杂散电流对长输管道腐蚀影响研究

【摘  要】杂散电流的产生，成为困扰埋地管道发展的瓶颈，杂散电流所造成巨大的埋地管道腐蚀也日益困扰埋地管道的正常运营。在杂散电流腐蚀与土壤腐蚀影响共同作用之下，埋地管道可能很快就发生杂散电流的腐蚀破损和穿孔。所以对埋地管道的杂散电流腐蚀进行研究对保护管道免受杂散电流腐蚀是有一定工程意义的。

【关键词】杂散电流;长输管道;腐蚀影响

1  杂散电流研究的意义

目前，长输油气管道作为石油，天然气长距离输送的主要手段，其防护与检测越来越受到管道企业的重视。由于长输油气管道均为埋地敷设，地域跨度大，敷设环境复杂，破损泄漏不易被发现，且埋地管道维修需要征地并进行大量土方工程，费时费力，因此，及时对管道进行检测，发现问题并予以整改，防止腐蚀泄漏是维护管道安全使用的重要保障[1]。

2  杂散电流的影响因素

1）电化学腐蚀的影响

由于金属（埋地输油管道等）与土壤接触，不可避免地会产生化学腐蚀而产生腐蚀电流，此杂散电流会沿着地下管道，从一类土壤的接触点到另一类不同土壤的接触点。当电化学腐蚀产生的电位超过1.5V时，在杂散电流的中断点（输油管道的绝缘法兰、检修时的断开处等），虽然有冷却效应作用，但仍有可能产生引燃火花。

2）油气输送管线阴极保护的影响

由于埋地油气输送管线与土壤接触及其他因素的影响，油气输送管线会产生腐蚀现象。为减轻和防止腐蚀，油气输送管线一般采用阴极保护方法，即利用外加直流电源将保护金属与直流电源的负极相连，使被保护的金属成为阴极而进行阴极极化。这种方法称为外加电流阴极保护，即强制电流阴极保护。由于对油气输送管线设置强制阴极保护系统，且被保护管道的最 高电位为-1.2V，其电流自电源的正极流出，经阳极和大地流至汇流点（电源负极与保护管的接点）两侧管道，在两侧金属管壁中流动的电流流向汇流点，再回到电源负极。这样人为地在管道和大地中就有电流通过，在管道绝缘法兰等处形成电位差。

3）其他偶然因素的影响

除了上述原因外，还有一些偶然的因素也可能引起设备设施带电而形成杂散电流。如管道的焊接施工、供电线路的漏电等。

3  杂散电流的防护方法

管道沿线与高压输电线路近距离平行敷设时，高压输电线、电气化铁路会对管道造成干扰，加剧管道的腐蚀，因此管道应尽量远离交流、直流 干扰源，并采取相应的保护措施。

3.1  尽量避开干扰源

根据线路杂散电流源的勘察结果，管道布线时在符合安全要求的前提下，合理选择走向，避开地铁、电气化铁路、输变线路等杂散电流干扰源。对于受杂散电流干扰管道增设绝缘法兰，将被干 扰的管道与主干线分隔开，目前国内外没有对管道与电气化铁路的安全间距的专门规定，参照目前相关的标准。

3.2 保护措施

1）阴极保护

从电化学腐蚀原理可知，电化学腐蚀主要发生在阳极区域，阴极保护法就是根据 该原理，采用电化学方法使被保护的金属物处于阴极电位。阴极保护法又可分为牺牲阳极保护法和强制电流保护法。目前，阴极保护使用范围日趋广泛，埋地管道、电缆、储槽、桥梁、热交换器、冷却器等凡是与电解质溶液接触而产生腐蚀的设备均可用阴极保护法来提高其抗腐蚀能力。

（1）牺牲阳极法阴极保护

把它与被保护的金属从电解质（如土壤）的外部实现电连接，这种负电位的活泼金属在所构成的电化学电池中为阳极而优先发生腐蚀，所释放的电子即负电流使被保护金属阴极极化到所需电位范围，从而抑制腐蚀实现保护，这就是牺牲阳极法的保护原理。

（2）外加电流法阴极保护

利用外部电源对被保护金属施加一定的负电流，使被保护金属的电极电位通过阴极极化达到规定的保护电位范围，从而抑制腐蚀获得保护，这就是外加电流法的保护原理。如图3-3所示，外加电流阴极保护示意图。

两种保护技术都有其独特之处，也有不足的地方，表3-1给出了两种阴极保护技术的优缺点比较，根据不同的环境结合各自的特点选择合适的阴极保护方法。

接地装置阴极保护从原理上讲是合理的，实践上也是可行的，但是还存在许多问题有待研究。如果采用牺牲阳极法保护，那么在变电站工频电磁场环境下牺牲阳极性能是否会受到影响值得研究;采用外加电流法保护，存在一个保护参数的确定问题，因为接地装置在进行阴极保护时，其表面必然存在垢的沉积，如果在短期内有大量的垢层在接地装置表面形成，其接地电阻无疑会增大，从而带来负面效应，这也是该技术能否推广应用的关键问题[2]。

目前，对于长输管道，国内主要采用强制电流为主、牺牲阳极为辅的阴极保护方。杂散电流是随时间不断变化的，多数情况下杂散电流表现得不十分明显，因而管道的自然腐蚀仍会占据主导地位，因此排流保护必须与阴极保护相结合才能有效遏制管道的腐蚀。

2）管道均压

在相鄰管道间加设管道均压装置。这些装置有助于平衡相邻管道间的电位，缓解管道间的相互干扰。

3）加强日常维护

为改善管道防腐层绝缘状况，采取检修、补漏与大修相结合的方式，每年均进行管道防腐层的检漏修补工作，以提高管道防腐层质量，为有效进行排流保护打下较好的基础。同时开展智能清管作业，对重点地段管道的腐蚀风险评估，确保油气管道安全运行。

作为一项长期而艰巨的工作，埋地管道杂散电流防腐必须密切观测杂散电流的变化情况，如每年必须对管道防腐层进行检漏修补，定期监测管道周围是否有产生杂散电流的新建工程等。只有系统分析导致杂散电流腐蚀的各种因素，采用科学合理的预防措施、有效的监测技术以及综合治 理方法，才能解决埋地管道杂散电流的腐蚀问题[3]。

4结论

管道运输是当今油气工业重要的运输手段，其输量大、运费少的优点非常突出。但由于其途径地区环境复杂，众多因素都可能导致管道腐蚀破坏，因此对其腐蚀的防治十分迫切和必要。埋地管道的腐蚀以电化学腐蚀最为常见，影响也最为明显，做好管道电化学腐蚀防护关乎管线的运行寿命。而如今又由于公共建设事业的大力发展，管线的铺设不得不与一些交流电气系统处于同一公共走廊中，使得交流杂散电流腐蚀现象日益凸显。交流杂散电流腐蚀虽不及直流杂散电流腐蚀直接导致的后果严重，但它们相互叠加时，腐蚀破坏会更加严重。交流杂散电流腐蚀还会造成析氢腐蚀，对阴极保护产生干扰等等不良影响。如今，已有许多腐蚀研究工作者对交流杂散电流腐蚀进行深入地研究，取得了一定的突破和进展。但是，目前还没有足够的成熟的交流杂散排流技术，缺乏众多的成型的交流杂散电流排流设备。设备排流主要以嵌位式排流为主，设计简单、成效显著，但又面临存在残压、能否抵御高压、是否与阴极保护相干扰等问题亟待解决。尽管有以上一些问题的存在，交流杂散电流已从实验研究走向了社会应用。相信通过腐蚀研究工作者的不断努力，交流杂散电流的防治工作将会在社会生产中发挥重要的作用。

参考文献：

[1]席光峰，张峰等.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，王新华等.埋地钢质管道杂散电流腐蚀研究现状[J].腐蚀与防护，2009，8，30（8）：515～525.

[3]白杨，齐建涛等，埋地管道杂散电流腐蚀及其数值模拟研究进展[M/OL].2013，01，10.

（作者单位：中国石油西部管道甘肃输油气分公司）

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