埋地金屬管道安全保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于管道安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種埋地金屬管道安全保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]埋地金屬管道采用陰極保護(hù)防止腐蝕如今是公知的技術(shù)。自從1833年法拉第發(fā)現(xiàn)了金屬腐蝕量與腐蝕電流之間的相互關(guān)系，也就是我們熟知的法拉第第一定律，1834年英國(guó)學(xué)者漢.戴維先生首次在軍艦上采用陰極保護(hù)的方法，1928年美國(guó)羅伯特.J.柯恩(Kuhn)在新奧爾良的一條長(zhǎng)距離輸氣管道上安裝了第一套陰極保護(hù)裝置，并且提出了
0.85v的電位保護(hù)準(zhǔn)則，從而為埋地金屬管道陰極保護(hù)的現(xiàn)代技術(shù)打下了基礎(chǔ)以來(lái)，陰極保護(hù)技術(shù)在金屬管道腐蝕防護(hù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的埋地金屬管道安全保護(hù)方法中，首先是將管道與大地絕緣，對(duì)于絕緣無(wú)法達(dá)到要求的部位，一般都采用陰極保護(hù)，它們分別是犧牲陽(yáng)極保護(hù)、直流恒電位儀和脈沖恒電位儀或者是它們組合的方法。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)均要求被保護(hù)的管道必須具有良好的縱向?qū)щ娺B續(xù)性，且對(duì)于非焊接連接的管道接頭應(yīng)增設(shè)金屬導(dǎo)線跨接?；谶@種思想，工程師們就自然而然地按照管道“電連續(xù)”規(guī)則配置油氣長(zhǎng)輸管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)。世界著名管道(例如，美國(guó)的阿拉斯加管道、芬蘭油氣管道、俄羅斯油氣管道、中俄油氣管道、中國(guó)的西氣東輸管道一線、二線和三線天然氣管道等)都是整條“電連續(xù)”管道。每個(gè)陰極保護(hù)場(chǎng)站均安裝一套直流恒電位儀，陰極保護(hù)場(chǎng)站進(jìn)出管道均安裝電絕緣法蘭，靠近管道側(cè)的電絕緣法蘭需通過(guò)金屬導(dǎo)線跨接并連接到直流恒電位儀的陰極，因此，整條管道是電連續(xù)的。
[0005]電連續(xù)管道過(guò)長(zhǎng)的“負(fù)面”累積效應(yīng)是:當(dāng)有磁暴發(fā)生時(shí)或有外來(lái)交直流雜散電流干擾時(shí)，由于整條管道的累積效應(yīng)，雜散電流干擾管地電位隨著管道長(zhǎng)度的增加而累積增加。整條管道的雜散電流干擾信號(hào)相互疊加“耦合”，使一段電連續(xù)管道的干擾管/地電位分布兩端電壓極性相反，幅值最大且接近相等，這種電壓通過(guò)大地電解質(zhì)構(gòu)成回路，使長(zhǎng)距離管道某兩點(diǎn)大電流進(jìn)入和流出，造成管道一端析出氫氣破壞防腐層的同時(shí)形成管道氫脆，為此后給管道帶來(lái)更大的腐蝕破壞打下了基礎(chǔ);而另一端則因?yàn)榇箅娏鬟M(jìn)入電解質(zhì)而使管道快速腐蝕。
[0006]為了檢測(cè)管道陰極保護(hù)是否有效，國(guó)內(nèi)外幾乎毫無(wú)例外的在管道沿程布置若干個(gè)檢測(cè)粧，采用在檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置埋地參比電極，在管道上引出檢測(cè)導(dǎo)線，在陰極保護(hù)通電和斷電不同狀態(tài)下檢測(cè)該導(dǎo)線與參比電極的管/地電位，以管/地電位的高低作為判斷管道保護(hù)水平的準(zhǔn)則，比如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的在飽和硫酸銅參比電極下-0.85伏到-1.2伏為合理保護(hù)區(qū)。
[0007]這樣做的結(jié)果是可以很清楚的看出檢測(cè)點(diǎn)管道的保護(hù)狀態(tài)，但是，經(jīng)常有檢測(cè)結(jié)果證明保護(hù)很好的數(shù)據(jù)而管道腐蝕卻很嚴(yán)重，很多情況下把它簡(jiǎn)單的歸結(jié)為地下雜散電流腐蝕，而雜散電流腐蝕的來(lái)龍去脈又很難分清。雖然管道上也有少部分檢測(cè)電流的檢測(cè)粧，而這有限時(shí)間個(gè)別點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)并不能描繪出實(shí)時(shí)變化不確定的管道整體電流進(jìn)出的真實(shí)情況，也無(wú)法作為判斷管道保護(hù)狀態(tài)的權(quán)威依據(jù)，陰極保護(hù)狀態(tài)下管道局部腐蝕很嚴(yán)重成了業(yè)內(nèi)亟須解決的難題。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)以大地參比電極檢測(cè)的管/地電位差異很大，這里至少有兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題是采集的電位數(shù)據(jù)不同步，由于受到雜散電流影響的管/地電位是時(shí)刻變化的，不同步采集的數(shù)據(jù)無(wú)法反應(yīng)雜散電流影響的真實(shí)情況。另一個(gè)如果大地電位是零，則根據(jù)管道不同點(diǎn)之間電位差和管道電阻計(jì)算他們之間的巨大電流根本與事實(shí)不符。如果以某一點(diǎn)為參考，大地電位是不同的，盡管這種差別一般只在數(shù)百毫伏以內(nèi)，而這數(shù)百毫伏對(duì)管道陰極保護(hù)要求的、在飽和硫酸銅參比電極下0.35伏(-0.85伏到-1.2伏)壓差波動(dòng)的電位變化區(qū)間來(lái)說(shuō)，已經(jīng)嚴(yán)重影響管道的陰極保護(hù)狀態(tài)的正確判斷。所以，以大地為參考測(cè)量管/地電位作為準(zhǔn)則判斷管道保護(hù)狀態(tài)的條件至少是不夠充分的。
[0009]從本質(zhì)上看，以管道為陰極，當(dāng)給管道所在位置的大地外加電壓大于原電池電壓時(shí)，原電池就處于抑制狀態(tài)不再發(fā)揮作用，腐蝕就應(yīng)該停止，而現(xiàn)有的管/地電位檢測(cè)方法無(wú)法檢測(cè)到原電池的影響狀態(tài)，當(dāng)然也就不能清楚地知道管道的腐蝕狀態(tài)，尤其是恒電位儀僅以個(gè)別反饋點(diǎn)電位來(lái)調(diào)節(jié)保護(hù)輸出，就更不可能發(fā)現(xiàn)其他點(diǎn)保護(hù)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其他點(diǎn)電位超過(guò)保護(hù)區(qū)后，為了防止腐蝕往往將陰極保護(hù)系統(tǒng)電壓拉得更低，由于檢測(cè)周期長(zhǎng)和檢測(cè)數(shù)據(jù)代表性差，發(fā)現(xiàn)管道保護(hù)電壓不合理時(shí)已經(jīng)是很久以前早已發(fā)生的漏電腐蝕事件，拉低電壓的必然結(jié)果是，降低管/地保護(hù)電位使原來(lái)發(fā)現(xiàn)部位的局部腐蝕停止了，又有新的部分管道因過(guò)保護(hù)而析氫，造成新的管道氫脆和防腐層脫落，形成新的破壞點(diǎn)，然后再去調(diào)整保護(hù)電位，造成惡性循環(huán)，致使管道腐蝕點(diǎn)越來(lái)越多，陰極保護(hù)設(shè)備輸出功率越來(lái)越大，終因功率有限不能繼續(xù)工作，管道開(kāi)始加速腐蝕報(bào)廢的進(jìn)程。
[0010]由于現(xiàn)有電位檢測(cè)方式無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕點(diǎn)，為了管道安全，必須另外按一定周期進(jìn)行專門的腐蝕檢測(cè)，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的部分開(kāi)挖修補(bǔ)，而管道腐蝕不嚴(yán)重的地方難于及時(shí)發(fā)現(xiàn)，只能任其繼續(xù)腐蝕，結(jié)果是越修補(bǔ)管道腐蝕點(diǎn)越多，最后腐蝕點(diǎn)逐步增多到使管道終于失去修補(bǔ)價(jià)值。
[0011 ]可見(jiàn)，埋地金屬管道這種保護(hù)與腐蝕嚴(yán)重后再修補(bǔ)維護(hù)方法一是不能很好地保護(hù)管道，二是周期性檢測(cè)修補(bǔ)浪費(fèi)大量資金人力的同時(shí)最終還是導(dǎo)致管道百孔千瘡泄漏事故不斷增多而過(guò)早報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0012]本發(fā)明就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足和人們的需求提出來(lái)的。
[0013]埋地金屬管道壽命主要是由腐蝕速度決定的，腐蝕絕大部分來(lái)源于絕緣層損壞漏電后接觸電解質(zhì)形成原電池造成的電化學(xué)腐蝕和雜散電流腐蝕。一條埋地金屬管道會(huì)有無(wú)窮多不同程度的絕緣層損壞漏電點(diǎn)，就有可能形成無(wú)窮多的腐蝕原電池，這些腐蝕原電池的回路長(zhǎng)短、距離遠(yuǎn)近、阻抗大小各異，對(duì)管道產(chǎn)生的影響各不相同，特別是對(duì)于年久失修的管道，這樣的點(diǎn)特別多，這又為各種原因產(chǎn)生的雜散電流開(kāi)通了無(wú)數(shù)個(gè)回路，使管道腐蝕不斷的加速。絕緣層可靠無(wú)漏電，管道就不會(huì)形成電化學(xué)腐蝕，也就消除了雜散電流通路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣層損壞漏電點(diǎn)，及時(shí)修復(fù)絕緣層，過(guò)小暫時(shí)不需要修復(fù)的部分采用陰極保護(hù)電壓抑制原電池的形成，就能消除電解質(zhì)對(duì)管道的腐蝕破壞作用，這就是本發(fā)明的思想基礎(chǔ)。
[0014]本發(fā)明公開(kāi)了一種埋地金屬管道安全保護(hù)方法，這種方法的突出特征首先是建立以保護(hù)管道絕緣良好為目標(biāo)的埋地管道安全保護(hù)準(zhǔn)則，把絕緣作為管道防護(hù)的主要方法，陰極保護(hù)作為防護(hù)的輔助方法，把長(zhǎng)距離管道劃分成不同的獨(dú)立檢測(cè)保護(hù)區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)都安裝能夠以恒定直流電流或電壓輸出、也能夠以直流脈沖方式輸出、還能夠在整個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)建立一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)以檢測(cè)電流為特征的實(shí)時(shí)陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沿管道被保護(hù)區(qū)設(shè)有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)立系統(tǒng)內(nèi)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)一檢測(cè)電位參考點(diǎn)，在實(shí)時(shí)陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向管道提供保護(hù)和停止保護(hù)兩種狀態(tài)下，在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)或監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，借助于產(chǎn)生電流增量和增設(shè)恒流源等手段，分別檢測(cè)點(diǎn)或區(qū)間的管道電位、大地電位、參比電極電位、采樣電阻上的電壓，利用歐姆定律計(jì)算不同的電流、電阻、溫度，監(jiān)視管道絕緣電阻的變化，一旦發(fā)現(xiàn)絕緣層漏電就根據(jù)歐姆定律、戴維南定理、基爾霍夫定律分析計(jì)算，報(bào)出漏電危險(xiǎn)程度和具體位置，監(jiān)視管道保護(hù)電壓、保護(hù)電流的變化，以實(shí)時(shí)檢測(cè)所有點(diǎn)的綜合數(shù)據(jù)為反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整陰極保護(hù)電源輸出抑制腐蝕原電池的形成，這種自動(dòng)調(diào)整的突出特點(diǎn)是使保護(hù)電壓控制在既保護(hù)管道又不產(chǎn)生過(guò)保護(hù)的區(qū)間內(nèi)，同時(shí)根據(jù)反饋調(diào)整對(duì)檢測(cè)區(qū)的整體影響，通過(guò)漏電流的監(jiān)視能夠預(yù)測(cè)漏電修補(bǔ)點(diǎn)的重要度，為管道絕緣層損壞修補(bǔ)提供經(jīng)濟(jì)合理的解決方案，也能夠根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)對(duì)不及時(shí)解決可能導(dǎo)致的問(wèn)題報(bào)警。除了正常實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)之外，需要時(shí)，采用電流掃描的方式實(shí)現(xiàn)微小漏電點(diǎn)的檢查和定位。為了檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠準(zhǔn)確，本發(fā)明對(duì)作為電流檢測(cè)的采樣電阻都進(jìn)行溫度補(bǔ)償計(jì)算，得到了除溫度影響以外管道電阻實(shí)際變化的數(shù)值，據(jù)此，結(jié)合管道工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了管道內(nèi)部損壞與應(yīng)力危險(xiǎn)預(yù)警，根據(jù)同步綜合電流檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了雜散電流檢測(cè)預(yù)警，從而分辨出漏電部位雜散電流腐蝕與原電池腐蝕性質(zhì)的差異以及腐蝕被抑制的程度，據(jù)此提出了管道不再大修的及時(shí)修補(bǔ)法，從而消滅管道外腐蝕百孔千瘡造成的報(bào)廢，延長(zhǎng)管道壽命。
[0015]所說(shuō)的埋地金屬管道安全保護(hù)方法，其特征是:其中的埋地管道安全保護(hù)準(zhǔn)則包括監(jiān)測(cè)方法、保護(hù)狀態(tài)的認(rèn)定和保護(hù)電位的確定:監(jiān)測(cè)方法的認(rèn)定是:采用實(shí)時(shí)電流法檢測(cè)為核心的綜合監(jiān)測(cè)方法，這種檢測(cè)方法是將整個(gè)保護(hù)區(qū)的監(jiān)測(cè)看作一個(gè)整體，通過(guò)上位機(jī)統(tǒng)一控制各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)下位機(jī)同步檢測(cè)不同的數(shù)據(jù);管道安全保護(hù)狀態(tài)的判定:管道絕緣損壞點(diǎn)有陰極保護(hù)電流流入為保護(hù)狀態(tài)，沒(méi)有陰極保護(hù)電流流入為腐蝕狀態(tài);保護(hù)電位區(qū)間的確定是根據(jù)保護(hù)區(qū)段內(nèi)的大地自然電位、管道電位、通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的保護(hù)電位和析氫電位確定的，在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)以前，對(duì)于碳鋼結(jié)構(gòu)管道，采用飽和硫酸銅參比電極下管道比大地低0.85V?1.05V為合理控制區(qū)間，采用其他參比電極的，按照其他參比電極與飽和硫酸銅參比電極電位差換算電位，如果被保護(hù)的金屬管道材質(zhì)不同，則應(yīng)該按照不同金屬材料與碳鋼結(jié)構(gòu)材料之間的電位差進(jìn)行換算保護(hù)電位。如果被保護(hù)管道的保護(hù)電流和電位都處在合理區(qū)間，該管道就被認(rèn)為是處于保護(hù)完好狀態(tài)。在檢測(cè)電壓和管道保護(hù)電位數(shù)值的處理分析上，不再稱“管/地”電位，而統(tǒng)一稱電壓和保護(hù)電位，在數(shù)值上，相當(dāng)于把“管/地”電位的符號(hào)反過(guò)來(lái)稱呼命名。
[0016]所說(shuō)的埋地金屬管道安全保護(hù)方法，其特征是:其中的把絕緣作為管道