油气管道的杂散电流腐蚀与防护.pdf

第29卷第3期
煤气与热力
Vol 29 No
2009年3月
GAS &HEAT
Mar.2009
油气管道的杂散电流腐蚀与防护
曹阿林,朱庆军,候保荣,张胜涛
(1.重庆大学化学化工学院,重庆400030;2.中国科学院海洋研究所,山东青岛266071)
摘要:阐述了杂散电流对油气管道腐蚀的基本原理、特点,针对杂散电流的特点,提出了防
止杂散电流对油气管道腐蚀的措施。
关键词:杂散电流;油气管道;排流保护
中图分类号:TU996;1D611文献标识码:A文章编号:1000-4416(2009)03-0BO6-04
Stray Current Corrosion on Oil and Gas Pipeline and Its Protection
CAO A-in, ZHU Qing-jun, HOU Bao-rong, ZHANG Sheng-tao
Abstract The basic principle and characteristics of stray current corrosion on oil and gas pipeline
are explained. Aimed at the characteristics of stray current, the measures for protecting oil and gas pipe
Ine from stray current corrosion are put forward
Key words: stray current; oil and gas pipeline; electrical drainage protection
随着我国能源和交通工业的发展,我国油气管状态,且各自具有不同的特点。直流杂散电流主要
道与电力线路、电气化铁路的里程迅速增加。由于来源于直流电解设备、电焊机、直流输电线路;交流
地理位置的限制,在油气管道与电力线路、电气化铁杂散电流主要米源于交流电气化铁路、输配电线路
路的设计和建设过程中不可避免地出现了并行敷设系统,通过阻性、感性和容性耦合在相邻的管道或金
的情况。由电力线路、电气化铁路产生的杂散电流属体中产生交流杂散电流,但交流杂散电流对铁腐
会对油气管道产生巨大的危害。辽河油田到鞍山化蚀较轻微,一般为直流腐蚀量的1%;由于地磁场的
肥厂的天然气管道在投产14个月后就出现多起杂变化感应出来的地杂散电流,一般情况下只有约2
散电流引起的腐蚀穿孔事故,被迫长时间停产,开挖以Am2,从腐蚀角度看并不重要。以电气化铁路车
大修。郑州煤气公司在某电厂附近的一段输气管道辆直流供电牵引系统产生的直流杂散电流是造成油
受电厂杂散电流的影响,也多次出现穿孔泄漏,严重气管道杂散电流腐蚀的主要原因
威胁管道和人身的安全。由此可见,杂散电流对油
在电气化铁路车辆直流供电牵引系统中,列车
气管道会产生强烈腐蚀作用。因此,开展杂散电流所需要的电流由牵引变电所提供,通过架空线向列
引起的油气管道的腐蚀与防护研究,对保障油气管车供电,然后经行走轨回流至牵引变电所。理想情
道的安全运行具有十分重要的意义。
况下行走轨电阻为0,行走轨对大地的泄漏电阻无
杂散电流的形成
穷大,此时经行走轨回流的电流等于牵引电流,即所
杂散电流是指在规定电路或意图电路之外流动有的电流都经行走轨回流至羍引变电所。但实际上
的电流,又称迷走电流山。杂散电流主要表现为直行走轨的电阻不为0,当有电流通过时就形成了电
流电流、交流电流和大地中自然存在的地电流3种位差,并且行走轨对大地的泄漏电阻也不会为无穷
基金项目:中国科学院与中国海洋石油总公司科技合作项目(08061006)
万方数据
www.gasandheat.com
曹阿林,等:油气管道的杂散电流腐蚀与防护
第29卷第3期
大,这就不可避免地造成了部分电流不经行走轨回的増大而减小。
流,而是流入大地,然后通过大地回流至牵引变电
杂散电流流入土壤以后就会产生地电场,土裏
所。若铁路附近有导电性能较好的埋地金属管道中不同地电位之间便有电流流动,两个不同区域之
(燃气管道、输油管道、供水管道等),则部分电流会间电位差越大,电流就越大。当土壤全部都是均匀
选择电阻率较低的埋地金属管道作为电流回流路的介质时,电流分布也相对均匀。如果土壤中埋置
径,从牵引变电所附近的管道中流出流回牵引变电有油气管道时,管道中的杂散电流密度与土壤中的
所。杂散电流形成原理见图1,杂散电流形成原理杂散电流密度之比见式(4)23
等效电路见图2。
(4)
架空电缆
式中i-管道中的杂散电流密度,mA/m2
列车
变电所
土壤中的杂散电流密度,mA/m
管壁厚度,mm
行走轨t
D一管道内径,mm
埋地金属管道
pa-一管道电阻率,Q·m
图1杂散电流形成原理
因为p>po,所以杂散电流基本上沿油气管道
流动,不再流经土壤。
2杂散电流的腐蚀原理
杂散电流进入金属管道的地方带负电,这一区
R
域称为阴极区,处于阴极区的管道一般不会受影响,
R
若阴极区的电位值过大时,管道表面会析出氢,而造
成防腐层脱落。当杂散电流经金属管道回流至变电
图2杂散电流形成原理等效电路
所时,金属管道带正电,成为阳极区,金属以离子的
由图2可知
形式溶于周围介质中而造成金属体的电化学腐蚀
R
因此杂散电流的危害主要是对金属管道、混凝土管
R、+R.+R。+R
道的结构钢筋、电缆等产生电化学腐蚀,其电化学腐
(2)蚀过程发生如下反应:
①析氢腐蚀
式中、一张散电流,A
阳极反应:
l牵引电流,A
行走轨电阻,Q2
在无氧酸性环境中的阴极反应
R-一负荷端与大地之间的泄漏电阻,92
4HT +4e
R.一变电所与大地之间的泄漏电阻,「
在无氧中性、碱性环境中的阴极反应
R一土壤的横向电阻,Q
4H2O)+4e
4OH~+2H2↑
土裏电阻率,「2?m
②吸氧腐蚀
l一负荷端与变电所之间的距离
阳极反应:2Fe2Fe2++4
A--土襄的横向而积,m2
在有氧酸性环境中的阴极反应:
由于A趋向无穷大,因此R趋向于零
2+4H+4e_~→2H2O
则式(1)可以简化为
在有氧中性、碱性环境中的阴极反应
R
O2+2H,O+4e
4)H
R.+R.+
当油气管道受到杂散电流电化学腐蚀时,金属
由式(3)可知,在牵引电流一定的情况下,杂散腐蚀量和电量之间符合法拉第定律
电流随着行走轨电阻的増大而増大,随着泄漏电阻
m=Kit
万方数据