輸油管道雜散電流干擾的檢測及對應措施

葉遠錫,李 明,王 勇

(1. 中國石化銷售有限公司 華中分公司,武漢 430022; 2. 中國石化撫順石油化工研究院,撫順 113001)

?

輸油管道雜散電流干擾的檢測及對應措施

葉遠錫1,李 明2,王 勇2

(1. 中國石化銷售有限公司 華中分公司,武漢 430022; 2. 中國石化撫順石油化工研究院,撫順 113001)

采用管地電位測量、電位梯度測量、雜散電流智能測試儀(SCM)測量等多種方法對某輸油管道雜散電流干擾進行檢測評價。結果表明:管道受到較嚴重的直流雜散電流干擾，雜散電流在SH060～SH100管段流入，導致全線陰保關閉后該管段電位偏負，而集中從SH016～SH020管段流出，使得該管段陰極保護電位難以達到正常水平。提出管道雜散電流整治措施與初步方案，為管道的維修、維護與監控提供依據。通過檢測雜散電流干擾，分析主要問題并探索解決方案，降低雜散電流對輸油管道的影響。

輸油管道；雜散電流干擾；檢測；對策

隨著國家能源、電力和交通的飛速發展，長距離埋地管道、高壓輸電線路、電氣化鐵路持續增長，極易在土壤中形成循環的雜散電流；一旦埋地管道防腐蝕層出現破損，雜散電流就會流入管道通路并引起管道腐蝕，干擾管道陰極保護系統，從而造成經濟損失甚至引發嚴重的安全事故和環境污染[1]。雜散電流分為交流雜散電流和直流雜散電流，而引起管道雜散電流干擾的因素包括與管道平行或交叉的高壓電線和電氣化鐵路、臨近管道的陰極保護系統、其他泄漏電源等。通常，直流雜散電流對管材的腐蝕更嚴重[2]。由于管道沿線情況復雜，使得管道往往受到交流雜散電流和直流雜散電流的共同干擾，加速管材腐蝕[3]。

針對埋地油氣管道雜散電流干擾檢測與防護，常規檢測技術無法精確檢測油氣管道的雜散電流，而盲目選擇干擾防護不僅無法起到緩蝕作用，還有可能會加速腐蝕。某輸油管道投產于2008年初，全線采用FBE防腐蝕層和強制電流陰極保護實施防護。管道多次穿過城市、郊區、河流和工業區，且多次與天然氣管道、電氣化鐵路、高壓輸電線路并行或交叉，沿線地區環境復雜。管道自投產運行后部分區段管地電位異常波動偏正，對此,本工作開展了雜散電流的專項檢測與分析，確定了雜散電流干擾的主要區段，針對性地提出防護對策。

1　檢測與分析

傳統的雜散電流測試方法包括管地電位偏移測量、管地電位波動連續監測、密間隔管地電位(CIPS)測量、電壓和電流檢查及腐蝕掛片測量等[4-5]。現代雜散電流測試技術已向智能化測試發展，如雜散電流智能測試儀(Stray Current Mapper，SCM)等[6-7]。

首先，對管道全線進行雜散電流干擾普查，初步檢測管道受到雜散電流干擾的位置、干擾大小和干擾距離等項目；再依據普查結果確定干擾嚴重的管段，在干擾嚴重的管段進行雜散電流干擾專項調查，利用SCM雜散電流檢測系統并配合不同測試方法確定雜散電流干擾類別、強度以及干擾電流流入流出點，從而為采取合適的防護措施提供依據。

1.1雜散電流干擾普查

1.1.1 地電位梯度測量

對該管道全線CIPS電位檢測結果進行分析，結果表明，除SH016-SH021測試樁管段外，其余管段的電位梯度均為0.01～4 mV/m,屬于中等偏移等級干擾；測試樁SH016-SH021之間約4.14 km的管段通斷電電位偏正，特別是在測試樁SH018和SH020處出現正向的電壓漏斗降,見表1。盡管在測試樁SH017-SH018之間安裝有恒電位儀，但該通電點的電位卻并不是相對最負的。由管道運行資料發現，該管道SH016-SH021管段自投產運行開始管地電位就異常偏正，初步推測該管段存在雜散電流干擾因而致使管道電位偏正。CIPS測試結果表明，除了SH016至SH021測試樁管段外，其余管段的電位梯度為0.01～4 mV/m，屬于中等偏弱等級干擾。

表1　干擾管段管CIPS測試結果Tab. 1　CIPS results of the pipeline　mV

1.1.2 通電電位測量

由圖1可見,管道沿線的通電電位比較穩定,波動范圍較小，管道受到的動態直流雜散電流干擾較弱,這與CIPS測試結果一致。

圖1　管道沿線的通電電位Fig. 1　On-potentials alone the pipeline

1.1.3 交流電壓測量

研究表明，電流密度較大時，交流雜散電流會引起管道局部腐蝕[7]，交流雜散電流對管道腐蝕這一問題不容忽視。由于該管道沿線高壓線交叉并行較多，對管道沿途測試樁處交流電壓普查結果表明，共有15個測試樁處的交流電壓大于4 V，分布于測試樁SH052-SH057、SH108-SH127,見圖2。測試樁長時間監測結果表明，交流電壓是有時間變化性的，間隔一定時間才會出現一個交流電壓峰值。計算該15個測試樁處交流電流密度，其中有6處超過30 A/m2，評價為中等干擾，宜采取相應的防護措施。交流電壓變化劇烈位置處于測試樁SH052-SH057、SH108-SH127，間隔一定時間電壓逐漸上升，到達峰值后逐漸下降至一個低值，其中測試樁SH052處交流電壓峰值達到了20 V。

圖2　管道沿線的交流電壓Fig. 2　The AC potentials alone the pipeline

1.2直流雜散電流干擾專項檢測

通過管道全線雜散電流普查，針對測試樁SH016-SH021管線管地電位異常偏正問題進行雜散電流干擾專項測試。

1.2.1 進出站絕緣法蘭的絕緣性能檢測

對管線進出站的絕緣法蘭進行測試，結果表明:絕緣法蘭的絕緣性能良好。同時，站內均未設置區域陰極保護，因可以排除站內對站外管線的雜散電流干擾。

1.2.2 全線CIPS電位檢測

由全線CIPS通斷電電位檢測結果可知，除了測試樁SH016-SH021出現正向的電壓漏斗降外，在靠近管線末端的陰保站約500 m管線的電位偏負。因此，關閉全線恒電位儀并測試斷電24 h的管線電位。測試發現，靠近管線末端站內的管線在恒電位儀斷電24 h后測得的電位為正常的管道自腐蝕電位，說明靠近站內陰保站約500 m管線的電位偏負問題是由于恒電位儀輸出過大造成的，無雜散電流從靠近站內的管線流入，可排除雜散電流對該段管線的干擾影響。

1.2.3 環境干擾因素檢測

測試樁SH016-SH021管段敷設環境基本為山坡和荒地，附近為散落的村莊，同時與一條天然氣管線沿線平行敷設，并在該區段交叉3次。將天然氣管道和輸油管道在測試樁SH018附近臨時跨接后測量管地電位，測試結果表明跨接前后輸油管道的電位無明顯變化。同時，天然氣管道在該區域的電位也存在異常偏正，因此可排除天然氣管道對輸油管道的干擾影響。

1.2.4 干擾管道交流電壓檢測

測量SH016-SH021管段沿線交流電壓，發現測量值均小于4 V，同時利用試片測試該管段沿線交流電流密度，測試結果表明交流電流密度均小于30 A/m2，因而交流干擾等級為弱等級(如表2所示)。交直流干擾監測結果發現該管段沿線的交流電壓都小于4 V，通電電位穩定，波動范圍較小。

表2　干擾管段交流電壓測試Tab. 2　The measurement of AC potential in pipeline

1.2.5 SCM雜散電流檢測

首先選取一個靜止參考點設置智能感應板讀取數據，將另一個智能感應板設置在管線上一系列移動測量點讀取測量數據。利用SCM軟件分析對比參考點數據和測量點數據，可以用來分析測得的電流-電壓曲線及其相似程度，從而確定管道是否存在雜散電流干擾、干擾程度大小以及雜散電流流入、流出管道的位置。

在測試樁SH018-300 m位置處放置SCM智能感應板，作為本次雜散電流檢測的參考基準點，在管線上事先選定的檢測點上進行數據檢測。檢測共設置基準感應板檢測點1處，移動感應板檢測點9處，獲取檢測數據9組。圖3為參考基準點、SH015+100 m以及SH021+50 m處檢測點的電流曲線。通過對多組移動感應板與標準感應板采集數據的電流強度及相似度的比對發現，在SH018-300 m和SH018+300 m間有較大的電流流出點，SH021+50 m至SH018+300 m間沿線有較大的電流衰減，與CIPS測得的該段管線上電位正向電壓漏斗降所在的位置相一致。由于雜散電流的流出，導致管道的保護電位不足以達到保護水平，引起了管體過早發生腐蝕(如圖4所示)。

圖3　SCM雜散電流檢測曲線Fig. 3　The measurement of SCM

圖4　管道的腐蝕形貌Fig. 4　The corrosion morphology of pipeline

1.2.6 自腐蝕電位檢測

結合管線電位長時間監測和SCM測試結果，SH016-SH021管段存在靜態雜散電流干擾。雜散電流集中從該段管線流出，而全線的CIPS通斷電電位分析結果表明，并沒有集中的雜散電流流入點使得某段管線出現負向電壓漏斗降。為尋找可能的雜散電流流入點，在關閉全線的恒電位儀24 h后，進行沿線自腐蝕電位的檢測,見圖5。

圖5　管道沿線自腐蝕電位測試結果Fig. 5　The measurement results of self-corrosion potential in pipeline

如圖5所示，關閉全線的恒電位儀24 h后，SH017-SH020管段的電位異常偏正，而在SH060-SH100管段的電位偏負，其余管段測試樁的電位基本屬于正常的鋼管在土壤中的自然腐蝕電位范圍。對比全線CIPS數據，在SH060-SH100管段,CIPS通電電位整體無明顯變化，而斷電電位與通電電位非常接近使得IR降較小(如圖6所示)，說明該管段在陰極保護斷開的情況下仍然存在流入電流對管道進行極化作用。綜合自腐蝕電位和CIPS檢測結果，管線的雜散電流在SH060-SH100管段流入，導致管線陰極保護斷電電位和自腐蝕電位偏負;雜散電流集中從SH017-SH020管段流出，導致該段管線陰極保護電位不足以達到保護水平，引起管體的過早腐蝕(如圖4所示)。

圖6　管道沿線CIPS電位測試Fig. 6　The CIPS measurement of pipe-to-soil potential

2　雜散電流干擾治理建議

根據SCM檢測及其他輔助檢測的結果，管道受到較大的直流干擾，應當及時采取排流等保護措施。通過安裝極性排流裝置可用于減緩直流雜散電流的干擾，表3為安裝排流器后的測試結果。

通過表3可以看出，當開啟極性排流裝置后，在一定程度上降低了最大直流電位，但不能解決管地電位過負的問題。此外，極性排流器對交流干擾的減緩效果不明顯。極性排流器對于減緩直流干擾有一定作用，但目前各類直流雜散電流排流設施都不能有效解決排負的問題，有待開發新型排流設施。

表3　SH020樁排流設施性能評價結果Tab. 3　The results for evaluating the properties of SH020 drainage facility　V

采用鉗位式排流器對SH108-SH127管段的交流雜散電流干擾進行治理。排流前的交流電位最大值為17.245 V，排流后交流電位最大值為2.038 V。鉗位式排流器能有效減緩交流雜散電流的干擾。

3　結語

埋地油氣管道雜散電流防護，首先要做好雜散電流源頭控制，其次要綜合利用各類不同檢測、監測方法，系統分析導致雜散電流腐蝕的各種因素并制定防護措施。因此，采用科學合理的預防措施、有效的檢測和監測技術以及綜合治理方法是解決油氣管道雜散電流腐蝕的重要手段。

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

[2]宋吟蔚，王新華，何仁洋，等. 埋地鋼制管道雜散電流腐蝕研究現狀[J]. 腐蝕與防護，2009，30(8)：515-518.

[3]楊燕，李自力，文闖. 雜散電流對X70鋼干擾影響的腐蝕試驗[J]. 腐蝕與防護，2013，34(5)：391-394.

[4]高延寧，王鳳軍，王志剛，等. 長輸管線雜散電流腐蝕檢測與防護[J]. 油氣田地面工程，2002，21(3)：25-26.

[5]滕延平，蔡培培，徐承偉，等. 應用同步監測法定位管道雜散電流的干擾源[J]. 油氣儲運，2011，30(5)：347-349.

[6]王平，石秀山，何仁洋，等. 雜散電流測繪儀在埋地鋼質管道雜散電流檢測中的應用[J]. 管道技術與設備，2007(6)：17-18.

[7]付安慶，呂乃欣，白真權，等. 交流雜散電流對長輸管線鋼腐蝕行為的影響[J]. 油氣儲運，2014，33(7)：748-756.

Detection and Countermeasures of Stray Current Interference on an Oil Pipeline

YE Yuan-xi1, LI Ming2, WANG Yong2

(1. SINOPEC Chemical Sales Central Company, Wuhan 430022, China;2. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, SINOPEC, Fushun 113001, China)

Stray current interference measurement and evaluation of a petroleum transmission pipeline were investigated with pipe-to-soil potential detection, potential gradient measurement, and stray current mapper (SCM) measurement. The results show that the pipeline suffered severe DC stray current, and stray current flowed in section SH060 to SH100, resulting in the more negative pipeline potentials after the cathodic protection closed. Stray current flowed out intensively from the pipe from section SH016 to SH020, resulting in the pipeline cathode protection potential deviating from normal levels. Remediation measures and preliminary program for the maintenance of the pipeline were proposed, which might provide a basis for the pipeline maintenance and monitoring. By the researches of stray current interference detection and evaluation, main problems of the pipeline were analyzed and solutions to reduce the effects of stray current on the pipeline were explored.

oil pipeline; stray current interference; detection; countermeasure

10.11973/fsyfh-201605002

2015-06-08

中國石油化工集團公司資助項目(313042)

王 勇(1987-),工程師,碩士,從事油氣管道檢測與防護相關工作,024-56389300,wangyong.fshy@sinopec.com

TE88; TE988

A

1005-748X(2016)05-0360-04