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油气管道直流杂散电流的腐蚀与防护

文档作者：高􀀁 博, 申龙涉, 孟祥谦, 闫陵江, 韩海仓, 马立新文档来源：辽宁石油化工大学油气储运工程系		点击数：	更新时间： 2024年04月29日
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上一篇：油气集输管道内腐蚀防护技术解析

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􀀁 2010年
􀀁 第4期Pipe line􀀁 Techn ique􀀁 and􀀁 Equipment
2010􀀁
No􀀁4􀀁
收稿日期: 2009 - 07- 20􀀁 􀀁 收修改稿日期: 2010- 02- 24
油气管道直流杂散电流的腐蚀与防护
高􀀁 博, 申龙涉, 孟祥谦, 闫陵江, 韩海仓, 马立新
( 辽宁石油化工大学油气储运工程系, 辽宁抚顺􀀁 113001)
􀀁 􀀁 摘要: 文中较全面地阐述了直流杂散电流对埋地金属管道的腐蚀原理, 介绍了杂散电流对埋地金
属管道的腐蚀特点和排流保护的方法, 并提出防止直流杂散电流腐蚀的措施和原则。
关键词: 杂散电流; 油气管道; 腐蚀; 排流保护; 防护措施
中图分类号: TE98􀀁 􀀁 文献标识码: A􀀁 􀀁 文章编号: 1004- 9614( 2010) 04- 0041- 03
DC Stray Current Corrosion and Protection ofO ilGas P ipeline
GAO Bo, SHEN Long􀀂she, MENG X iang􀀂qian, YAN L ing􀀂jiang, HAN H ai􀀂cang, MA Li􀀂x in
(D epartment ofO il&amp;amp; Gas Storage and Transpor tation,
L iaoning University of Petroleum &amp;amp; Chem ica l Technology, Fushun 113001, China)
Abstrac t: Th is paper expounds the pr inc iple o fm eta llic pipe lines co rrosion caused byDC stray current, introduces the corro􀀂
s ion feature o f me tallic p ipelines and then describes the m ethods o f dra ined current pro tection and propo ses the m easures and
pr inciple of how to protect m eta llic p ipelines from DC stray curren t corros ion.
K ey words: stray cu rrent; o il gas p ipe line; co rrosion; dra ined current pro tection; preventive m easures
0􀀁 引言
杂散电流腐蚀的防护和监测, 是铁路设计、建设、
运营维护中必须考虑的问题, 而杂散电流的腐蚀是一
个长期积累的结果, 给研究工作带来一定难度。
由于铁路结构在施工完成后己定型, 经过若干年
运营后, 如果因发生腐蚀而要对主体结构进行翻修将
是十分困难的。所以保障地下管道的安全运行被提
到了重要的位置[ 1] 。
由于管道地床的土壤介质、细菌以及地下杂散电
流的作用, 埋在地下的金属管道经常受到电化学腐
蚀, 其中最主要的是杂散电流的危害。据东北输油管
理局统计, 由于电气化铁路等设施的大规模建设, 受
到杂散电流干扰影响的管道日益增多, 其中大部分的
腐蚀穿孔事故来自杂散电流的影响, 严重时, 位于直
流电气化铁路附近的管道, 半年就发生腐蚀穿孔。因
此, 对杂散电流的研究非常重要。
1􀀁 杂散电流及管道电位变化图
杂散电流是指在规定的电路以外流动的电流[ 2] ,
如从回路中流入土壤、水中的电流。杂散电流流入管
道后, 从管道中流出的部位将受到腐蚀。杂散电流有
直流、交流和大地中的地电流3种状态。其中, 直流杂
散电流对埋地管道的腐蚀危害最大, 若管道正处于此
杂散电流的影响范围内, 则杂散电流就会从管道防腐
层的破损处流入管道, 然后从距电车供电系统负回归
线较近的防腐层破损处流出, 返回铁轨。
埋地钢质管道在没有杂散电流时, 只发生自然腐
蚀, 大部分属于原电池腐蚀的模型。杂散电流的流动
过程形成了2个腐蚀电池, 一个是电流流出铁轨进入
管道处, 铁轨是腐蚀电池的阳极, 发生腐蚀, 管道为阴
极, 不腐蚀; 另一个是电流流出管道返回铁轨处, 这时
管道是腐蚀电池的阳极, 发生腐蚀, 铁轨则是阴极, 不
腐蚀。图1给出了管道电位的变化图, 由图1可判断
出管道腐蚀电池的阳极区和阴极区以及杂散电流最
强的部位。[ 3]
图1􀀁 管道电位变化图
通常, 无杂散电流时, 腐蚀电池两极电位差仅
0􀀁65 V左右, 杂散电流存在时, 管地电位可达8~ 9 V.
因此, 杂散电流干扰对金属管道的腐蚀比一般的土壤
􀀁 􀀁 􀀁 􀀁
􀀁 􀀁􀀁􀀁42 P ipeline Technique and Equ ipment Jul􀀁2010􀀁
腐蚀要强烈得多。壁厚为7~ 8mm的钢管, 在杂散电
流的作用下, 4~ 5个月即可发生腐蚀穿孔。因此, 杂
散电流的腐蚀是管道腐蚀穿孔的主要原因。
2􀀁 直流杂散电流的腐蚀原理
以直流电气化铁路引起的干扰腐蚀为例, 其引起
管道杂散电流腐蚀的原理见图2。电流从供电所经输
出馈线、电车、轨道、负极母线返回发电机。在铁轨连
接不好、接头电阻大处, 部分电流将由轨道的绝缘不
良处向大地漫流, 从土壤流入管道后又流出, 再从大
地流回轨道。杂散电流这种流动将使铁轨和管道均
受到腐蚀。
1􀀂 输出馈电线; 2􀀂 汇流排; 3􀀂 发电机; 4􀀂 电车动力线;
5􀀂 管道; 6􀀂 负极母线
图2􀀁 直流杂散电流腐蚀的原理图
图2中管道可分为3个区域: 靠近供电所处, 杂散
电流从管道流出, 管道形成阳极区受到腐蚀; 在杂散
电流流入区, 管道形成阴极区, 受到某种程度的阴极
保护; 在管道中间形成极性交变区, 杂散电流可能流
入也可能流出, 当杂散电流流出时管道受到腐蚀。
架线电机车牵引网路中, 轨道起回流线作用, 由
于轨道与路床之间没有电气绝缘, 所以敷设轨道的路
床和路面如同一条电气分路。潮湿使路床的导电性
能大大增加, 钢轨中流动的部分电流会转移出来流经
路床和周围的岩石。这种从轨道中转移出来的电流
称为杂散电流。轨道电位高于大地时, 杂散电流由轨
道流入大地, 形成阳极区, 而当轨道电位低于大地, 杂
散电流由大地流回轨道, 形成阴极区。在实际中, 由
于电机车沿轨道移动, 所以沿轨道的全长都可能是阳
极区。图3说明了杂散电流在轨道和管道之间的流动
过程。
3􀀁 直流杂散电流腐蚀的特点
( 1)直流杂散电流干扰的影响广, 往往是地域性
的。在某一地区中, 有直流杂散电流干扰时, 所有埋
地金属构筑物均会受到影响。而干扰影响有交互作
用, 一个被干扰体, 又往往是另一个埋地金属构筑物
的干扰源。如阴极保护管道附近、阳极地床附近都可
能对邻近的管道形成直流杂散电流干扰。
1􀀂 电流由铁轨进入管道, 铁轨是腐蚀电池的阳极, 发生腐蚀,
管道为阴极, 不腐蚀; 2􀀂 电流由管道进入铁轨, 管道是腐蚀电
池的阳极, 发生腐蚀, 铁轨是阴极, 不腐蚀。
图3􀀁 铁轨与管道电流流向图
( 2)直流杂散电流的分布情况复杂多变。例如,
电气化铁路产生的直流杂散电流就与轨道上行驶的
车辆的数量、位置、轨道状况及土壤情况有关, 是随时
间变化的。因此, 管道上直流杂散电流干扰的状况在
位置分布、时间分布上都有较大差异。
( 3)直流杂散电流存在时, 管道上的管地电位可
高达8~ 9 V, 通过的电流可达几百A, 这将引起比一
般土壤腐蚀激烈很多的、高速率的杂散电流干扰腐
蚀。
4􀀁 排流保护方法
为了使管道中流动的杂散电流直接流回(不再经
大地)至电气化铁路的回归线(铁轨等) , 需要将管道
与电气化铁路回归线(铁轨等)用导线作电气上的连
接, 这一作法称排流法。利用排流法保护管道不遭受
电蚀, 称为排流保护。
4. 1􀀁 直接排流法
把管道与电气化铁路变电所中的负极或回归线
(铁轨)用导线直接连接起来, 见图4。这种方法无需
排流设备, 最为简单, 造价低, 排流效果好。但是当管
道对地电位低于铁轨对地电位时, 铁轨电流将流入管
道内(称作逆流)。所以这种排流法, 只能适用于铁轨
对地电位永远低于管地电位, 不会产生逆流的场合,
而这种机会可能不多, 限制了该方法的应用。
图4􀀁 直接排流法示意图
4. 2􀀁 极性排流法
由于负荷的变动, 变电所负荷分配的变化等, 管
地电位低于铁轨对地电位而产生逆流的现象比较普
遍。为了防止逆流, 使杂散电流只能由管道流入铁
轨, 必须在排流线中设置单向导通的二极管整流器、
逆电压继电器等装置, 这种装置称排流器。而具有这
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􀀁 􀀁 􀀁 􀀁
􀀁 第4期高博等:油气管道直流杂散电流的腐蚀与防护 􀀁􀀁􀀁43􀀁
种防止逆流的排流法称极性排流法, 如图5所示。
图5􀀁 极性排流法示意图
4. 3􀀁 强制排流法
在管道和铁轨的电气接线中加入直流电流, 促进
排流, 如图6所示。这种方法也可看做是利用铁轨做
辅助阳极的强制电流阴极保护。由于铁轨对地电位
变化大, 所以也存在逆流问题, 需要有防逆流回路。
这种方法可能使管道过保护, 而使铁轨腐蚀加强, 还
可能对附近的埋地金属构筑物有干扰。故采用这种
方法时应慎重。
图6􀀁 强制排流法示意图
4. 4􀀁 接地排流法
与前3种排流法不同的是, 管道中的电流不是直
接通过排流线和排流器流回铁轨, 而是流入接地极,
散流于大地, 然后再经大地流回铁轨, 如图7所示。这
种排流法还可以派生出极性排流法和强制性排流法。
虽然排流效果较差, 但是在不能直接向铁轨排流时却
有优越性, 缺点是需要定期更换阳极。
图7􀀁 接地排流法示意图
5􀀁 直流杂散电流腐蚀防护的原则
由直流杂散电流腐蚀的特点可见, 对于复杂多变
的情况[ 4] , 没有一个普遍适用的防护措施。排流保护
是主要的、有效的方法, 但要收到良好效果往往还需
要其他辅助措施相配合。国内的防腐工作者在总结
多年实践经验的基础上, 提出了 综合治理!和 共同
防护!的直流杂散电流干扰防护原则。
综合治理!是指: 一方面在采用排流保护的同
时, 辅以防腐层维修、更换、绝缘连接, 串入调节电流
的电阻, 采用有源电场的屏蔽等措施, 提高排流保护
效果; 另一方面, 采取措施减少干扰源泄漏到大地的
电流量, 是解决干扰问题最直接的方法。从干扰源与
管道两方面采取相应措施来综合治理, 是减少直流杂
散电流腐蚀最经济、有效的途径。
某一条管道采用排流保护后, 相当于电气化铁路
的铁轨延长, 会对该地区其他埋地金属物体形成次生
干扰。若另一管道再增设排流保护, 往往会对已防护
的管道造成影响。这将使干扰情况复杂而难以达到
良好保护效果[ 5 ] 。
共同防护!的原则是把某一干扰地区的所有被
干扰体都纳入一个系统中进行防护, 构成统一的排流
保护系统。由于一个地区的干扰源和防护对象分别
属于多个部门、单位, 联合行动才能实行。
参考文献:
[ 1] 􀀁 曾荣昌, 韩恩厚. 材料的腐蚀与防护. 北京: 化学工业出版
社, 2006.
[ 2] 􀀁 杨筱蘅. 输油管道设计与管理. 东营: 中国石油大学出版
社, 2006.
[ 3] 􀀁 姜长洪. 输油管道腐蚀与杂散电流测量. 管道技术与设
备, 2004( 1) : 10- 12.
[ 4] 􀀁 李津. 成品油管道杂散电流干扰的防护. 石油化工腐蚀与
防护, 2006, 23( 2): 35- 38.
[ 5] 􀀁 唐永祥, 宋生奎, 朱坤锋. 油气管道的杂散电流腐蚀防护
措施. 石油化工建设, 2007( 8): 42- 44.
作者简介: 高博( 1982􀀂 ), 硕士研究生, 主要研究方向为油气集
输。
(上接第17页)采取的行动, 确保在紧急事件中所采
取的各个抢救步骤能够有条不紊地进行。制定的程
序必须要符合整个管道系统的特殊要求, 建议定期进
行紧急行动演练。
3􀀁 结束语
氧气管道系统内部的清洁度要求非常高, 因此氧气
管道的除锈和脱脂是非常关键的环节, 在施工和投产的
整个过程都需要确保管道内的清洁。其他环节没有特
别的要求。因此, 氧气管道虽然存在风险, 但只要在各
个环节采取了正确的措施, 就能确保其安全运行。
参考文献:
[ 1] 􀀁 GB 16912􀀂 1997􀀁 氧气及相关气体安全规程.
作者简介: 崔海莉( 1980􀀂 ), 工程师, 从事工艺管道的设计工
作。

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