电气化铁路杂散电流对燃气管道的交流干扰腐蚀与防护措施..
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油气管道的杂散电流腐蚀与防护随着我国能源和交通工业的发展,我国油气管道与电力线路、电气化铁路的里程迅速增加。
由于地理位置的限制,在油气管道与电力线路、电气化铁路的设计和建设过程中不可避免地出现了并行敷设的情况。
由电力线路、电气化铁路产生的杂散电流会对油气管道产生巨大的危害。
辽河油田到XX化肥厂的天然气管道在投产14个月后就出现多起杂散电流引起的腐蚀穿孔事故,被迫长时间停产,开挖大修。
XX煤气公司在某电厂附近的一段输气管道受电厂杂散电流的影响,也多次出现穿孔泄漏,严重威胁管道和人身的安全。
由此可见,杂散电流对油气管道会产生强烈腐蚀作用。
因此,开展杂散电流引起的油气管道的腐蚀与防护研究,对保障油气管道的安全运行具有十分重要的意义。
1杂散电流的形成杂散电流是指在规定电路或意图电路之外流动的电流,又称迷走电流[1]。
杂散电流主要表现为直流电流、交流电流和大地中自然存在的地电流3种状态,且各自具有不同的特点。
直流杂散电流主要来源于直流电解设备、电焊机、直流输电线路;交流杂散电流主要来源于交流电气化铁路、输配电线路系统,通过阻性、感性和容性耦合在相邻的管道或金属体中产生交流杂散电流,但交流杂散电流对铁腐蚀较轻微,一般为直流腐蚀量的1%;由于地磁场的变化感应出来的地杂散电流,一般情况下只有约2μA/m2,从腐蚀角度看并不重要。
以电气化铁路车辆直流供电牵引系统产生的直流杂散电流是造成油气管道杂散电流腐蚀的主要原因。
在电气化铁路车辆直流供电牵引系统巾,列车所需要的电流由牵引变电所提供,通过架空线向列车供电,然后经行走轨回流至牵引变电所。
理想情况下行走轨电阻为0,行走轨对大地的泄漏电阻无穷大,此时经行走轨回流的电流等于牵引电流,即所有的电流都经行走轨回流至牵引变电所。
但实际上行走轨的电阻不为0,当有电流通过时就形成了电位差,并且行走轨对大地的泄漏电阻也不会为无穷大,这就不可避免地造成了部分电流不经行走轨回流,而是流入大地,然后通过大地回流至牵引变电所。
杂散电流对油气管道腐蚀的影响随着我国长输油气管道里程的不断增长,杂散电流引起的管道腐蚀问题越来越被人们所关注。
本文阐述了杂散电流对油气管道腐蚀的基本原理、特点,针对杂散电流的特点,提出了防止杂散电流对油气管道腐蚀的措施。
标签:杂散电流;油气管道;腐蚀影响近年来,中国在能源、电力、交通等领域取得了快速发展。
这也使得铺设地下油气管道更容易与高压输电网络、电动轨道车等平行或相交,甚至出现了一些输电线路、铁路和油气管道集中的走廊情况,从而导致在埋地油气管道中造成越来越严重的杂散电流干扰。
如果埋地油气管道的腐蚀防护层受损,杂散电流会流人管道,造成管道腐蚀,同时干扰管道阴极保护系统,造成经济损失,甚至造成严重后果比如安全事故和环境污染等。
传统的检测技术不能很好地检测油气管道杂散电流。
盲目选择干扰保护不仅能起到减缓作用,反而会造成腐蚀的加速。
因此,埋地油气管道杂散电流检测与保护的研究是当前管道保护中的重要问题之一。
一、杂散电流腐蚀特点杂散电流腐蚀指的是散流在地层的电流对地下钢质管道造成的腐蚀,也可以叫做干扰腐蚀。
主要是由于电气化铁路、电车、地下电缆泄漏、建筑物接地装置等产生的杂散电流,一般分为交流和直流两种杂散电流。
杂散电流的腐蚀特点如下:第一是强度高,危害大。
如果埋地钢质管道仅发生自然腐蝕的情况下,腐蚀电流仅为几十毫安。
而如果当土壤中有杂散电流时,通过的电流陡增,可以达到几百安培。
杂散电流强度越大,金属腐蚀量越大。
两者之间成正比关系,符合法拉第定律。
第二,它具有广泛的范围和很强的随机性。
杂散电流具有广泛的影响范围,可以达到几公里甚至几十公里。
这与引起杂散电流的外部电流源密切相关。
杂散电流干扰的发生往往是随机变化的,无论电流方向、强度如何,都与外部电源设施的负载情况、轨道连接、管道绝缘的变化相关,所以保护起来有一定的难度。
第三,腐蚀部位高度集中。
杂散电流通常在管道的接地阻抗较小的位置流入土壤,因此杂散电流腐蚀也集中在这些部位。
论轨道交通杂散电流对城镇燃气管网的腐蚀及其防护措施摘要:土壤中的杂散电流会引起钢管的腐蚀,它从埋地钢管的一端流入,又从另一端流出,流入点为阴极,流出点为阳极,导致钢管腐蚀。
管道腐蚀量与杂散电流的强度成正比,这种杂散电流腐蚀减少了埋地钢管的使用寿命,降低了管道的耐久性和强度,有时甚至会造成灾难性的事故。
本文结合华油公司管道管理现状,讨论了杂散电流对城镇燃气管网的危害,总结了减少杂散电流及其防护的方法。
关键词:城镇燃气管网杂散电流;管道腐蚀;防护;监测0 前言按照成都正在加快建设国家中心城市建设和进行新一轮城市“东进、南拓、西控、中优、北改”的总体规划,“东进”和“南拓”将成为成都发展的重点方向,而华油公司也将管道建设和发展纳入了东部新城和天府新区的整体规划当中。
按照成都轨道交通集团的规划,未来将在“东进”和“南拓”的范围内建设15条地铁交通线路,这给我们公司发展提供了机遇,同时也对我们管道建设、运行、维护提出了更高的要求和挑战。
特别是城市轨道交通的杂散电流对地下埋设的燃气管道腐蚀危害以及防护措施成为一个倍受关注的问题,例如在地铁3号线二、三期土建1标段双流西站管线迁改工程中,我们就遇到了类似的问题,因此加强对轨道交通杂散电流的研究,对保证城市轨道周边燃气管线的安全运行,延长它们的使用寿命,具有重要的现实意义。
1 杂散电流的产生杂散电流主要分为三种类型:直流电流、交流电流和大地中自然存在的地电流,每种电流的特征都有所不同。
而目前我国轨道交通的牵引方式多采用直流牵引供电方式。
负荷电流绝大部分经走行轨和回流线返回牵引变电所的负极,但有一小部分从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到地铁道床及周围土壤介质中,形成杂散电流。
它从埋地钢管的一端流入,又从另一端流出,流入点为阴极,流出点为阳极,导致钢管腐蚀。
2 杂散电流对管道产生腐蚀的原因从管道腐蚀现象看,比较集中为穿孔腐蚀,也有一少部分是均匀腐蚀。
结合腐蚀机理,不难看出电化学腐蚀是地埋管道腐蚀的主要原因,细菌腐蚀和纯化学腐蚀也不同程度地存在。
交流电气化铁路对埋地油气管道的电磁干扰与防护作者:胡先茂来源:《科技创业月刊》 2015年第24期胡先茂(中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430065)摘要:交流电气化铁道牵引供电系统的单相对地不平衡供电方式,主要对附近的埋地油气管道产生感性与阻性耦合电磁干扰影响,危及设备和人身安全、干扰设备正常工作。
文章分析了电气化铁道对油气管道的感性与阻性耦合情况下的地电位计算方法,并提出减小电气化铁道对油气管道电磁干扰的防护措施。
关键词:电气化;铁路;电磁干扰;防护措施中图分类号:U228文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1665-2272.2015.24.058收稿日期:2015-11-041电气化铁路对埋地油气管道的影响1.1容性耦合影响容性耦合影响,也称为静电影响,当电气化铁路接触网加载27.5KV的工作电压后,会在接触网线路周围形成垂直于接触网导线表面的高压静电场,由于静电感应作用,接触网导线与管道之间通过相互间分布的耦合电容,引起管道对地电压升高,静电感应电压通过人体形成静电电流,从而对管道产生影响。
由于大地具有良好的静电屏蔽作用,所以一般情况下,容性耦合只对架空管道产生影响,而对地埋金属管道不会产生影响,对此本文将不考虑此影响。
1.2感性耦合影响感性耦合影响,又叫磁干扰,当接触网上有交流电流沿接触网导线通过时,在其周围会产生交变磁场,通过空气、土壤等传导电磁波的介质,临近电气化铁路的管道因其磁力线切割原理,也就是互感作用,在管道上感应出纵向电动势。
因此,需要在在接触网正常供电和短路故障两种状态下,考虑感性耦合影响。
1.3阻性耦合影响阻性耦合影响,又称入地电流影响,电气化铁路供电是以接触网为电流流出方向,以钢轨做为电流回流的方向。
当接触网电流流经钢轨回流时,有部分的电流会沿钢轨泄漏到大地中,在电流入地点相对于远处大地间通过大地阻性耦合产生电位差。
由于阻性耦合的存在,使路基附近的管道处于地电位梯度变化剧烈的土壤中而引起管道地电电位升高。
杂散电流腐蚀机理及防护措施一、背景介绍在工业生产中,随着科技的进步和发展,涉及到电子器件和各种金属设备的使用越来越广泛。
然而,我们也会遇到一些意想不到的问题,比如杂散电流腐蚀现象。
杂散电流腐蚀是一种电化学腐蚀现象,由于设备中的电子学元件和电线之间的电流路径不完全主导,所以产生了这种现象。
如何减少杂散电流对设备的损害,一直是工程师们尤为关注的问题。
二、腐蚀机理1.发生杂散电流的原因在不同状态下,电子元件和金属装置之间的电位差,导致内部电流的产生,从而出现了杂散电流的产生。
并且中介物质也是电化学反应的催化剂,强化电化学反应,加速了材料的腐蚀,使设备不可避免地出现了腐蚀现象。
2.电化学反应机理杂散电流腐蚀是一种电化学反应,其机理主要有以下几个过程:1)阴阳极反应所致的腐蚀当两种不同金属的材料同时存在于同一电解质中时,其间电位差会引起电流的流动。
金属中氧化物离子的流动,有时被电位差控制,产生了腐蚀现象。
2)金属在电场作用下腐蚀当电场强度超过电解质电势时,电解质中的离子将受到电场的约束,导致发生腐蚀现象。
3)金属在呼吸的过程中腐蚀在受湿气、氧气和空气中的金属构件,经过长时间的反复潮湿和干燥的过程,加剧了腐蚀现象的发生。
三、防护措施1.设计可靠的电路我国工业生产中,设计防护电路是杂散电流腐蚀防范工作的第一步。
同时,加强电子电气设备的设计和制造工艺,防止杂散电流的发生,可以有效避免毁坏设备的情况。
2.资料选择通过电解,构建材料对抗杂散电流腐蚀的能力和耐腐蚀性能强的组合材料。
3.使用低电容端子在电子电气设备的使用中,应尽量使用低电容的端子连接。
如果端子电容过高,会导致设备的工作电压精度下降,加速杂散电流的产生。
4.防止电离击穿在电子电气设备的使用中,必须避免电离击穿的情况发生,通过选择正确的电磁材料和电容电感规格,实现平衡装置的工作状态。
四、总结杂散电流腐蚀是电子电气设备中经常出现的问题,在工业生产中会给人们带来一定的损失。
城市杂散电流对油气管道的影响与防护措施摘要:随着城市发展的快速推进,油气管道网络成为城市能源供应的重要组成部分。
然而,城市环境中存在着丰富的电气设备和电力线路,这使得油气管道面临着城市杂散电流的影响。
城市杂散电流对油气管道的正常运行产生了一系列的不利影响,包括腐蚀、电化学反应等。
因此,研究城市杂散电流对油气管道的影响,并提出相应的防护措施,具有重要的理论和实际意义。
本文通过对城市杂散电流的特点、油气管道的工作原理及杂散电流对其影响的分析,总结了城市杂散电流对油气管道的主要影响因素,并提出了一系列的防护措施,这些措施可以有效地减少城市杂散电流对油气管道的影响,保证其安全运行。
关键词:城市杂散电流;油气管道影响;防护措施;电化学腐蚀;电位异常;1. 引言1.1 研究背景和意义城市杂散电流对天然气油气管道的影响是天然气储运领域的一个重要问题。
由于城市化带来的复杂环境和各种建设设施的相互影响,产生的杂散电流往往会对油气管道的正常运行和安全性产生潜在的威胁。
首先,城市杂散电流对天然气油气管道的影响进行研究能够揭示其对管道腐蚀和老化的影响机制。
城市杂散电流会导致管道金属材料腐蚀和老化加速,降低管道的使用寿命。
研究杂散电流对腐蚀过程的影响,可以为制定相应的防护策略和维护措施提供理论基础。
其次,城市杂散电流对天然气油气管道的影响进行研究,能够评估管道安全风险,并为风险管控提供科学依据,可以为制定相应的防护措施和风险控制策略提供参考。
最后,研究城市杂散电流对天然气油气管道的影响,有助于完善相关技术和标准,提高天然气储运的安全性和可靠性。
1.2 国内外研究现状总结在国内,围绕城市杂散电流对天然气油气管道的影响进行的研究较少,但近年来随着天然气行业的快速发展,这一问题引起了更多的关注。
在国外,城市杂散电流对天然气油气管道的影响也受到了一定的关注,相关研究相对较为成熟,同时也逐渐形成了一些规范和标准。
国内外对于城市杂散电流对天然气油气管道的影响的研究还比较有限,但是随着天然气行业的发展,这一问题逐渐得到了更多的关注。
杂散电流腐蚀机理及防护措施地铁或轻轨一般采用直流电力牵引旳供电方式,一般接触网(或第三轨)为正极,而走行轨兼作负回流线。
由于回流线轨存在着电气阻抗,牵引电流在回流轨中产生压降,并且回流轨对地存在着电位差,回流线对道床、周围土壤介质、地下建筑物、埋设管线存在着一定旳泄漏电流,泄漏电流沿地下建筑物、埋设管线等介质至负回馈点附近重新归入钢轨,此泄漏电流即称迷流,又称地铁杂散电流。
地铁迷流重要是对地铁周围旳埋地金属管道、电缆金属铠装外皮以及车站和区间隧道主体构造中旳钢筋发生电化学腐蚀,它不仅能缩短金属管线旳使用寿命,并且还会减少地铁钢筋混凝土主体构造旳强度和耐久性,甚至酿成劫难性旳事故。
如煤气管道旳腐蚀穿孔导致煤气泄漏、隧道内水管腐蚀穿孔而被迫更换等。
此外,地铁迷流同步也对地铁沿线都市公用管线和构造钢筋产生“杂散电流腐蚀”,影响地铁以外沿线公共设施旳安全及寿命。
本文结合我企业参与旳多条地铁线施工和运行维护管理旳经验,针对杂散电流腐蚀机理及防护措施方面浅谈管见。
1 杂散电流腐蚀机理1.1 杂散电流腐蚀机理地铁迷流对埋地金属管线和混凝土主体构造中钢筋旳腐蚀在本质上是电化学腐蚀,属于局部腐蚀,其原理与钢铁在大气条件下或在水溶液及土壤电解质中发生旳自然腐蚀同样,都是具有阳极过程和阴极过程旳氧化还原反应。
即电极电位较低旳金属铁失去电子被氧化而变成金属离子,同步金属周围介质中电极电位较高旳去极化剂,如金属离子或非金属离子得到电子被还原。
地铁直流牵引供电方式形成旳迷流及其腐蚀部位如图1所示。
图中,I为牵引电流,Ix、Iy分别为走行轨回流和泄漏旳迷流。
由图1可得地铁迷流所通过旳途径可概括为两个串联旳腐蚀电池,即电池I:A钢轨(阳极区)+B道床、土壤+C金属管线(阴极区);电池II:D金属管线(阳极区)+E土壤、道床+F钢轨(阴极区)。
当地铁迷流由图1中A、D(阳极区)旳钢轨和金属管线部位流出时,该部位旳金属铁便与其周围电解质发生阳极过程旳电解作用,此处旳金属随即遭到腐蚀。
地铁杂散电流对燃气管道影响及排流措施浅议发布时间:2021-11-01T23:11:24.463Z 来源:《基层建设》2021年第21期作者:顾俊伟陈锐李文涛[导读] 摘要:随着城市的不断发展,人民生活水平不断提高,为了满足人们出的需求,缓解城市交通堵塞,中国城市开通城市轨道交通并投入运营已经多达三十多个。
成都华润燃气设计有限公司四川成都 610045摘要:随着城市的不断发展,人民生活水平不断提高,为了满足人们出的需求,缓解城市交通堵塞,中国城市开通城市轨道交通并投入运营已经多达三十多个。
而位于城市中心区的地铁线路往往优先建设运行,但城市中心区的燃气管道敷设较为密集,加之管网运行多年,防腐层老旧,若不采取适当措施对管网给予保护,城市地铁产生的杂散电流对埋地燃气管网的影响将引起严重的安全事故。
本文结合工程实例,针对受干扰最大的管段,优化防护措施,增加镁阳极极性接地排流装置,进行管地电位的模拟。
在干扰仍较为强烈的区域,增设密集镁阳极极性接地排流装置,进行管地电位的模拟。
针对离干扰源较近的部分管段,可采取进一步的防护措施。
在防护措施具备条件时,应优先考虑强制接地排流。
关键词:燃气管网;地铁杂散电流;腐蚀防护;接地排流引言现今,杂散电流引起的钢质燃气管道腐蚀问题,已经得到了各地燃气公司及研究人员的高度重视。
尤其在城市核心区域人口密度大、开挖难度大、不易施工等问题,使各地燃气公司对城镇燃气管道施加防护措施时,难度加大。
利用模拟软件,对实际燃气管道受干扰及保护现状进行仿真模拟,并优化其排流措施后,根据实测数据得知,管道的运行工况符合规范要求。
杂散电流的防治非常复杂,影响因素众多,若盲目采用防护措施,可能付出较大代价却不能获得预期效果。
若采用模拟仿真软件对管网区域中的杂散电流扩散行为进行模拟仿真,进而对各种方法的防护效果进行考量,则可优选出最有效的防护方法,以指导工程实践。
1 杂散电流腐蚀及防护的模拟仿真方法在腐蚀防护数值模拟中,通常基于有限元以及边界元两种数值计算方法。
浅谈交流高压输电线路对油气管道交流干扰腐蚀控制措施摘要:随着我国工业化进程的加快,对能源的需求与日俱增,国家电网高压输电与石油天然气管线的交汇不可避免,如何有效地解决这些问题,是保障油气运输安全、推动电力、油气输送工程建设发展的关键。
关键词:交流输电线路;输油输气管道;电磁影响;防护措施在高压输油管道与输油管道相交、平行运行的情况下,由于高压交流输电线对金属管道的稳定有很强的EMT影响,而当管道出现接地短路时,埋地金属管道会出现暂态EMT,这两种情况都会产生交流干扰电压、电流沿着管道防腐层的破坏部位侵入管道,造成管道的交流腐蚀,严重危及操作人员的生命。
但是,在输油管线和油气管线施工过程中,难免会产生交叉、短距离的共存现象,因此,如何有效地解决这些问题,是本文重点探讨的问题。
一、交流输电线路对管道电磁影响的机理(一)感性耦合当交流电通过传输线时,会在电线附近形成一个磁场。
在磁场作用下,会产生与管子间的电磁作用。
在靠近交流输电线的情况下,由于电磁场的影响,管线与地面的电位差异就会出现。
在石油和天然气管线的施工中,为防止管线的腐蚀,通常在钢管的金属表面涂覆一层防腐涂层。
但由于电击、机械损伤等外部因素的影响,防腐层的材质会出现不同程度的损伤,从而为交流杂散电流的进出创造了有利的条件。
在交流磁场的作用下,管道上的电位差将会直接和地面连接起来,从而引起电力系统的交流干扰。
这一效应被称作电-耦合效应或磁性效应。
之所以会出现这样的现象,一是因为输电线和输电线的距离太近了。
但其“安全距离”并非固定值,而是与输电线路的电压等级、传输功率等因素有关。
另外,交流干扰电压的高低、土壤电阻率、交流电流密度等因素也会对“安全距离”产生一定的影响。
(二)阻性耦合电力系统中的铁塔通常都有一个接地设备。
当导线对地短路时,有一部分短路电流会通过接地设备进入地面。
铁塔电势在地下无限远的地方传播,通过输油管线时,会产生电位上升,严重地影响到阴极保护的正常运行。
电气化机车杂散电流干扰在实际工程项目中,管道的铺设经常与其他工程管道距离很近,当管道要经过其他管道的阴极保护站的地床时,因为这部分区域受到阳极地床电压场的影响,土壤电位较高,一部分电流会进入还没有做阴极保护的管道中,电流会沿着管道移动一段距离,然后在靠近被保护管道的管段流出,在电流流出的部分,管道就会因为失去电子而发生腐蚀。
消除此类腐蚀干扰最常用的措施是将被干扰的管道和产生干扰的管道跨接排流,在跨接电缆中安装可调电阻,对排流大小进行调节,使被干扰的管道电位保持恒定。
即,被干扰管道的电位不随被保护管道电源的通断而变化。
强制排流系统:如果简单的排流系统不能消除杂散电流的影响,在该区域安装恒电位仪阴保站,保证管道始终处于保护状态。
铺设管道经过其他管道的阳极床时,会受到腐蚀干扰。
解决这种问题除了安装排流系统外,还可以在电流离开管道的部位安装牺牲阳极,使被干扰管道的杂散电流沿着牺牲阳极流出,而不是通过管道本身流出。
在受电气化机车杂散电流干扰区域,第一步是确定直流电车系统变电站的分布,测量管道穿越、靠近铁轨处管、地电位。
如果电位值比-0.55V CSE正,可以怀疑有杂散电流干扰,应进一步采取措施,判断杂散电流的存在。
也可以通过测量管道两侧电位的方式确定是否有电流从管道流过。
即将参比电极位于管道左侧测一次电位,再把参比电极放在管道右侧测一次电位,如果测量出的数据差距比较大,就有可能是杂散电流从电位较为负的一侧流入,而从另一侧电位较为正的一侧流出。
在杂散电流流出的区域,安排排流或强制排流系统。
由于镁牺牲阳极的电位比较负,所以通常情况下采用安装镁牺牲阳极的办法。
如果杂散电流为交变型的,电流会通过镁阳极再次进入管道内部,所以应该在镁牺牲阳极与管道的连线中安装二极管,保证杂散电流只是通过镁牺牲阳极流出管道,不不会进入管道。
直接排流系统:用电缆将管道与铁轨连接起来,使电流通过电缆而不是土壤返回到铁轨上去;如果电气机车有几个变电站供电,简单的排流系统有时会吸收电流,此时,应在排流线路中安装二极管,保证电流只向铁轨流动。
1 腐蚀原理1.1 金属的腐蚀金属从矿物质提炼出来时,出于一个高能级状态,多数金属处于热力学不稳定状态,金属都有从高能量状态向低能量状态转化的趋势,因此,金属转化成低能量状态氧化物的过程就是腐蚀。
腐蚀是一种化学过程,而且大多数都是电化学过程,伴随着氧化-还原反应的发生。
1.2 电化学腐蚀电化学腐蚀指金属表面与电解质因发生电化学反应而引起的破坏,特点是腐蚀过程中有电流的产生。
绝大多数常见工程材料的腐蚀发生在含水的环境里,其本质是电化学反应。
腐蚀过程包括金属失去电子(氧化),以及还原反应得到电子,比如氧或水的还原。
阳极区反应:Fe→Fe2-+2e阴极区反应:O2+2H2O+4e-→4OH- 2H2O+2e-→H2+2OH-1.3 杂散电流干扰腐蚀杂散电流分为交流杂散电流和直流杂散电流。
杂散电流一旦流入埋地金属设施,再从埋地金属设施流出进入大地,在电流流出部位会发生强烈的腐蚀,电流流出的部位成为阳极,发生氧化反应,通常把此种腐蚀称为杂散电流干扰腐蚀。
图1为杂散电流示意图。
图1 杂散电流示意图地铁杂散电流对长输管道干扰危害及防护措施王明章1 孙丽丽1 王俊丰21. 中国石化青岛石油化工有限责任公司 山东 青岛 2660432. 中石化皖能天然气有限公司 安徽 合肥 230000摘要:近年来,随着地铁的不断开通,地铁杂散电流对长输管道的腐蚀危害越来越明显,并且呈高发趋势。
其中直流杂散电流危害更为突出。
由于杂散电流的干扰,导致长输管道沿途阴极保护不能满足国标要求,并且随着地铁的增加管道阴极保护断电电位不达标比例明显升高。
在同一条管道中,根据实际情况可采用一种或多种防护措施,对于已采用强制电流阴极保护的管道,应首先通过调整现有阴极保护系统抑制干扰。
距阴保站较远和无阴保系统管段,建议采用极性排流方式对管道进行保护。
干扰防护措施实施后,应进行干扰效果的评定测试。
关键词:腐蚀 地铁 杂散电流 干扰 防护Interference of stray current of subway to long-distance transmission pipeline and protective measuresWang Mingzhang1, Sun Lilli1, Wang Junfeng2Sinopec Qingdao Petrochemical Co., LTD,Shandong Qingdao 266043 Abstract:In recent years, with the continuous opening of the subway, the corrosion damage of the subway stray current to the long-distance transmission pipeline is more and more obvious, and shows a high trend. The damage of DC stray current is more prominent. Due to the interference of stray current, the cathodic protection along long-distance transmission pipelines cannot meet the requirements of national standards, and with the increase of subway, the proportion of cathodic protection outage potential substandard increases significantly. In the same pipeline, one or more protective measures can be adopted according to the actual situation. For the pipeline with forced current cathodic protection, the interference should be suppressed by adjusting the existing cathodic protection system first. It is recommended to use polar drainage to protect the pipe which is far away from the negative protection station and has no negative protection system. After the implementation of interference protection measures, the interference effect should be evaluated and tested.Keywords:Corrosion;The subway;Stray current;Interference;Protertion杂散电流干扰腐蚀危害:(1)管道涂层缺陷处腐蚀速率非常高,导致短时间内发生穿孔、失效。
电气化铁路杂散电流对埋地钢质管道的腐蚀及防护张贺宏;张智;王玮【摘要】电气化铁路往往会对埋地管道产生杂散电流干扰.本文对杂散电流腐蚀机理以及一些常用的防护方法进行了阐述.通过对某液化气管道的管地电位监测发现电气化铁路对其产生较强的杂散电流干扰.安装排流设施保护后,管道管地电位波动显著降低,杂散电流干扰降低,对管道起到了有效防护.【期刊名称】《化工管理》【年(卷),期】2017(000)031【总页数】2页(P125-126)【关键词】电气化铁路;杂散电流;管地电位;排流保护【作者】张贺宏;张智;王玮【作者单位】中国特种设备检测研究院,北京 100029;国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心,北京 100029;中国特种设备检测研究院,北京 100029;国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心,北京 100029;中国石油大港石化公司,天津 300280【正文语种】中文随着管道输送在国家经济发展中的地位不断提升,管道输送的安全问题逐渐得到重视。
一般长输油气管道输送易燃易爆或者有毒介质,一旦发生泄露或者爆炸等安全事故,往往会给人身财产安全、经济发展以及环境造成巨大的危害。
随着城市电气化铁路网的快速发展,电气化铁路网不可避免的会有电流漏入土壤中,这些杂散电流会通过土壤从管道防腐层破损处流入流出,在土壤和管道间形成回路,而在电流流出的位置会加速管道本体的腐蚀[1-4]。
杂散电流可能使管道短时间腐蚀穿孔[5-6],对管道的安全运行危害极大。
杂散电流干扰根据其干扰源不同可分为直流干扰和交流干扰。
直流干扰源有直流电气化铁路、电车装置、直流电网、直流电话电缆网络、直流电解装置、电焊机及其他构筑物阴极保护系统等,交流干扰源有高压交流电力线路设施和交流电气化铁路设施等。
本文通过对某企业一处电气化铁路引起的杂散电流腐蚀案例进行分析,对杂散电流的腐蚀机理及防护措施进行了探讨。
杂散电流通过铁路轨道流入土壤,由于土壤具有一定的导电能力,杂散电流会通过土壤从管道防腐层破损处流入管道,而当电流从管道某处流出时,在土壤和管道之间形成闭合回路,发生电化学腐蚀[7]。
1 探讨埋地金属管道交流杂散电流的防治技术 陈 亮 中国石油天然气管道局管道投产运行公司 【摘要】:本文重点阐述了电气化铁路交流杂散电流对埋地燃气管道
腐蚀的基本原理,分析杂散电流的特点,并根据这些特点提出对埋地燃气管道采取的防护措施。 【关键词】:电气化铁路、交流杂散电流、干扰腐蚀、管道防护
一、前言 铁路是国家的重要基础设施,大众化的交通工具和综合运输体系的骨干,肩负着为全面建设小康社会提供运力支持,当好国民经济发展先行的重任。随着《中国铁路中长期发展规划》的出台,各地纷纷兴起高铁投资热潮。至2020年,中国将建成“四纵四横”高铁网,贯穿环渤海地区、长三角、珠三角三大城市群,这意味着,我国已正式步入高铁时代! 管道运输是当今油气工业重要的运输手段,其输量大、运费少的优点非常突出,为满足各地不断增长的能源需求,中国的许多省份也在加快速度建设天然气管道项目,天然气行业的发展同时带来了机遇,省级天然气管网的里程也与日俱增。在管道与铁路的设计建设过程中,不可避免出现并行、交叉、穿跨越敷设的情况,埋地天然气金属管道将会受到电气化铁路的交流干扰,若处理不当,将会形成较大危害。因此,探索电气化铁路对埋地天然气金属管道的干扰规律并采取相应的预防措施,降低电气化铁路对埋地金属管道的干扰 2
影响,对于保证天然气管道的安全、平稳运行具有十分重要的意义。以山西省太原为例,目前在建的“大西铁路客运专线”以及建成的“石太铁路客运专线”存在多处穿跨越或近距离平行于山西省高压天然气管道。本文结合对“大西铁路客运专线”与山西省高压天然气管道近距离平行或交叉穿跨越路段所进行的工程安全咨询评估的相关研究内容以及在实际建设过程中所采取的解决方案,浅析电气化铁路对钢质燃气管道的交流干扰与防护技术。
二、 电气化铁路牵引供电方式 我国电气化铁路采用的牵引供电方式有:有自耦变压供电(简称AT供电)、直接供电(简称TR供电)、吸流变压器供电(简称BT供电)和带回流线的直接供电(简称DN供电)等供电方式。牵引网是由馈电线、接触网、钢轨及回流线组成的供电网络。目前,在建的“大西铁路客运专线”;“原平—西安段”即为正线采用AT 供电方式,联络线及既有线改线部分采用带回流线的直接供电方式。 最简单的牵引网是由馈电线、接触网、轨道和大地、回流线构成的供电网的总称。如:(图1所示),牵引电流从牵引变电所主变压器流出,经由馈电线送到接触网后,由受电弓引入机车,而后经机车接地电刷、轮轴,沿轨道和大地、回流线流回牵引变电所。 3
三、 电气化铁路对埋地钢质燃气管道的交流干扰 3.1 交流干扰的产生 按照电磁场理论分析,强电线路(含电气化铁路牵引系统)对金属管道的交流干扰主要是通过阻性耦合、容性耦合、感性耦合3种方式来进行。 (1)阻性耦合的产生 阻性耦合主要是由于故障电流和杂散电流流过干扰源的接地体,造成大地电位上升,当管道通过这个区域时,管道本身相当于远方零电位,这样就在管道上产生一个电压差,以离接地体最近为最高。上产生一个电压差,以离接地体最近为最高。 在正常供电方式时,干扰源杂散电流一般很小,但对“二线一地”或“一线一地”的供电方式,其接地极是工作电流的通道,当管道靠近接地电极时,由于金属管道本身良好的导电性能,管道上将有杂散电流存在。 4
在故障情况下,由于故障电流引起的大地电位上升是很危险的。由于故障电流大,几百安培或几千安培通过接地体入地,在其周围形成一个强大电场,它可能产生电弧烧穿金属管道,击毁管道防腐绝缘层和阴极保护设备,当强大的电场作用在管道覆盖层的缺陷处时更会导致电弧的形成,当电弧达到足够的量和较长时间的流通时便会造成钢管融化。如果钢管离接地体的距离太小,可能会直接引起相当于高电流的电弧击穿,而钢管上的覆盖层限制了电弧的转移,这样,电弧作用集中在微小的一块面积上,增加了融化的危险。 (2)容性耦合的产生 容性耦合是由于交流电场的影响在导体中产生的电位而形成的。容性耦合主要发生在管道施工期间,因为管道本身带有防腐绝缘层,使得输电系统的相线和管道、管道和大地之间存在电容,如果输电线路和金属管道平行,管道就有可能存在容性耦合电压。
(3)感性耦合的产生 感性耦合是当管道和强电线路近距离平行接近或斜接近时,当电流在一条相导线中流动时,在导线周围即可产生交变磁场,该磁场作用在管道上产生干扰电压。在三相输电系统中,若三相电流相等,且三相架空导线与管道轴线距离相等,则在管道上产生的综合感应电压为零。但在大多数结构中,三相导线与管道是不对称的,管道中会形成一定的感应电压。感应电压的大小和平行于强电线路的管道长度、输电线路不平衡电流的大小、输电线路的频率、导线和线路的距 5
离、管道覆盖层的电阻、管道周围的土壤电阻率、管道的纵线电阻、干扰源的系统性质等有关。 根据上述分析,当管道埋入地下后,电气化铁路对钢质燃气管道的容性耦合干扰可以忽略不计,只存在着一定程度的阻性耦合干扰和感性耦合干扰。 3.2 交流干扰的危害 交流电力线路对埋地钢制燃气管道的电磁影响主要涉及对人身安全的影响、对管道及其阴极保护设备安全的影响以及对管道的交流腐蚀等问题。 3.2.1对人身安全的影响 当管道与交流输电线路接近且输电线路正常运行时,线路中工作电流会通过磁耦合长时间在管道上产生纵向感应电动势,使得金属管道的对地电压升高。若该电压较高,可能影响施工、维修或测量人员的正常工作,当交流输电线路发生短路故障时,产生的交流干扰可能危及人身安全。 3.2.2 对管道安全影响 在管道的金属表面一般都会敷设防腐层,具有较高电阻和较高介电常数,以防止土壤中有害物质腐蚀金属管道。当交流输电线路发生短路故障时,短路电流通过感性耦合和阻性耦合的综合影响在管道上产生较高的对地电压,可能击穿防腐层。 3.2.3 对管道阴极保护设备影响 在管道上设置阴极保护设备是为避免防腐层漏敷及破损处的金属表面产生腐蚀。交流输电线路正常运行情况下,工作电流通过感性耦合在油气管道上产生电压,可能干扰强 6
制电流阴极保护的恒电位仪和牺牲阳极阴极保护的牺牲阳极的正常工作。例如:强制电流阴极保护的KKG-3 型和KKG-3BG 型恒电位仪的抗交流干扰能力分别为12V 和30V;牺牲阳极阴极保护的镁牺牲阳极的抗交流干扰能力为10V。这在目前的新建管道已经几乎不适用。 3.2.4 管道的交流腐蚀 研究表明,管道的交流腐蚀主要发生在绝缘性能较高的涂层上。铺设在同一环境下的管道,当管道外防腐层选用石油沥青等级别的防腐层时,即便有交流干扰电压的产生,一者是由于其绝缘性能较低,所以干扰电压不会太高,另一方面则由于管道防腐层上所存在的较多的漏点而会使感应的交流电压随时排入地下,因此,管道反而不会产生交流腐蚀。 近几年国外的腐蚀调查报告中与研究文献中,每年都有大量有关交流腐蚀导致管线腐蚀的报道与案例。在国内的管道中,也同样存在交流腐蚀及电磁耦合对管道监测设施与阴极保护设施带来危害的案例。但是关于交流腐蚀的机理,目前尚未有统一的解释。国外研究表明,交流电流密度是决定交流腐蚀的一个主要因素而不是平常的交流电压。 虽然交流电流腐蚀可以通过提高阴极保护的保护电位得到抑制,在交流干扰下,阴极保护电位应控制在什么水平目前仍存在争议。之前,一般认为根据行业标准施加阴极保护,能有效控制交流腐蚀。然而最近国内外发现,虽然阴极保护电位有效在标准规定范围内,但由于交流干扰的存在,管道仍发生了腐蚀。研究还表明,但当交流电流密度较大时,增加阴极保护的保护电位可能导致PH值增加,减小涂层缺陷 7
处的接触电阻,可能导致相反的作用——即加速腐蚀,其发生腐蚀的风险越高,与一般的理论相反。
四、 西气东输交流干扰腐蚀实例 西气东输管道宁陕西段管道在宁-GX-18~宁-GX-65约52km的管段上受到来自包兰电气化铁路的交流干扰,ECDA直接评价过程中,开挖检测验证点NS-39位于该区域宁-GX-59测试桩上游约104.6m处,防腐层缺陷发生在弯头的FBE涂层上,时钟位置为12点,磕伤形状为长形3.0cm,黄褐色锈迹从FBE涂层下渗出,清除松动涂层后管体有黑色腐蚀产物,并呈现椭圆形腐蚀坑,蚀坑面积为1.2×0.6cm2,蚀坑深度0.9mm。开挖检测时测得的交流干扰电位为23V,管道保护电位为-1.11~-1.16V。 该地段的土壤电阻率为18.85Ω·m
五、 埋地钢质燃气管道交流干扰判断指标 能最直接反映出电气化铁路对埋地钢质燃气管道交流干扰腐蚀的是交流杂散电流的大小,但由于实际条件限制,电气化铁路交流杂散电流无法直接测出。因此,管道受干扰腐蚀程度的主要判据为管地电位差、土壤电位梯度,该方法称为电气判别法。其中管地电位是最重要的参数,因为它既可以反映管道的腐蚀特性,又可以反映杂散电流的干扰特性。 在没有增加电流源的情况下,管地电位的提高是杂散电 8
流进入点的迹象,管地电位的下降通常为杂散电流放电点的指示。通过电压测量发现管地电位不稳定、管地电位严重偏离正常值或土壤电位梯度反常等问题时,说明有杂散电流存在,并通过土壤电位梯度能够分析出杂散电流流入、流出点及电流大小。 对电气化铁路而言,管地电位随机车负荷变化,机车运行时管地电位交变激烈,但深夜时波动可能明显减弱。阴极保护系统等的干扰比较稳定,所以,引起管地电位的变化亦很稳定,在机车停运时,干扰则消失。因此,埋地管道受到干扰与否,通常用管地电位的变化来进行判定。我国标准中规定:对于交流干扰,当管道任意点上管地电位持续1V以上时,确定为存在交流干扰;当中性土壤中的管道任意点上管地交流电位持续高于8V、碱性土壤中高于10V或酸性土壤中高于6V时,管道应采取交流排流保护或相应的其它保护措施。具体干扰程度判定指标见表1。 表1 埋地管道交流干扰判定指标
另外,土壤中若存在大量杂散电流,必然会引起大地电位梯度的变化。因此,可根据地电位梯度来判定土壤中是否存在杂散电流及其严重程度,并据此推断管道受干扰的可能