交流雜散電流對天然氣管道影響的研究

【摘 要】雖然交流雜散電流對管道的腐蝕影響不是特別大，但區(qū)域內(nèi)高壓輸電線分布范圍廣，輸電線和大量用電設(shè)施產(chǎn)生了大量雜散電流，加速了管道的腐蝕，其影響不可忽略。本文通過實驗驗證交流雜散電流對管道的腐蝕危害確實存在，然后采用鉗位式排流法排除管道周圍的交流電流并確定輸電線與管道之間的安全距離，作為線路布設(shè)時的重要參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】交流雜散電流；陰極保護(hù)；排流防腐

由于天然氣管網(wǎng)龍江站所轄管線均已經(jīng)采用了強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，且管道周邊不存在對金屬管道影響最大的電氣化鐵路直流干擾，所以前期一直忽略了對雜散電流的腐蝕監(jiān)測。若干年后發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域的管道腐蝕現(xiàn)象比正常地區(qū)嚴(yán)重，這些地區(qū)的陰極保護(hù)效果被明顯減弱。推測是該段管道所處區(qū)域為工業(yè)園區(qū)，區(qū)內(nèi)變壓器、高壓線、輸電線和其它用電設(shè)施相對其它地區(qū)要多，形成的交流雜散電流削弱陰極保護(hù)系統(tǒng)的效果，從而加速了管道的腐蝕。

1.交流雜散電流腐蝕的實驗室實驗

1.1實驗原理

下面通過實驗來驗證雜散電流對該區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響是否存在。

將實驗室電源火線端部連接腐蝕試片，腐蝕試片與零線間通過介質(zhì)環(huán)境構(gòu)成回路，這樣既構(gòu)成交流雜散電流干擾，又可檢測介質(zhì)環(huán)境的變化，以此確定交流雜散電流的干擾腐蝕。并用電鏡掃描儀觀察室內(nèi)實驗試片與現(xiàn)場所取管道切片的腐蝕形貌，判斷現(xiàn)場管道發(fā)生腐蝕原因。

1.2實驗內(nèi)容

腐蝕試片：材料為N80，與管道的材質(zhì)相同。將試片先用有機(jī)溶劑脫脂，刷洗除去表面不溶物，吹干后，放入無水酒精中浸泡5min，再用干凈濾紙包好，放入干燥器內(nèi)干燥24h后稱其質(zhì)量；然后用環(huán)氧樹脂將檢查片的編號和導(dǎo)線安裝位置加以覆蓋，測量并計算試片的裸露面積A。實驗結(jié)束后，取出試片用濾紙吸水，同時刮取少量試片表面的腐蝕產(chǎn)物，用TN5502型X-射線能譜儀分析。并將腐蝕試片表面疏松的腐蝕產(chǎn)物、沉積物及檢查片的編號和安裝孔德覆蓋層除去，在80℃的質(zhì)量濃度為10%的檸檬酸銨溶液中清洗3～4h，待表面腐蝕產(chǎn)物全部清除干凈后，放入無水酒精中浸泡脫水5min，取出吹干，放在干燥箱中干燥24h，稱其重量。為減少誤差，對未腐蝕試片（同材質(zhì)、同規(guī)格）在同一條件下清洗處理，求其失重。

實驗介質(zhì)：現(xiàn)場土樣（電阻率為50Ω·m），配置的電阻率為5Ω·m及11Ω·m，pH值為8～9的電解質(zhì)溶液環(huán)境。在試驗過程中，通過加入蒸餾水及電解質(zhì)的方式保證介質(zhì)環(huán)境在試驗期間的一致性。

實驗裝置：采用TDGC2J-1型調(diào)壓變壓器，將電壓定在15，25，50，250V，將輸出端的正-負(fù)極分別放入介質(zhì)環(huán)境中，且每個正極均連接1片腐蝕試片。

1.3試驗數(shù)據(jù)及處理

試片的腐蝕速率v為v=(m0-m1)/(At)，式中：t為實驗周期計算試片腐蝕速率，并繪出試片腐蝕速率與電壓的關(guān)系曲線。

2.交流雜散電流干擾的防護(hù)

由上面的實驗可以看出，交流雜散電流對管道的腐蝕起加速的作用。交流雜散電流干擾防護(hù)最有效、最簡單的方法是使管道和干擾源之間保持足夠的安全間距。然而出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等諸多因素，避讓有時難以實現(xiàn)，需要采取綜合治理措施。

2.1干擾源側(cè)的預(yù)防措施

一是當(dāng)管道與高壓電線平行敷設(shè)時，交變磁場對管道的交流腐蝕影響最大，管道與電線之間應(yīng)當(dāng)滿足一定的安全距離要求，并盡量避開平行敷設(shè)。龍江站工業(yè)園高壓線路為110kV的對稱輸電線，75m以外可以不考慮交流腐蝕問題。若各相導(dǎo)線呈正確排列，間距可縮小為60m；二是在高壓輸電系統(tǒng)中，應(yīng)考慮提高三相負(fù)荷的平衡性，適當(dāng)減少中性點接地數(shù)目，或通過電阻、電抗接地等限制短路電流，增加屏蔽或?qū)Ь€換位等；三是在線路走向上盡可能不形成長距離平行段，交叉時盡可能采用點交等。

2.2在管道側(cè)可采取以下的防護(hù)措施

一是在埋地管道處于與大地絕緣狀態(tài)時，應(yīng)進(jìn)行接地處理，以消除電場干擾；二是在存在地電場干擾的地段上，應(yīng)對管道采取加強(qiáng)級防腐；三是在干擾嚴(yán)重的管段一側(cè)，設(shè)接地柵極與管道連接，使其所處地面與管道處于等電位，以防接觸管道的作業(yè)人員的人身傷害；四是使用絕緣法蘭或絕緣接頭將某一長距離的干擾管段分割成若干個短小的干擾段，使干擾程度減緩，并視情況對各個小段或部分小段采取進(jìn)一步措施；五是采用犧牲陽極接地排流，但應(yīng)當(dāng)注意犧牲陽極極性逆轉(zhuǎn)的問題；六是鉗位式交流排流。該方法在東北地區(qū)已采用多出，現(xiàn)場多種實驗比較，這是排流效果最好的一種，適用性廣、設(shè)置簡單、投入低。

2.3鉗位式排流法

下面重點介紹鉗位式排流法的使用。鉗位式排流設(shè)施，由排流接地極、排流節(jié)和排流線組成。排流接地極。排流接地極與陰極保護(hù)的輔助接地極沒有任何區(qū)別。一般接地體材料使用廢鋼即可，無特殊要求，但其接地電阻應(yīng)盡可能小，不宜大于0.5Ω?？梢酝ㄟ^增加接地體的并聯(lián)根數(shù)，或采用鹽等減阻劑進(jìn)行處理。接地體埋設(shè)在管道30m以外的管道一側(cè)；排流線?？刹捎猛ㄓ玫膯蜗嚯娏﹄娎|。截面應(yīng)大些，一是電阻小，二是可以在很大范圍內(nèi)滿足排流容量的要求。而排流電流不易計算，只能靠實踐確定；排流節(jié)。如果將排流接地體直接與管道連接，由于排流接地接地電阻很小，相當(dāng)于較大面積的防腐層破壞，陰極保護(hù)電流量增加，以至破壞陰極保護(hù)正常運(yùn)行。所以增加排流節(jié)是必須的。

3.結(jié)論

雖然交流雜散電流對管道的腐蝕影響不是特別大，但區(qū)域內(nèi)高壓輸電線分布范圍廣，輸電線和大量用電設(shè)施產(chǎn)生了大量雜散電流，加速了管道的腐蝕，其影響不可忽略。通過實驗驗證了交流雜散電流對管道的腐蝕危害確實存在，并提出一些實用的排流法來有效排除管道周圍的交流電流。 [科]

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