埋地管道交流干擾與陰極保護(hù)相互作用研究進(jìn)展

吳錢(qián)凡 伊桂龍

摘要：隨著我國(guó)石油行業(yè)的迅速發(fā)展，埋地管道面臨交流干擾問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，交流干擾不僅會(huì)導(dǎo)致管道發(fā)生腐蝕，同時(shí)會(huì)對(duì)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響，傳統(tǒng)的陰極保護(hù)措施已經(jīng)無(wú)法滿足交流干擾需求，因此需要全新的陰極保護(hù)準(zhǔn)則來(lái)評(píng)價(jià)交流干擾條件下的埋地管道腐蝕情況。通過(guò)分析交流干擾的陰極保護(hù)電位，陰極保護(hù)電流密度、犧牲陽(yáng)極電位等參數(shù)的影響，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的新發(fā)展。

關(guān)鍵詞：管道交流干擾;陰極保護(hù);研究

隨著石油天然氣、電力以及交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，埋地管線與高壓交流輸電線形成平行或交叉鋪設(shè)現(xiàn)象，甚至在局部區(qū)域還會(huì)形成共同存在現(xiàn)象，因此會(huì)造成埋地管線交流干擾問(wèn)題，近年來(lái)，越來(lái)越多的埋地管道受到交流干擾的作用發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。盡管陰極保護(hù)作為埋地管道防腐措施的一種有效辦法，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，陰極保護(hù)對(duì)交流干擾腐蝕的抑制作用存在爭(zhēng)議。1986年德國(guó)對(duì)交流腐蝕失效案例進(jìn)行分析，得出傳統(tǒng)的陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于交流干擾不再適用，由此可以說(shuō)明，在交流干擾環(huán)境下陰極保護(hù)將會(huì)失去作用。所以，在交流干擾下如何選擇陰極保護(hù)參數(shù)是非常重要的研究課題。

1交流干擾對(duì)陰極保護(hù)影響的研究

1.1交流干擾對(duì)陰極保護(hù)參數(shù)的影響

早在1964年，美國(guó)學(xué)者就指出交流干擾會(huì)對(duì)埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致陰極保護(hù)中電位發(fā)生變化以及影響陰極保護(hù)電流密度，并且交流干擾會(huì)導(dǎo)致埋地管線電位發(fā)生正反向偏移，降低埋地管道的陰極保護(hù)效力。另外，電位的偏移很可能是由于交流電對(duì)管道陰極特征造成的影響。利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論可以得出交流電對(duì)金屬極化特性的影響。

我國(guó)學(xué)者對(duì)這方面也有所研究，在實(shí)驗(yàn)室利用電化學(xué)方法研究出交流干擾對(duì)陰極保護(hù)電位的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以表明，對(duì)埋地管道施加交流干擾以后，管道中所需要的陰極保護(hù)電位會(huì)發(fā)生負(fù)移，交流干擾越強(qiáng)所需要的最小陰極保護(hù)電位越負(fù)。并且，隨著交流干擾的增大，陰極保護(hù)電流密度也會(huì)增大，由此可以說(shuō)明陰極保護(hù)電流密度在交流干擾下會(huì)發(fā)生劇烈波動(dòng)，波動(dòng)值會(huì)隨著交流干擾的增大增大而明顯增大，陰極保護(hù)電位越負(fù)波動(dòng)幅值越大。

1.2交流干擾對(duì)犧牲陽(yáng)極的影響

交流干擾不但會(huì)影響電流陰極保護(hù)，同時(shí)也會(huì)對(duì)犧牲陽(yáng)極產(chǎn)生影響。在交流干擾作用下，陽(yáng)極電位正向發(fā)生偏移，導(dǎo)致陽(yáng)極腐蝕速率會(huì)不斷提升。當(dāng)交流電流密度大于100A/m2時(shí)，陽(yáng)極腐蝕率最大，國(guó)內(nèi)很多研究學(xué)者對(duì)交流電流密度對(duì)犧牲陽(yáng)極的研究較多，通過(guò)研究表明，隨著交流干擾的增強(qiáng)，犧牲陽(yáng)極的工作點(diǎn)為會(huì)明顯發(fā)生偏移，對(duì)使用犧牲陽(yáng)極保護(hù)的埋地管道，會(huì)在交流干擾的作用下，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致?tīng)奚?yáng)極的性能下降，縮小埋地管道的使用壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)極性逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致管道的腐蝕加劇。

2交流干擾的防護(hù)措施

對(duì)于埋地管道，防護(hù)交流干擾的措施基本包括三個(gè)方面分別為：“防”、“堵”、“排”。

第一，“防”：避免埋地管道與高壓交流輸電線并行布置，加大埋地管道與高壓輸電線之間的距離，能夠有效消除或者減弱交流干擾對(duì)埋地管道的影響。根據(jù)我國(guó)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，埋地管道與200KV高壓交流輸電線之間的距離不能小于5米，埋地管道與300KV高壓交流輸電線之間的距離不能小于6米;埋地管道與500KV高壓交流輸電線之間的距離不能小于7米。這樣做的目的就是盡可能加大交流電力設(shè)施與埋地管道之間的距離，從而有效降低埋地管到受到交流腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

第二，“堵”：切斷交流電流與埋地管道之間的流動(dòng)，主要的方法包括兩種：第一，設(shè)立屏蔽，在電力設(shè)施產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾電流區(qū)域增加一些屏蔽設(shè)施，從而有效阻斷雜散電流對(duì)埋地管線的電流干擾，該方法已經(jīng)在我國(guó)很多地方得到推廣應(yīng)用。第二，分段隔離，在電氣化鐵路和埋地管道的公共區(qū)域內(nèi)，對(duì)較長(zhǎng)管道的部位設(shè)置絕緣法蘭，利用絕緣法蘭可以將埋地管道分割成段短，從而降低電力設(shè)施對(duì)埋地管道的影響。

第三，“排”排流法主要是將絕緣電纜與被保護(hù)管道進(jìn)行排流連接，將雜散的電流引回雜散電流源方向，該方法是一種積極有效的防護(hù)方法。排流法可以分為：直流排流法、極性排流法、強(qiáng)制排流法、接地排流法。這4種排流方法存在明顯差異，直流排流法簡(jiǎn)單來(lái)講就是用導(dǎo)線把管道與電氣化設(shè)施中的負(fù)極進(jìn)行連接，使雜散電流能夠從高電位流向低電位，但是在實(shí)際操作過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)逆流現(xiàn)象;極性排流法是為了防止出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，在排流設(shè)施中加入二極管整流器和逆電壓繼電器等裝置的一種排流方法，極性排流法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的頻率最高;強(qiáng)制非排流法就是將雜散電流干擾的管段進(jìn)行陰極保護(hù)，防止電流逆流現(xiàn)象，但是該排流方法在使用過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生管道出現(xiàn)過(guò)度保護(hù)現(xiàn)象，導(dǎo)致周圍其他設(shè)施出現(xiàn)腐蝕，因此該方法不能隨便采用;接地排流法是將管道中的雜散電流接入地極，使雜散電流能夠流散于大地之中，這種方法優(yōu)先于前面幾種排流方法，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中排流效果比較差，需要定期更換接地陽(yáng)極。

3結(jié)束語(yǔ)

雖然對(duì)埋地管道交流干擾的研究已經(jīng)取得了非常顯著的成就，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，埋地管道交流干擾與陰極保護(hù)之間的相互作用仍然存在很多爭(zhēng)議，通過(guò)對(duì)交流干擾與陰極保護(hù)之間的相互作用進(jìn)行研究，可以看出，交流干擾的存在會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)電位和電流密度產(chǎn)生變化，從而降低犧牲陽(yáng)極的工作效率，同時(shí)會(huì)增加埋地管道的自腐蝕速率。在未來(lái)的研究過(guò)程中可以采取相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行定量計(jì)算，從而將實(shí)驗(yàn)研究和理論進(jìn)行結(jié)合。陰極保護(hù)下的交流腐蝕機(jī)理相對(duì)比較復(fù)雜，目前各國(guó)研究者所提出的機(jī)理都有其局限性，都不能合理的解釋陰極保護(hù)條件下交流干擾腐蝕的本質(zhì)，很多輔食機(jī)里基本上都是借助于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行考慮，需要將熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行有效結(jié)合，才能夠從微觀角度進(jìn)行及腐蝕機(jī)理分析。

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