CN108595850A - 一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气管道防腐技术领域，尤其涉及一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度计算方法。一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度计算方法，包括以下步骤：步骤1根据N根并行管道的直径、壁厚及防腐层建立强制电流系统下的模型；步骤2确定Δx段管道的电位降建立微分方程；步骤3将基于Δx段管道的电位降建立微分方程积分得出电压降、管道参数及长度；步骤4，根据电压降、管道参数及长度的积分方程得出N根并行管道的保护长度。由于在获得并行管道阴极保护长度的过程中考虑了各管道的相互影响，使得评价结果更加科学、准确、合理。

Description

一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法

技术领域

本发明涉及油气管道防腐技术领域，尤其涉及一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度计算方法。

背景技术

随着中国管道事业的蓬勃发展，为减少管道建设一次性成本，管道越来越多的采用同沟敷设，同时由于地形限制，部分管道敷设间距较小，由于管道间直流干扰，会对相邻管道造成腐蚀。故在阴极保护方案中多采用联合阴极保护。对于距离较长的长输管道，现在常用强制电流对管道进行阴极保护。按照国标GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》，规范只对强制电流系统下单管道阴极保护长度进行了计算，对多条并行管道保护长度并未给出相关计算方法。随着并行管道的建设越来越多及越来越密集，亟需对并行管道的阴极保护机理、阴极保护站的设置等方面展开深入研究，故需要有一套关于强制电流系统下并行管道阴极保护长度的实用计算方法。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度计算方法，从而准确得到实际工程中的管道电位分布及阴极保护站的布置间距。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度计算方法，包括以下步骤：

步骤1，根据埋入地下根据N根并行管道的各管道的直径、壁厚及防腐层建立强制电流系统下的多管道极化模型，其中，N根并行管道之间跨接连接，N为大于或等于2的整数；

步骤2，在N根并行管道的跨接处设置通电点，并根据N根并行管道上距离通电点长度x处所测得电位来确定Δx段管道的电位降，建立基于欧姆定律的微分方程；

步骤3，基于Δx段管道的电位降建立基于欧姆定律的微分方程积分得出电压降、管道参数及该段长度的积分方程；

步骤4，根据电压降、管道参数及该段长度的积分方程得出N根并行管道的保护长度。

进一步的，所述多管道极化模型中，埋入地下的N根并行管道的管道间可靠跨接，且N根并行管道的管径、壁厚和防腐层均不相同，任一并行段所处的腐蚀环境相同或相似。

进一步的，步骤2中建立的微分方程为：

式中，i为第i根管道，R_Si为第i根管道的线电阻，I_s为第i根管道的单侧保护电流，R_s为N根并行管道的总线电阻，D_i为第i根管道的管径，J_Si为第i根管道所需保护电流密度，其中，i为大于或等于1的整数，且i小于等于N。

进一步的，步骤3中建立的积分方程为：

式中，c为常数。

进一步的，步骤4中建立的方程为：

式中，ΔU为所述通电点的电位与管道阴极保护电位的最小允许值之差。

本发明的有益效果：

通过建立埋入地下的N根并行管道各管道不同管径、壁厚及防腐层建立强制电流系统下多管道极化模型，再通过N根并行管道的各管道管径、壁厚、防腐层状况、通电点电压，获得强制电流系统下N根并行管道阴极保护的长度；由于在获得N根并行管道阴极保护长度的过程中考虑了各管道的相互影响，使得评价结果更加科学、准确、合理。

附图说明

图1为本发明所述的强制电流系统下并行管道阴极保护长度的实施例的主流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，对埋入地下的N根并行管道的各管道的直径、壁厚及防腐层建立强制电流系统下的多管道极化模型，所述多管道极化模型具有以下定义：N 根并行管道的管径、壁厚和防腐层均不相同，N为大于或等于2的整数；

在本实施例中，N根并行管道应采用同一强制电流系统，N根并行管道间可靠跨接，以避免相互的杂散电流干扰影响，且N根并行管道的并行段间所处的腐蚀环境相同或相似。

步骤2，在N根并行管道的跨接处设置通电点，并根据N根并行管道上距离通电点长度x处所测得电位来确定Δx段管道的电位降，建立基于欧姆定律的微分方程为：

其中，i指的是第i根管道；

R_Si为第i根管道的线电阻，单位为欧每米(Ω/m)；

I_s为第i根管道的单侧保护电流，单位为安(A)；

R_s为N根并行管道的总线电阻，单位为欧每米(Ω/m)；

D_i为第i根管道的管径，单位为米(m)；

J_Si为第i根管道所需保护电流密度，单位为安每平方米(A/m²)；

其中，i为大于或等于1的整数，且i小于等于N。

上述参数可以通过埋地钢质管道的本身特性、土壤类型、土壤电阻率根据实际情况获取，管道防腐层特性及管道所需保护电流密度可通过查询《金属腐蚀手册》获得。

步骤3，基于Δx段管道的电位降建立基于欧姆定律的微分方程，积分得出电压降、管道参数及该段长度的积分方程：

其中，c为常数，x表示埋地管道距离通电点的长度。

本实施例中，上式可理解为N根并行管道的电位分布情况，x理解为距离通电点的长度的电位，c理解为通电点的电位(管/地界面极化电位)。

步骤4，根据电压降、管道参数及该段长度的积分方程得出N根并行管道的保护长度：

其中，ΔU为通电点的电位(管/地界面极化电位)与管道阴极保护电位(管/地界面极化电位)的最小允许之差；

在确定通电电位时，应充分考虑土壤电阻、导线电阻及通电点电阻带来的电位差影响。

本实施例中，ΔU可通过通电点电位(管/地界面极化电位)与GB/T21447 钢制管道外腐蚀控制规程中阴极保护准则极限阴极保护电位值的差值获得。

具体使用时，以某公司的并行埋地钢质管道为例，在强制电流阴极保护系统情况下，进行单侧阴极保护长度的计算。

某公司将天然气管道与原油管道并行敷设，两管道的间距为6m，而且在每公里处均进行跨接，并采用同一阴极保护系统进行联合保护，其中天然气管道管径为1016mm，壁厚12.8mm，防腐层采用三层PE加强级防腐；原油管道管径为813mm，壁厚11.7mm，防腐层采用三层PE加强级防腐；给定通电点电位为-1150mV。根据查阅《金属腐蚀手册》，可以得到三层PE防腐层所需电流密度为0.01mA/m²，通过查询《GB/T21447钢质管道外腐蚀控制规范》获得管道阴极保护电位应为-850mv或更负。将上述参数代入公式，得出并行管道的阴极保护长度为64km，大于天然气管道单侧保护长度62km及原有管道单侧保护长度59km，由此得知，阴极保护站间距可每隔128km设置一座。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据埋入地下的N根并行管道的各管道的直径、壁厚及防腐层建立强制电流系统下的多管道极化模型，其中，N根并行管道之间跨接连接，N为大于或等于2的整数；

步骤2，在N根并行管道的跨接处设置通电点，并根据N根并行管道上距离通电点长度x处所测得电位来确定Δx段管道的电位降，建立基于欧姆定律的微分方程；

步骤3，基于Δx段管道的电位降建立基于欧姆定律的微分方程积分得出电压降、管道参数及该段长度的积分方程；

步骤4，根据电压降、管道参数及该段长度的积分方程得出N根并行管道的保护长度。

2.根据权利要求1所述的强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法，其特征在于，所述多管道极化模型中，埋入地下的N根并行管道的管道间可靠跨接，且N根并行管道的管径、壁厚和防腐层均不相同，任一并行段所处的腐蚀环境相同或相似。

3.根据权利要求1所述的强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法，其特征在于，步骤2中建立的微分方程为：

式中，i为第i根管道，R_Si为第i根管道的线电阻，I_s为第i根管道的单侧保护电流，R_s为N根并行管道的总线电阻，D_i为第i根管道的管径，J_Si为第i根管道所需保护电流密度，其中，i为大于或等于1的整数，且i小于等于N。

4.根据权利要求3所述的强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法，其特征在于，步骤3中建立的积分方程为：

式中，c为常数。

5.根据权利要求4所述的强制电流系统下并行管道阴极保护长度的计算方法，其特征在于，步骤4中建立的方程为：

式中，ΔU为所述通电点的电位与管道阴极保护电位的最小允许值之差。