生电化学腐蚀[4]。与金属的自然腐蚀相比，直流杂散电流腐蚀一般具有腐蚀激烈、腐蚀部位集中、有防腐层时往往集中于防腐层的缺陷部位，大的杂散电流可能会使被干扰管道在短时间内发生点状坑蚀，造成泄漏事故。此外，杂散电流还会对管道阴极保护系统造成影响，严重时会造成管道阴保系统瘫痪。

2.2.2 地铁杂散电流干扰的排流措施

图4 地铁杂散电流干扰下管道对地电位监测数据

(1)针对管道电位出现正移的情况，管线需要增加外加电流强排阴保站，通过强制排流使管道电位负移。管道电位负移可能会造成过保护，但过保护的危害与干扰腐蚀的危害相比是次要的，在排流保护中应以尽可能降低正的管地电位抑制干扰腐蚀为主。

(2)目前管道杂散电流的防护主要采取排流措施，将管道中的干扰电流人为的使之回流到铁轨或排流到大地中，依据电连接回路不同，分为直接、极性、强制和接地排流。前三种方法要把电流排放到轨道上，往往都需要地铁干扰源方的协调支持，而且这些方法的缺点是有可能会对铁路传输信号造成干扰，影响到地铁的安全运行，国内应用不多。而接地排流是将电流直接通过接地地床排出管道，不需要与地铁连接，而且施工方便，是一种较为实用的排流方法。实际应用中通常采用排流器加排流地床的组合，排流地床的接地电阻原则上要小于管道接地电阻，根据排流需要可选用不同形式的阳极地床，如浅埋式或排流井，排流接地极可采用钢管、锌、镁牺牲阳极等。排流器正极接管道，负极接排流地床，这样可以保证电流单方向从管道排出，有效的阻止了保护电流的散失。本工程采用排流器+浅埋排流地床的接地排流措施对地铁杂散电流进行防护。

排流整改之后，经过近一个月的运行监测，杂散电流基本排除，管道保护电位基本恢复到正常有效范围，确保了管道的正常安全运行。