埋地天然气管道阴极保护技术相关研究内容建议.doc

埋地天然气管道阴极保护技术相关研究内容建议1. 杂散电流干扰因素检测及防范措施研究对于埋地天然气钢质管道的安全运行而言，腐蚀是一大隐患。而杂散电流干扰腐蚀是所有腐蚀类型中最严重的一种腐蚀。因此，当发现埋地管道存在杂散电流的干扰影响就必须对其进行排查，并确定其干扰程度，研究其防范措施。本项目通过对各种杂散电流干扰源（如地铁、轻轨、电气化铁路、高压电网、磁悬浮、地铁盾构等）对天然气管道干扰的研究，确定各种杂散电流干扰源对埋地天然气管道的干扰水平，在理论研究和现场测试的基础上评价限流、排流措施的效果，以提高天然气管道的安全运行和管理水平。主要研究内容有：1） 调查管道铺设范围内各种杂散电流干扰源，摸清各种干扰源的种类和分布情况，以及与管道的位置分布情况2） 研究地铁、轻轨直流杂散电流干扰的特点和程度根据干扰源的分布情况，选取测试点进行现场测试，并进行电位数据的采集和分析，研究出其干扰的特点和程度。3） 研究电气化铁路直流电流干扰的特点和程度根据干扰源的分布情况，选取测试点进行现场测试，并进行电位数据的采集和分析，研究出其干扰的特点和程度。4） 研究高压输电线路交流干扰的程度和特点根据干扰源的分布情况，选取测试点进行现场测试，并进行电位数据的采集和分析，研究出其干扰的特点和程度。5） 研究磁悬浮电磁干扰的程度和特点根据干扰源的分布情况，选取测试点进行现场测试，并进行电位数据的采集和分析，研究出其干扰的特点和程度。6） 杂散电流防护措施以及防护效果的评定根据前面的研究结果，提出有针对性的防护措施，并通过现场测试评定其防护效果。2. 阴极保护系统参数调整技术研究目前的管道大都采用外防腐层与阴极保护系统相结合的防腐措施。管道的外防腐层在施工以及在管道运行过程中不可避免地会发生一些破损，故需采用阴极保护对管道提供保护。目前，常规的阴极保护在设计时所采用的一些参数通常都只有一组或一次测定，如土壤电阻率、防腐层电阻率、辅助阳极接地电阻等参数，而管道实际运行一段时间后，这些参数将会发生变化，如土壤环境参数在一年四季中可能都各不相同、涂层质量可能随着时间的推移而出现老化和破损等现象而其电阻率发生变化、土壤环境参数变化导致辅助阳极的接地电阻发生变化等等。这些参数的变化必然导致阴极保护的电位参数发生相应的变化，如果阴极保护站维持原来输出，阴极保护系统运行是否正常、是否达到保护要求就需进一步研究，因此，为了达到保护效果，研究阴极保护系统参数的调整将非常重要，也很有必要。主要研究内容有：1） 埋地管道阴极保护电位分布模型研究在物理模型的基础上，建立管道的阴极保护系统电位分布模型，为后面的研究做准备。2） 管道沿线土壤环境参数变化特点研究通过实验测试，研究管道沿线土壤环境参数（如土壤电阻率、氧化还原电位等等）随季节的变化特点3） 涂层电阻率变化特点研究通过室内模拟试验，研究管道所用涂层在不同阶段的电阻率变化特点4） 辅助阳极接地电阻变化特点研究根据土壤环境参数的变化情况，研究辅助阳极接地电阻相应的变化特点5） 管道阴极保护最小电流密度的确定研究通过现场测试确定管道阴极保护所需最小保护电流的值6） 管道阴极保护系统参数的调整措施研究根据前面的研究结果，利用数值模拟技术，提出管道阴极保护系统参数的调整措施或方案。3. 防腐层评价技术研究大多数情况下埋地管道都采用防腐层与阴极保护（CP）相结合的方法对埋地管道进行保护，防止腐蚀破坏。防腐层保护和阴极保护之间的关系在管线设计和运行时都应考虑到，理想状况是这两种保护方式得到同等重要的对待。在实际中，通常对阴极保护较为重视，防腐层保护的状况往往被忽略。这主要是因为阴极保护的常规检测相对比较简单，保护水平可以调节以克服新出现的问题，其调节结果也很明显，具有很好的灵活性。而对防腐层缺陷或状况的测量却不方便，大多是定性的，依赖于人为经验，可靠性不高。在这种情况下当阴极保护系统的能力达不到要求时，不得不考虑对防腐层进行大修，导致对防腐层的大修存在很大的盲目性，造成巨大的损失和浪费，效果往往不明显。如果能对防腐层的状况进行实时检测与评价，那么对防腐层的维修或更换将会更加有目的性，并可大量减少浪费。而现在的常规防腐层检测技术却大多是通过管道上方地面测量或防腐层性能的间接测试而完成的。常用的测试技术有：标准管地（P/S）电位测试、密间隔电位测试（CIPS）、Pearson测试、管中电流衰减测试法及直流电压梯度法（DCVG）和选频变频法等等。由于方法限制以及检测周期与成本等原因，这些技术均难以实现对防腐层状况的连续监测。因此，本项目的主要目的就是研究一种能充分阴极保护系统参数的日常检测来评价防腐层状况的理论和方法，以实现其动态检测与监测，为管道防腐层的维护指明方向，减少不必要的损失和浪费，为管道的安全平稳运行提供强有力的保障。目前，国内外对于防腐层状况的评价都是通过检测其绝缘电阻率（也叫防腐层漏泄电阻或横向电阻）来实现的，在环境参数一定的情况下，防腐层电阻率的变化将直接引起阴极保护电位参数的变化，因此，通过理论研究，可以通过对阴极保护电位参数的变化来反推出防腐层状况的变化情况，从而实现防腐层状况的检测。而且，阴极保护系统的电位参数是日常工作中定期检测的一项重要参数，因此，利用这种方式对防腐层状况进行动态跟踪，将可大大降低检测成本，提高效率，节约成本。主要研究内容有：1） 埋地管道阴极保护系统电位分布模型研究在物理模型的基础上，建立管道的阴极保护系统电位分布模型，为后面的防腐层评价模型做准备。2） 防腐层老化特点研究通过实验研究管道所用防腐层在不同阶段的老化特点及其性能特点。3） 防腐层状况对阴极保护电位参数的影响研究研究不同防腐层状况对阴极保护电位的影响情况。4） 防腐层状况评价指标研究根据防腐层状况监测的要求，筛选或建立一种防腐层状况的评价指标。5） 防腐层评价数学模型研究根据建立的评价指标，建立一套相应的防腐层评价数学模型，并提出相应的评价方法。6） 防腐层评价程序研制根据现场应用的特点，研制相应的计算机评价程序。7） 现场试验研究利用研制的防腐层评价程序，在实际管道上进行试验，并可根据试验的结果对模型与程序进行改进。4. 杂散电流下的管道阴极保护有效性研究在无交、直流干扰影响的环境中正常运行的埋地金属管道，对其阴极保护系统使用传统的保护电位判据（如-0.85V(CSE)极化电位判据和极化-100mV判据）是有效的，大量实践证明是成功的。但是，当有杂散电流干扰影响存在时，仅仅使用保护电位判据可能就无法正确判断阴极保护系统的有效性了。架空的高压交流输电线路以及交流电气化铁路将会在与之平行或交叉铺设的埋地金属管道上感应产生交流电压和交流电流，管道上的防腐层缺陷与土壤之间传输着交流电流，这就引起了交流腐蚀，而管道上的感应交流电压将会叠加在保护电位上，严重地影响了保护电位的测量和正确判断；即使所测量的瞬间断电电位满足了传统的阴极保护电位判据（如-0.85V（CSE）极化电位判据），但是很高的交流电流密度也仍然可在管道上引起交流腐蚀。埋地管道与电力线的距离越短，以及作为干扰源的电力线中流过的交流电压越高，都会引起埋地管道上交流干扰和交流腐蚀危险增大。高电阻率防腐层（如挤压聚乙烯）应用日益增多，这也可使交流腐蚀危险恶化，因为高电阻率防腐层覆盖的管道可感应出更高的交流电压。当阴极保护的埋地管线紧挨着直流电气化铁路铺设时，由于从运行机车汲取了过多的直流杂散电流，就可能产生过保护的危险。可能引起防腐层开裂、剥离和导致管材的氢致应力开裂等破坏。过度的保护电流既可能来自阴极保护电源，也可能来自为防止直流杂散电流腐蚀而设置的排流接地导体。通过研究试验，已有一些研究人员发现当管道上产生的交流电流密度超过一定值时，尽管施加了高水平的阴极极化，金属仍可能发生交流腐蚀。近年来的一些工业实例和研究测试结果都表明，一些埋地钢质管线发生了异常的腐蚀破坏，经失效分析，是由于邻近的架空高压交流输电线路和（或）交流电气化铁路产生的交流干扰所致，尽管测量到的管地电位已经比-1.0V（CSE）更负。因此，基于瞬间断电电位的阴极保护判据并不能作为正确评估阴极保护系统有效性的指标，也不能作为正确评估交流腐蚀危险的指标。主要研究内容有：1） 管道铺设范围内各种杂散电流干扰源及应对措施调研摸清各种干扰源的种类和分布情况，以及与管道的位置分布情况，摸清存在的交流与直流干扰源的干扰特点和严重程度，并调研现有的抗杂散电流干扰腐蚀的措施情况。2） 阴极保护系统运行参数调研摸清在杂散电流干扰下阴极保护系统的保护电位以及输出电流等参数的变化情况。3） 交流杂散电流对管道腐蚀的影响研究通过理论和实验研究外界不同大小的交流电流大小对管道交流腐蚀速率的影响。4） 直流杂散电流对于管道腐蚀的影响研究通过理论和实验研究外界不同大小的直流电流大小对管道腐