管网防腐层差异对管线阴保电位的影响研究*

王芫芫,杨 超,韩 玮,王安泉,刘 瑾

(中国石化胜利油田分公司技术检测中心,山东 东营 257000)

1 管线阴极保护之间的相互干扰

阴极保护技术是埋地金属管道防腐蚀的主要手段之一:当管道断电电位处于-1.20～-0.85 Vvs.CSE时,认为管道腐蚀速率处于可接受的水平。然而,随着同一管廊内敷设管线数量的增加,不同管线之间的阴极保护存在相互干扰[1-4],如图1所示。图1中①由于防腐层质量不同,管道之间存在杂散电流;②跨接使得回路电阻下降,管线极化电位不稳定;③断电电位为混合电位;④相邻阳极之间存在干扰,输出电流存在偏差。针对上述不同阴保系统之间的相互干扰问题,提出管廊内多条管线采用一个阴保或者跨接的方式[5],在长时间正常运行条件下,整个系统能够达到稳定状态,但是测试管网中某条管线的断电电位时,得到的是整个管网的结果,并且仍然会受到其他管线的影响。因此,针对同一套阴保系统的联合保护管网(两条管线、三条管线),研究管网防腐层差异对目标管线IR降的影响,可为管网阴极保护评价的有效性提供借鉴。

图1 管线阴极保护之间的相互干扰

2 数值模拟参数设置

通过管道阴极极化曲线来描述管道-防腐层-土壤的边界条件,设置基础参数:防腐层性能下降比例1%,管道埋深1.2 m,外加电流1 000 mA,阳极地床与管道距离15 m,土壤电阻率20 Ω·m,管径114 mm,管道长度20 km,管道间距0.6 m。制作不同绝缘电阻率防腐层的试验管道(模拟防腐层性能下降比例),通过恒电位仪施加不同的极化电位,测试得到不同防腐层性能下降比例管线的阴极极化曲线作为阴极边界条件,如图2所示[6]。

图2 不同防腐层管线的阴极极化曲线

3 结果与讨论

不同管线(管线2和管线3)防腐层性能变化对目标管线(管线1)阴保参数的影响规律见图3,不同管线防腐层条件下目标管线中心点位置的IR降变化规律见图4。在设置的管网联合保护方式下,随着管网防腐层性能的下降,管线1的IR降逐渐减小;然而在管网的总防腐层质量相同的条件下,不同管线防腐层质量对管线1的IR降基本没有影响,管线1防腐层性能下降比例为0.5%,管线2防腐层性能下降比例为1%,管线1的IR降分别为-271.29 mV和-271.72 mV。这是因为在给定的阴极保护电流下,由于不同管线的防腐层质量不同,导致其极化电位不同,不同管线的电位差导致管线之间形成杂散电流,最终整个管网系统达到稳定状态。因此对于整个管网系统来说,在总阴极保护电流和总防腐层质量相同的条件下,管线的阴保电位分布也相同。

图3 不同条件下管线1的IR降变化规律

图4 管线1中心点位置的IR降变化规律

改变三条管线的防腐层性能下降比例,得到管网不同的防腐层质量条件对管线1阴极保护效果的影响,计算结果见图5至图6。从图中可以看出,随着管网防腐层总下降比例的增大,管线1的IR降逐渐减小。

图6 管线1中心点位置的IR降变化规律

拟合两条管线和三条管线中管线1的IR降与总防腐层下降比例的关系,见表1。可以看出,与单条管线相似,在两条管线和三条管线中,IR降与防腐层性能下降比例呈对数关系。比较两个拟合方程可以看出,在两条管线形成的管网中,总防腐层性能下降比例对管线1的影响远大于三条管线,这是由于三条管线之间的防腐层质量差距小于两条管线,管线之间形成的杂散电流较小,因此对管线1的IR降影响较小。

表1 目标管线IR降与防腐层下降比例拟合方程

综合考虑不同管线数量(单条、两条和三条),管线的总防腐层质量下降比例对管线1的IR降的影响成对数关系,如图7所示。然而,需要注意的是,单条管线的IR降数据与拟合曲线之间存在较大的误差,这是因为与两条管线和三条管线形成的管网相比,管线1的IR降没有受到杂散电流的影响,IR降相对较小。综上所述,当管网中管线数量越多时,管线之间防腐层差异形成杂散电流导致的IR降越小,在给定的阴保电流条件下,管网的阴极保护水平主要与总防腐层质量有关,并且防腐层质量越差,对管网IR降的影响越小。

图7 管网防腐层质量对IR降的影响

4 结 论

(1)随着管网总防腐层性能的下降,目标管线的IR降逐渐减小;当管网总防腐层质量相同时,不同管线防腐层质量变化对目标管线的IR降基本没有影响。

(2)管网总防腐层质量下降比例与目标管线的IR降成对数关系,并且管网中管线数量越多,由管线之间防腐层差异形成杂散电流导致的IR降越小。