CN109957804B - 一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，包括如下步骤：测试直流接地极附近金属管道所受杂散电流强度和方向；测试直流接地极附近金属管道所处土壤介质电阻率；排流保护参数计算；现场安装及参数监测。本发明涉及埋地金属管道防腐蚀领域，特别是直流杂散电流环境下的埋地金属管道防腐领域，可提高排流效率，降低工程成本和腐蚀风险，保证埋地金属管道防腐效果，延长其运行寿命。
Description
技术领域
本发明属于埋地金属腐蚀防护技术领域，具体涉及一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法。
背景技术
我国地域辽阔，各地区能源分布、电源结构和经济发展不平衡，可开发建设的能源主要有热电、水电、风能和光伏，其中，以煤为热源的热电主要分布在北方，水电则集中在西部内陆，风能集中在东北和东部沿海，光能则主要集中在青海、甘肃、宁夏等地区，而负荷中心则主要集中在东部沿海和南部地区。为了满足我国经济社会飞速发展的用电与油气能源需求，特高压直流输电工程以及输油输气管道建设迅速在全国各地展开。由于我国人口密度大、能源需求集中、土地资源紧张、走廊安排困难等原因，特高压直流输电工程与油气管道在线路走向选择上往往存在共同点，势必会出现特高压直流输电工程与埋地油气管道局部甚至长距离接近的状况，埋地油气管道一般采用金属管道，特高压直流输电工程接地极与油气管道相互影响是我国电力、油气行业快速发展而产生的新问题。
我国的特高压直流输电系统全部采用双极两端中性点接地方式，正式投产后为双极运行方式。当一极故障或设备检修时，切换为单极—大地运行方式，直流接地极将作为工作电流的返回通道，将有上千安的直流电流流入大地。直流接地极向土壤中注入电流，将会导致附近土壤电位的变化。当附近土壤中埋设有金属管道时，直流接地极入地电流将会在管道的破损点流进和流出，并在电流流进金属管道处发生氢脆和防腐层剥离，电流流出金属管道处发生腐蚀。直流杂散电流引起的油气管道氢脆、穿孔腐蚀、发热等是威胁地下管道安全运行的重要隐患。另外，直流杂散电流导致金属管道绝缘接头存在电位差，并放电烧蚀绝缘垫片，且电压超过安全电压，对操作人产生电击危害。若高电压差造成的打火接触可燃性油气后可能会引发火灾，爆炸等重大安全事故，其爆炸也可能对输电线路及直流接地极造成二次危害，威胁人身安全，破坏生态环境，造成巨大的经济损失。
为了保障埋地金属管道的安全运行，延长使用寿命，提高经济效益，重视埋地金属管道的腐蚀防护是非常必要的。埋地金属管道必须从设计、选材、制造、施工、监理、验收、维护和运行管理等各个环节把关，并在不同环境下应采取适宜的腐蚀防护措施，保证埋地金属管道的运行达到安全、可靠、经济、耐久。目前，对于埋地金属管道的防腐常采用阴极保护的方法。但对于处于直流接地极杂散电流环境下的埋地金属管道的腐蚀防护，常规的阴极保护往往效果不佳，甚至出现保护逆转的情况，即造成管道的加速腐蚀。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，为直流接地极杂散电流环境下埋地金属管道的排流防腐工程提供一种新的防腐蚀方法，能够避免阴极保护系统保护逆转的现象，实现延长埋地金属管道的使用寿命，达到提高全寿命周期技术经济性的目的。
为达到上述目的，本发明所述一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法包括以下步骤：
步骤1、测试直流接地极10km以内埋地金属管道所受杂散电流的强度和方向；
步骤2、对埋地金属管道防腐层进行漏点检测，若发现防腐层破损，则进行修补；
步骤3、阴极保护参数计算及牺牲阳极保护布置，针对埋地金属管道进行牺牲阳极数量、重量和形状计算，根据计算结果选择牺牲阳极并进行布置，牺牲阳极以金属管道为中心对称轴对称布置，所有的牺牲阳极与金属管道电缆连接，位于同一侧的牺牲阳极通过同一根电缆连接。
进一步的，在步骤3之前测试直流接地极附近埋地金属管道两侧各10km范围内土壤介质电阻率，在步骤3中每30m-50m安装一个牺牲阳极，将牺牲阳极安装于杂散电流最大且土壤介质电阻率相对较小的位置。
进一步的，步骤3中，牺牲阳极与金属管道的外壁的水平距离为3m-5m。
进一步的，步骤3中，位于金属管道同一侧的牺牲阳极间距为2m-3m。
进一步的，步骤3中，牺牲阳极埋设在冰冻线以下，且牺牲阳极的顶面低于金属管道的顶面。
进一步的，步骤3中，牺牲阳极采用稀土镁合金或带状锌阳极。
进一步的，步骤3结束后，用远程检测系统或者挂片失重法进行阴极保护参数监测。
进一步的，远程检测系统能够测量到被保护体的自然电位、阳极性能和保护电位。
进一步的，挂片失重法选择在杂散电流干扰强度最大的位置进行管道同材质的腐蚀指示片的埋设，其中，半数指示片通过测试桩与金属管道电缆连接，另半数指示不与金属管道连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明能够对直流接地极附近埋地管道提供安全、有效、稳定的防腐蚀保护，相对于常规的排流保护技术，本发明的针对性、保护效果和安全性均相对于单侧排流保护得到显著提高，可提高排流效率，降低工程成本和腐蚀风险，保证埋地金属管道防腐效果，延长其运行寿命。
牺牲阳极双侧对称布置的结构设计原理为：由于高压直流接地极的杂散电流对附近埋地金属管道的腐蚀危害极大，造成材料腐蚀穿孔，威胁操作人员人身安全及设备安全等。因此采用接地排流措施时需选用自腐蚀电位比钢更负，具有阴极保护功能的接地材料，保护设备及人员。电流流进/流出管道的区域是基本恒定的，只要在电流流进/流出点设置足够数量的接地材料，金属的腐蚀将主要发生在极性更负、接地电阻更低的接地材料上，钢质管道将受到阴极保护而仅作为电流通道，从而降低管道对地电压和绝缘接头处电压差，间接避免威胁人身安全的电击事故。
采取铺设牺牲阳极的接地排流方式进行排流保护，原因是国内高压直流接地极的入地电流特点是持续时间短，入地电流大，电位偏移剧烈，电流大小变化幅度大，接地极入地电流极性随机，故障发生时间不确定。根据高压直流接地极入地电流和腐蚀环境特点，基于高压直流接地极入地直流电流极性不确定性，在埋地金属管道两侧对称布置牺牲阳极，防护高压直流接地极入地电流腐蚀干扰的方法。这是因为：直流接地极极性变化较大，处于阳极泄流和阴极泄流随机切换状态。如果排流用牺牲阳极单侧布置，当阳极泄流时，远离接地极一端的金属管道腐蚀加剧；反之，当阴极泄流时，靠近接地极一端的金属管道腐蚀加剧。所以，针对高压直流接地极腐蚀，选择在管道两侧对称布置牺牲阳极，从而满足不同极性接地极的直流腐蚀防护要求，实现对管道的全面保护。
本发明在高压直流接地极正常运行时，可以起到抑制土壤中电解质对金属管道的电化学腐蚀作用。由于土壤中存在电势差，土壤中正离子移向阴极，在阴极和电子结合而进行还原反应，金属管道得到电子被保护；负离子移向阳极，排流保护装置在阳极失去电子而进行氧化反应，使牺牲阳极发生腐蚀。
本发明在高压直流系统处于单极大地运行工况下，同样可以抑制高压直流接地极入地电流对管道的腐蚀。这是因为具有排流作用的牺牲阳极可以为管道提供有效的接地，降低管道对近地的电位差。具有排流作用的牺牲阳极为裸金属，与土壤接触面积大，接地电阻小，而管道的防腐层破损点面积小，接地电阻大，管道通过具有排流作用的牺牲阳极接地时，大部分杂散电流将通过低电阻通道流进、流出管道，电流通过具有排流作用的牺牲阳极流进、流出，牺牲阳极发生腐蚀。通过管道防腐层破损点流进、流出的杂散电流量显著减小，相应管道的腐蚀也会大幅减少。
附图说明
图1为本发明布局示意图；
附图中：1、测试桩；2、测试窗；3、屏蔽电缆；4、测试桩基础；5、金属管道；6、牺牲阳极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1，一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法包括以下步骤：
步骤1、测试直流接地极附近埋地金属管道5所受杂散电流强度。
测试上述埋地金属管道5所处位置的杂散电流强度。具体测试方法参照SY/T0017-2006《埋地钢质管道直流排流保护技术标准附录A埋地钢质管道直流干扰测试方法》。
步骤2、测试直流接地极附近埋地金属管道所处土壤介质电阻率，并确定土壤电阻率最小的区域和位置，具体包括以下步骤：
步骤2.1、测试上述确定的金属管道两侧各10m范围内的土壤电阻率，具体测试方法参考《DL/T 5224-2005高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定》或其他资料；
步骤2.2、确定上述土壤电阻率最小的区域和位置。
步骤3、埋地金属管道涂层质量检查，包括以下步骤：
步骤3.1、按照GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》对管道防腐层进行漏点检测；
步骤3.2、如发现防腐层破损，按照GB/T 23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》相关要求进行修补。
步骤4、阴极保护参数计算及牺牲阳极保护布置，具体包括以下步骤：
步骤4.1、针对埋地金属管道进行牺牲阳极数量、规格计算，计算方法参考《DL/T5394-2007电力工程地下金属构筑物防腐技术导则》或其他资料；
步骤4.2、所有的牺牲阳极通过测试桩与金属管道5进行连接，实现电缆连接。牺牲阳极的彼此之间及牺牲阳极与测试桩之间的连接电缆使用铜芯电缆，同一侧的牺牲阳极连接在同一条电缆上；优选的，铜芯电缆型号为:VV-1kV/1×10mm2。测试桩的作用是置于土壤上部，此处连接导线便于进行“断开”和“连接”，分别实现阴极保护系统“下线”和“在线”。
牺牲阳极埋设位置在一般情况下距金属管道5的外壁的水平距离为3m-5m，最小不宜小于0.3m，成组布置时，位于金属管道同一侧的牺牲阳极间距为2m-3m。
牺牲阳极必须埋设在冰冻线以下，并保证牺牲阳极顶部低于金属管道顶端。在地下水位低于3m的干燥地带，阳极应适当加深埋设；在河流中阳极应埋设在河床的安全部位，以防洪水冲刷和挖泥清淤时损坏。
在布置牺牲阳极时，阳极与金属管道之间不能有金属构筑物。
步骤5、阴极保护参数监测。
阴极保护参数检测可采用远程检测系统或者挂片失重法进行检测。牺牲阳极阴极保护的远程检测系统应能提供被保护体的自然电位、阳极性能、保护电位的功能；
上述远程检测系统主要采用长效参比电极、远程传输装置和监测服务器等组成；
挂片失重法选择在杂散电流干扰强度较大的位置进行管道同材质的腐蚀指示片的埋设，这个位置管道最易于腐蚀穿孔，引发事故，所以是重点监测位置。其中，半数指示片通过测试桩1与金属管道5电缆连接，另半数指示片不与金属管道连接。
需要特别说明的是，牺牲阳极采用电流效率较高的稀土镁合金或带状锌阳极；所述牺牲阳极6每30m-50m安装一个，安装在此段距离中杂散电流干扰最大土壤电阻率较低的位置，呈双侧关于金属管道5对称布置，示意图见图1所示。其中，测试桩1：用于连接金属管道5与阴极保护系统接线，测试用接线。测试窗2：用于保护测试桩内导线和连接板，可打开进行接线操作及检测。测试桩基础4：用于保持测试桩屹立于大地上，不会倒塌。屏蔽电缆3一端与金属管道5或牺牲阳极6连接另一端连接至测试桩。测试桩的作用是置于土壤上部，此处连接导线便于进行“断开”和“连接”，分别实现阴极保护系统“下线”和“在线”。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、测试直流接地极10km以内埋地金属管道(5)所受杂散电流的强度和方向；
步骤2、对埋地金属管道(5)防腐层进行漏点检测，若发现防腐层破损，则进行修补；
步骤3、阴极保护参数计算及牺牲阳极保护布置，针对埋地金属管道(5)进行牺牲阳极数量、规格计算，根据计算结果选择牺牲阳极并进行布置，牺牲阳极(6)以金属管道(5)为对称轴对称布置，所有的牺牲阳极(6)与金属管道(5)电连接，位于同一侧的牺牲阳极(6)通过同一根电连接；
在步骤3之前测试直流接地极附近埋地金属管道(5)两侧各10km范围内土壤介质电阻率，在步骤3中每30m-50m安装一个牺牲阳极(6)，将牺牲阳极(6)安装于杂散电流最大且土壤介质电阻率相对较小的位置。
2.根据权利要求1所述的一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，步骤3中，牺牲阳极(6)与金属管道(5)的外壁的水平距离为3m-5m。
3.根据权利要求1所述的一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，步骤3中，牺牲阳极(6)埋设在冰冻线以下，且牺牲阳极(6)的顶面低于金属管道(5)的顶面。
4.根据权利要求1所述的一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，步骤3中，牺牲阳极(6)采用稀土镁合金或带状锌阳极。
5.根据权利要求1所述的一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，步骤3结束后，用远程检测系统或者挂片失重法进行阴极保护参数监测。
6.根据权利要求5所述的一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，远程检测系统能够测量到被保护体的自然电位、阳极性能和保护电位。
7.根据权利要求5所述的一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法，其特征在于，挂片失重法选择在杂散电流干扰强度最大的位置进行管道同材质的腐蚀指示片的埋设，其中，半数指示片通过测试桩与金属管道(5)电连接，另半数指示不与金属管道(5)连接。
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