输油管道杂散电流干扰的检测及对应措施

叶远锡,李 明,王 勇

(1. 中国石化销售有限公司 华中分公司,武汉 430022; 2. 中国石化抚顺石油化工研究院,抚顺 113001)



输油管道杂散电流干扰的检测及对应措施

叶远锡1,李 明2,王 勇2

(1. 中国石化销售有限公司 华中分公司,武汉 430022; 2. 中国石化抚顺石油化工研究院,抚顺 113001)

采用管地电位测量、电位梯度测量、杂散电流智能测试仪(SCM)测量等多种方法对某输油管道杂散电流干扰进行检测评价。结果表明:管道受到较严重的直流杂散电流干扰，杂散电流在SH060～SH100管段流入，导致全线阴保关闭后该管段电位偏负，而集中从SH016～SH020管段流出，使得该管段阴极保护电位难以达到正常水平。提出管道杂散电流整治措施与初步方案，为管道的维修、维护与监控提供依据。通过检测杂散电流干扰，分析主要问题并探索解决方案，降低杂散电流对输油管道的影响。

输油管道；杂散电流干扰；检测；对策

随着国家能源、电力和交通的飞速发展，长距离埋地管道、高压输电线路、电气化铁路持续增长，极易在土壤中形成循环的杂散电流；一旦埋地管道防腐蚀层出现破损，杂散电流就会流入管道通路并引起管道腐蚀，干扰管道阴极保护系统，从而造成经济损失甚至引发严重的安全事故和环境污染[1]。杂散电流分为交流杂散电流和直流杂散电流，而引起管道杂散电流干扰的因素包括与管道平行或交叉的高压电线和电气化铁路、临近管道的阴极保护系统、其他泄漏电源等。通常，直流杂散电流对管材的腐蚀更严重[2]。由于管道沿线情况复杂，使得管道往往受到交流杂散电流和直流杂散电流的共同干扰，加速管材腐蚀[3]。

针对埋地油气管道杂散电流干扰检测与防护，常规检测技术无法精确检测油气管道的杂散电流，而盲目选择干扰防护不仅无法起到缓蚀作用，还有可能会加速腐蚀。某输油管道投产于2008年初，全线采用FBE防腐蚀层和强制电流阴极保护实施防护。管道多次穿过城市、郊区、河流和工业区，且多次与天然气管道、电气化铁路、高压输电线路并行或交叉，沿线地区环境复杂。管道自投产运行后部分区段管地电位异常波动偏正，对此,本工作开展了杂散电流的专项检测与分析，确定了杂散电流干扰的主要区段，针对性地提出防护对策。

1　检测与分析

传统的杂散电流测试方法包括管地电位偏移测量、管地电位波动连续监测、密间隔管地电位(CIPS)测量、电压和电流检查及腐蚀挂片测量等[4-5]。现代杂散电流测试技术已向智能化测试发展，如杂散电流智能测试仪(Stray Current Mapper，SCM)等[6-7]。

首先，对管道全线进行杂散电流干扰普查，初步检测管道受到杂散电流干扰的位置、干扰大小和干扰距离等项目；再依据普查结果确定干扰严重的管段，在干扰严重的管段进行杂散电流干扰专项调查，利用SCM杂散电流检测系统并配合不同测试方法确定杂散电流干扰类别、强度以及干扰电流流入流出点，从而为采取合适的防护措施提供依据。

1.1杂散电流干扰普查

1.1.1 地电位梯度测量

对该管道全线CIPS电位检测结果进行分析，结果表明，除SH016-SH021测试桩管段外，其余管段的电位梯度均为0.01～4 mV/m,属于中等偏移等级干扰；测试桩SH016-SH021之间约4.14 km的管段通断电电位偏正，特别是在测试桩SH018和SH020处出现正向的电压漏斗降,见表1。尽管在测试桩SH017-SH018之间安装有恒电位仪，但该通电点的电位却并不是相对最负的。由管道运行资料发现，该管道SH016-SH021管段自投产运行开始管地电位就异常偏正，初步推测该管段存在杂散电流干扰因而致使管道电位偏正。CIPS测试结果表明，除了SH016至SH021测试桩管段外，其余管段的电位梯度为0.01～4 mV/m，属于中等偏弱等级干扰。

表1　干扰管段管CIPS测试结果Tab. 1　CIPS results of the pipeline　mV

1.1.2 通电电位测量

由图1可见,管道沿线的通电电位比较稳定,波动范围较小，管道受到的动态直流杂散电流干扰较弱,这与CIPS测试结果一致。

图1　管道沿线的通电电位Fig. 1　On-potentials alone the pipeline

1.1.3 交流电压测量

研究表明，电流密度较大时，交流杂散电流会引起管道局部腐蚀[7]，交流杂散电流对管道腐蚀这一问题不容忽视。由于该管道沿线高压线交叉并行较多，对管道沿途测试桩处交流电压普查结果表明，共有15个测试桩处的交流电压大于4 V，分布于测试桩SH052-SH057、SH108-SH127,见图2。测试桩长时间监测结果表明，交流电压是有时间变化性的，间隔一定时间才会出现一个交流电压峰值。计算该15个测试桩处交流电流密度，其中有6处超过30 A/m2，评价为中等干扰，宜采取相应的防护措施。交流电压变化剧烈位置处于测试桩SH052-SH057、SH108-SH127，间隔一定时间电压逐渐上升，到达峰值后逐渐下降至一个低值，其中测试桩SH052处交流电压峰值达到了20 V。

图2　管道沿线的交流电压Fig. 2　The AC potentials alone the pipeline

1.2直流杂散电流干扰专项检测

通过管道全线杂散电流普查，针对测试桩SH016-SH021管线管地电位异常偏正问题进行杂散电流干扰专项测试。

1.2.1 进出站绝缘法兰的绝缘性能检测

对管线进出站的绝缘法兰进行测试，结果表明:绝缘法兰的绝缘性能良好。同时，站内均未设置区域阴极保护，因可以排除站内对站外管线的杂散电流干扰。

1.2.2 全线CIPS电位检测

由全线CIPS通断电电位检测结果可知，除了测试桩SH016-SH021出现正向的电压漏斗降外，在靠近管线末端的阴保站约500 m管线的电位偏负。因此，关闭全线恒电位仪并测试断电24 h的管线电位。测试发现，靠近管线末端站内的管线在恒电位仪断电24 h后测得的电位为正常的管道自腐蚀电位，说明靠近站内阴保站约500 m管线的电位偏负问题是由于恒电位仪输出过大造成的，无杂散电流从靠近站内的管线流入，可排除杂散电流对该段管线的干扰影响。

1.2.3 环境干扰因素检测

测试桩SH016-SH021管段敷设环境基本为山坡和荒地，附近为散落的村庄，同时与一条天然气管线沿线平行敷设，并在该区段交叉3次。将天然气管道和输油管道在测试桩SH018附近临时跨接后测量管地电位，测试结果表明跨接前后输油管道的电位无明显变化。同时，天然气管道在该区域的电位也存在异常偏正，因此可排除天然气管道对输油管道的干扰影响。

1.2.4 干扰管道交流电压检测

测量SH016-SH021管段沿线交流电压，发现测量值均小于4 V，同时利用试片测试该管段沿线交流电流密度，测试结果表明交流电流密度均小于30 A/m2，因而交流干扰等级为弱等级(如表2所示)。交直流干扰监测结果发现该管段沿线的交流电压都小于4 V，通电电位稳定，波动范围较小。

表2　干扰管段交流电压测试Tab. 2　The measurement of AC potential in pipeline

1.2.5 SCM杂散电流检测

首先选取一个静止参考点设置智能感应板读取数据，将另一个智能感应板设置在管线上一系列移动测量点读取测量数据。利用SCM软件分析对比参考点数据和测量点数据，可以用来分析测得的电流-电压曲线及其相似程度，从而确定管道是否存在杂散电流干扰、干扰程度大小以及杂散电流流入、流出管道的位置。

在测试桩SH018-300 m位置处放置SCM智能感应板，作为本次杂散电流检测的参考基准点，在管线上事先选定的检测点上进行数据检测。检测共设置基准感应板检测点1处，移动感应板检测点9处，获取检测数据9组。图3为参考基准点、SH015+100 m以及SH021+50 m处检测点的电流曲线。通过对多组移动感应板与标准感应板采集数据的电流强度及相似度的比对发现，在SH018-300 m和SH018+300 m间有较大的电流流出点，SH021+50 m至SH018+300 m间沿线有较大的电流衰减，与CIPS测得的该段管线上电位正向电压漏斗降所在的位置相一致。由于杂散电流的流出，导致管道的保护电位不足以达到保护水平，引起了管体过早发生腐蚀(如图4所示)。

图3　SCM杂散电流检测曲线Fig. 3　The measurement of SCM

图4　管道的腐蚀形貌Fig. 4　The corrosion morphology of pipeline

1.2.6 自腐蚀电位检测

结合管线电位长时间监测和SCM测试结果，SH016-SH021管段存在静态杂散电流干扰。杂散电流集中从该段管线流出，而全线的CIPS通断电电位分析结果表明，并没有集中的杂散电流流入点使得某段管线出现负向电压漏斗降。为寻找可能的杂散电流流入点，在关闭全线的恒电位仪24 h后，进行沿线自腐蚀电位的检测,见图5。

图5　管道沿线自腐蚀电位测试结果Fig. 5　The measurement results of self-corrosion potential in pipeline

如图5所示，关闭全线的恒电位仪24 h后，SH017-SH020管段的电位异常偏正，而在SH060-SH100管段的电位偏负，其余管段测试桩的电位基本属于正常的钢管在土壤中的自然腐蚀电位范围。对比全线CIPS数据，在SH060-SH100管段,CIPS通电电位整体无明显变化，而断电电位与通电电位非常接近使得IR降较小(如图6所示)，说明该管段在阴极保护断开的情况下仍然存在流入电流对管道进行极化作用。综合自腐蚀电位和CIPS检测结果，管线的杂散电流在SH060-SH100管段流入，导致管线阴极保护断电电位和自腐蚀电位偏负;杂散电流集中从SH017-SH020管段流出，导致该段管线阴极保护电位不足以达到保护水平，引起管体的过早腐蚀(如图4所示)。

图6　管道沿线CIPS电位测试Fig. 6　The CIPS measurement of pipe-to-soil potential

2　杂散电流干扰治理建议

根据SCM检测及其他辅助检测的结果，管道受到较大的直流干扰，应当及时采取排流等保护措施。通过安装极性排流装置可用于减缓直流杂散电流的干扰，表3为安装排流器后的测试结果。

通过表3可以看出，当开启极性排流装置后，在一定程度上降低了最大直流电位，但不能解决管地电位过负的问题。此外，极性排流器对交流干扰的减缓效果不明显。极性排流器对于减缓直流干扰有一定作用，但目前各类直流杂散电流排流设施都不能有效解决排负的问题，有待开发新型排流设施。

表3　SH020桩排流设施性能评价结果Tab. 3　The results for evaluating the properties of SH020 drainage facility　V

采用钳位式排流器对SH108-SH127管段的交流杂散电流干扰进行治理。排流前的交流电位最大值为17.245 V，排流后交流电位最大值为2.038 V。钳位式排流器能有效减缓交流杂散电流的干扰。

3　结语

埋地油气管道杂散电流防护，首先要做好杂散电流源头控制，其次要综合利用各类不同检测、监测方法，系统分析导致杂散电流腐蚀的各种因素并制定防护措施。因此，采用科学合理的预防措施、有效的检测和监测技术以及综合治理方法是解决油气管道杂散电流腐蚀的重要手段。

[1]席光锋，张峰，韩伟，等. 杂散电流对长输油气管道的危害及其检测[J]. 油气储运，2008，27(7)：40-42.

[2]宋吟蔚，王新华，何仁洋，等. 埋地钢制管道杂散电流腐蚀研究现状[J]. 腐蚀与防护，2009，30(8)：515-518.

[3]杨燕，李自力，文闯. 杂散电流对X70钢干扰影响的腐蚀试验[J]. 腐蚀与防护，2013，34(5)：391-394.

[4]高延宁，王凤军，王志刚，等. 长输管线杂散电流腐蚀检测与防护[J]. 油气田地面工程，2002，21(3)：25-26.

[5]滕延平，蔡培培，徐承伟，等. 应用同步监测法定位管道杂散电流的干扰源[J]. 油气储运，2011，30(5)：347-349.

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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

中国石油化工集团公司资助项目(313042)

王 勇(1987-),工程师,硕士,从事油气管道检测与防护相关工作,024-56389300,wangyong.fshy@sinopec.com

TE88; TE988

A

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