陰極保護(hù)及雜散電流調(diào)研材料

陰極保護(hù)及雜散電流調(diào)研材料Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuseForpersonaluseonlyinstudyandresearch;not

forcommercialuse2014年5月8日目錄第一章陰極保護(hù)技術(shù)最新研究進(jìn)展 錯(cuò)誤！未定義書簽1、陰極保護(hù)數(shù)值模擬 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.1地下管線陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)值模擬概況 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2儲(chǔ)罐外底部陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)值模擬概況 錯(cuò)誤！未定義書簽。2、在線監(jiān)測系統(tǒng) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3、新型陽極 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1新型犧牲陽極 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2輔助陽極 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。第二章雜散電流排流研究進(jìn)展 錯(cuò)誤！未定義書簽1、雜散電流研究背景 錯(cuò)誤！未定義書簽。2、雜散電流國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 錯(cuò)誤！未定義書簽。3、雜散電流的防護(hù) 錯(cuò)誤！未定義書簽。4、雜散電流的排流防護(hù) 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1排流方法 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2排流器的選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)第一章陰極保護(hù)技術(shù)最新研究進(jìn)展對(duì)長輸管道工藝站場的埋地管道和油庫地上大型儲(chǔ)罐罐底板實(shí)施區(qū)域性陰極保護(hù)是站場綜合保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)，目前采用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)為主，可以采用多種輔助陽極的埋設(shè)方式。長距離油氣管道外壁防腐通常采用涂敷涂層配合陰極保護(hù)技術(shù)，目前應(yīng)用廣泛的陰極保護(hù)方法是采取外加電流與犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)的方法。目前，陰極保護(hù)的最新研究進(jìn)展和未來發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：（1）實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、建立保護(hù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化保護(hù)參數(shù)并對(duì)陰極保護(hù)的效果作出科學(xué)預(yù)測與評(píng)估；（2）建立陰極保護(hù)自動(dòng)檢測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制；（3）開發(fā)研制對(duì)環(huán)境污染小、穩(wěn)定性好、壽命長、高性能輔助陽極材料。1、陰極保護(hù)數(shù)值模擬在進(jìn)行埋地管線及地面儲(chǔ)罐復(fù)雜腐蝕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用時(shí)，采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法難以獲得陰極保護(hù)系統(tǒng)的最佳方案，近年來通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算，可以提供例如電位、電流密度的分布規(guī)律和電能消耗等應(yīng)用中需要的設(shè)計(jì)參數(shù)，預(yù)測涂層性質(zhì)的變化和雜散電流的干擾作用等各種因素對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響，可以用來優(yōu)化陰極保護(hù)系統(tǒng)的電極位置，實(shí)現(xiàn)全壽命期內(nèi)可控制和有預(yù)見性的復(fù)合腐蝕防護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)?？梢哉f陰極保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)值仿真時(shí)代。1.1地下管線陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)值模擬概況為了保護(hù)管線外部涂層不充分和涂層破損的部分，通常采用涂層與陰極保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)合方式進(jìn)行地下管線外部的腐蝕防護(hù)。傳統(tǒng)的陽極阻抗公式忽略了電位和電流在管線上的分布，不能夠充分模擬管線涂層出現(xiàn)缺陷時(shí)的狀況。國內(nèi)外在對(duì)陰極保護(hù)電位分布的數(shù)值模擬研究中，大多數(shù)采用拉普拉斯方程作為電位分布的描述方程。而對(duì)描述方程的求解方法主要為有限元法和邊界元法。國外通常將有限元法和邊界元法結(jié)合用于長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)模擬優(yōu)化。AlijaMuhdreovli使用有限元法和邊界元法聯(lián)用的方法，計(jì)算了在使用犧牲陽極進(jìn)行陰極保護(hù)的管道表面的保護(hù)電位和陰極保護(hù)電流密度分布，探討了土壤電阻率和陽極至管道距離等因素對(duì)保護(hù)電位的影響，結(jié)果表明該方法可以用于所有條件下陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。LeslieBort[2等利用BEM技術(shù)分別對(duì)新建管道陰極保護(hù)系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)以及在役管道陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明在設(shè)計(jì)案例中，由于數(shù)值仿真技術(shù)的應(yīng)用，該管道的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)費(fèi)用節(jié)省了25萬歐元。英國ComputationalMechanicsBEAS研發(fā)的BEASY腐蝕控制數(shù)值模擬軟件在船舶、近海平臺(tái)、油井方面已有廣泛的應(yīng)用，通過確定土壤環(huán)境下的涂層和管道等相關(guān)因素的邊界條件，能夠成功地將其應(yīng)用到長輸管道陰極保護(hù)的數(shù)值模擬上。比利時(shí)Elsyca公司開發(fā)了ElsycaCPMaste]等系列商業(yè)化軟件，可以高效分析優(yōu)化長輸管線和區(qū)域站場內(nèi)強(qiáng)制電流和犧牲陽極組合設(shè)計(jì)方案，在處理復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)域陰極保護(hù)方面具有國際領(lǐng)先地位。國內(nèi)，李自力等[3建立了長輸管線陰極保護(hù)電位分布的簡單物理模型，并采用邊界元算法的管單元法推導(dǎo)出電位分布的簡單數(shù)學(xué)模型，以實(shí)測陰極極化曲線作為邊界條件，采用Matlab工具編程，計(jì)算出長輸管線陰極保護(hù)的電位分布，與試驗(yàn)設(shè)計(jì)測試的管線電位相比誤差較小。張豐等[4采用邊界元數(shù)值模擬軟件BEASYCP對(duì)管道干線的陰極保護(hù)進(jìn)行模擬計(jì)算，研究了均壓線跨接對(duì)并行管道陰極保護(hù)的影響。1.2儲(chǔ)罐外底部陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)值模擬概況國外，AdeyRobert等⑸通過采用基于邊界元技術(shù)的數(shù)值模擬軟件（BEASY）開展對(duì)大型地面相鄰原油儲(chǔ)罐罐底外表面陰極保護(hù)系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明這種軟件可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化計(jì)算儲(chǔ)罐的陽極位置，使得陰極保護(hù)效果達(dá)到最佳，保護(hù)對(duì)象表面電位分布均勻，并有效降低陽極的輸出電流，可有效解決常規(guī)經(jīng)驗(yàn)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方法無法實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)難題。國內(nèi)，杜艷霞等［6］基于活化極化和濃差極化混合控制建立了大型儲(chǔ)罐的陰極保護(hù)電位計(jì)算模型，推導(dǎo)了陰極邊界條件公式。利用FLUENT軟件較好的模擬了目前國內(nèi)外儲(chǔ)罐陰極保護(hù)普遍采用的5種陽極埋設(shè)方式下罐底的陰極保護(hù)電位分布和相關(guān)參數(shù)的影響。邊界元數(shù)值模擬軟件BEASYCP在研究陰極保護(hù)影響因素干擾趨勢(shì)和規(guī)律方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，張豐等［7］利用該軟件對(duì)站場儲(chǔ)罐區(qū)陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，所得結(jié)果具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著計(jì)算機(jī)的普及和廣泛應(yīng)用，利用數(shù)值方法求解陰極保護(hù)體系的電位和電流分布問題已成為最近十多年陰極保護(hù)領(lǐng)域中的熱門課題，并在地下長輸管道、近海石油平臺(tái)等場合得到了較好的應(yīng)用，節(jié)省了大量的人力、物力，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。2、在線監(jiān)測系統(tǒng)管道陰極保護(hù)檢測是管道防腐工作的重要內(nèi)容，目前國內(nèi)多依靠萬用表人工檢測。現(xiàn)行的人工檢測方法具有耗時(shí)長、成本高、不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、危險(xiǎn)性高等缺點(diǎn)，難以滿足管道陰極保護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。目前，利用現(xiàn)代通信技術(shù)，國內(nèi)外正在開展在線管道陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究。國外，美國天然氣研究所（GTI）正在研制的用于檢測天然氣管線保護(hù)狀態(tài)的系統(tǒng)-陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，采用無線方式測量管線的保護(hù)電位和陽極輸入電流密度等保護(hù)參數(shù)，通過手持設(shè)備發(fā)出信號(hào)，埋在土壤中的應(yīng)答器接收信號(hào)后返回信號(hào)。這些信號(hào)包括陽極位置信號(hào)和陰極保護(hù)參數(shù)（管道電位及陽極輸出電流）。系統(tǒng)采用銅/硫酸銅參比電極（使用壽命30a）和鋰電池（使用壽命15a）。美國INCON公司的TS-CPM陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)主要針對(duì)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用于監(jiān)測陰極保護(hù)站內(nèi)恒電位儀的工作狀態(tài)。系統(tǒng)測量的參數(shù)包括恒電位的輸出電壓和電流，通過專用軟件遠(yuǎn)程監(jiān)測陰極保護(hù)站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況。國內(nèi)，川氣東送管道全線采用以強(qiáng)制電流保護(hù)為主、犧牲陽極保護(hù)為輔的聯(lián)合保護(hù)方案。陰極保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)通過服務(wù)器端開放數(shù)據(jù)庫接口實(shí)現(xiàn)與SCADA系統(tǒng)的對(duì)接，它以地理信息系統(tǒng)（GIS）為管理平臺(tái)，以SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，通過后臺(tái)服務(wù)程序完成GIS空間數(shù)據(jù)與遙測遙控關(guān)系數(shù)據(jù)的整合，實(shí)現(xiàn)基于GIS/GPRS的陰極保護(hù)在線監(jiān)控［8］。宮文杰等［9］針對(duì)人工巡檢長輸管道陰極保護(hù)的不足，設(shè)計(jì)了一種長輸管道陰極保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。硬件部分基于DSP和GPRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道陰極保護(hù)電位的在線測量和信息的傳輸。軟件部分基于VC++,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、保存和計(jì)算機(jī)輔助分析。現(xiàn)場試驗(yàn)表明：研制的在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好、可靠性高。西氣東輸二線管道使用了陰極保護(hù)在線檢測監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式隨時(shí)監(jiān)視并調(diào)整恒電位儀的工作狀態(tài)，3年多的運(yùn)行實(shí)踐表明，該系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)了長輸管道陰極保護(hù)的統(tǒng)一集中管理，提高了陰極保護(hù)管理的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性［10］。川西埋地輸氣管道采用基于WebGIS的陰極保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過GPRS無線通訊方式將采集到的陰極保護(hù)電位定時(shí)傳送到監(jiān)測中心，既提高了測量精度又提高時(shí)效及資源共享程度，為管道維護(hù)提供了實(shí)時(shí)決策依據(jù)［11］。對(duì)于站場區(qū)域性陰極保護(hù)，勝利油田采用研華ADAM-4017陰極保護(hù)智能監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊，多個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊連接在RS一485總線上，監(jiān)控主機(jī)采用輪詢的方式與數(shù)據(jù)總線上的模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)多個(gè)陰極保護(hù)電位的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測［12］。開發(fā)于2004年的原油儲(chǔ)罐防腐蝕在線遙控遙測及壽命預(yù)測裝置［13］，其儲(chǔ)罐內(nèi)壁保護(hù)為防腐蝕涂層加高活化鋁犧牲陽極保護(hù)，安裝在罐底內(nèi)壁鋁合金犧牲陽極處，設(shè)有參比電極探頭。參比管絕緣管設(shè)有可伸縮測量電極，可彌補(bǔ)現(xiàn)有保護(hù)陽極使用中的缺陷，可以實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程測量儲(chǔ)罐主要部位的腐蝕防護(hù)電位及用陰極保護(hù)站設(shè)備進(jìn)行電氣參數(shù)測量，并能根據(jù)腐蝕防護(hù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，實(shí)行遠(yuǎn)程遙控調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，也使陰極達(dá)到充分保護(hù)。3、新型陽極3.1新型犧牲陽極犧牲陽極的陰極保護(hù)方法，適用于土壤電阻率較低、直徑較小的儲(chǔ)罐以及個(gè)別較小的改造站場或者埋地管道較少的站場。犧牲陽極由早期的純金屬發(fā)展到今天的合金陽極，犧牲陽極的電化學(xué)性能取得了長足的進(jìn)步。未來的犧牲陽極將進(jìn)一步向新型合金化發(fā)展，新型的廣譜的合金陽極，既有高的電流效率，又能適用于普遍的環(huán)境，克服目前Mg合金陽極的電流效率低，Zn合金陽極只適用于低電阻的環(huán)境的缺點(diǎn)，以滿足市場的需要，進(jìn)一步的發(fā)展，犧牲陽極實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)化。智能化的陽極可以根據(jù)被保護(hù)體對(duì)電流的需求的變化，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，當(dāng)今出現(xiàn)的新型復(fù)合陽極，已經(jīng)有了一定的自我調(diào)節(jié)性能，這種陽極的出現(xiàn)，代表了未來犧牲陽極發(fā)展的趨勢(shì)。3.2輔助陽極外加電流陰極保護(hù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地下儲(chǔ)罐、鋼筋混凝土、船舶、橋梁、化工設(shè)備等許多結(jié)構(gòu)的防腐。其中輔助陽極是外加電流保護(hù)技術(shù)的核心部件，在我國目前應(yīng)用最廣泛的輔助陽極材料主要是高硅鑄鐵，近年來開始采用導(dǎo)電聚合物柔性陽極，但混合金屬氧化物陽極還很少應(yīng)用。由于聚合物柔性陽極和混合金屬氧化物陽極具有許多其它陽極無可比擬的特性，因此它們將會(huì)成為外加電流陰極保護(hù)輔助陽極的發(fā)展與應(yīng)用方向。（1）柔性陽極柔性陽極特別適于裸管或涂層嚴(yán)重破壞的管道、受屏蔽的復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)的保護(hù)以及高電阻率的土壤中，是目前復(fù)雜站場區(qū)域陰極保護(hù)尤其原油儲(chǔ)備庫埋地管線的最可靠的保護(hù)方式。胡士信等[14]在國內(nèi)首次在舊管道上采用柔性陽極，從陽極接地電阻和保護(hù)參數(shù)看，柔性陽極性能優(yōu)良可靠，是已建舊管道陰極保護(hù)的理想方案之一。長慶油田在2010年首次采用柔性陽極對(duì)寧夏石油商業(yè)儲(chǔ)備庫8臺(tái)10萬m3儲(chǔ)罐進(jìn)行陰極保護(hù)。新型的柔性陽極陰極保護(hù)以其不產(chǎn)生污染物不占用場地保護(hù)效果好、電效率高、能耗小、工作壽命較長展示了優(yōu)勢(shì)[15]。武漢愛勞高科技有限責(zé)任公司于2011年研發(fā)了用于金屬防腐的柔性陽極電纜，解決了制作長線柔性陽極的導(dǎo)電防腐材料所要求的低電阻、高強(qiáng)度、柔性好、耐化學(xué)腐蝕、耐酸堿鹽性能的問題［16］。劉嚴(yán)強(qiáng)等［17］研發(fā)的實(shí)用新型柔性陽極，其主要特點(diǎn)是在柔性導(dǎo)體外部設(shè)置有化纖材料包裹層，可生產(chǎn)出具有不同橫縱向電阻比的柔性陽極，增加柔性陽極電流衰減率的可調(diào)性，解決現(xiàn)有柔性陽極產(chǎn)品在需要較大排流密度和較長保護(hù)距離的情況下不能滿足要求的問題，提高柔性陽極產(chǎn)品在埋地管道和儲(chǔ)罐陰極保護(hù)項(xiàng)目中的應(yīng)用范圍。（2）網(wǎng)狀混合金屬氧化物陽極（MMO陽極）混合金屬氧化物陽極是采用熱分解方法在金屬基體上涂覆一層具有電催化活性的氧化物涂層的一種陽極?；旌涎趸锿繉佑蒚r、Ta、Ru等多種金屬氧化物組成。這種活性涂層是作為一種電活性的催化劑，不直接參與電極反應(yīng)，使得混合金屬氧化物陽極電化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，電催化活性高，工作電壓低，消耗率低，使用壽命長，并且可以反復(fù)使用。目前國際上已研發(fā)了第二代MMO新型陽極，是由MMO陽極線、焦碳回填料、纖維織物包覆套（填料袋）和耐磨編織網(wǎng)組成［18］。由于混合金屬氧化物陽極具有其它陽極所不具備的優(yōu)點(diǎn)，它已成為目前最為理想和最有前途的輔助陽極材料。許立坤等［19］發(fā)明的由主陽極電纜、管狀陽極體和碳質(zhì)填料包所構(gòu)成的分布式金屬氧化物柔性陽極，具有較大的排流量和工作電流密度，良好的電化學(xué)性能和長的使用壽命，易于安裝，并能長期可靠地工作。徐笑紆等［20］發(fā)明的柔性陽極節(jié)點(diǎn)密封結(jié)構(gòu)，包括有內(nèi)部電纜和MMO絲，內(nèi)部電纜和MMO絲做指節(jié)式聯(lián)接，在節(jié)點(diǎn)上整體包覆有具有密封及耐腐蝕性能的聚合物，在聚合物外表面設(shè)有多個(gè)溝槽。該發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種密封好、耐腐蝕、改善彎曲受力、使彎曲更容易的MMO型柔性陽極節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。王廷勇等［21］研制了一種以Tr為主要活性組員的鈦基混合金屬氧化物陽極，研究表明該陽極在海水中具有優(yōu)異的電化學(xué)活性和穩(wěn)定性，其消耗速率低，屬于不溶性的陽極材料。適合做大排流量的陽極材料，可應(yīng)用于大型艦船及海上鋼結(jié)構(gòu)物的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中。此外，現(xiàn)代輔助陽極的結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化。傳統(tǒng)的輔助陽極都為棒形結(jié)構(gòu)，對(duì)于鋼筋混凝土陰極保護(hù)用輔助陽極，到目前為止已經(jīng)開發(fā)研究成功了幾種：噴鋅層陽極；導(dǎo)電涂層陽極；導(dǎo)電塑料電線網(wǎng)陽極；活化鈦板網(wǎng)陽極等。帶狀輔助陽極，網(wǎng)狀輔助陽極是近年開發(fā)出的一種新型陽極，主要用于埋地管道、儲(chǔ)罐底部及鋼筋混凝土的保護(hù)，可以解決傳統(tǒng)陰極保護(hù)做不到的問題，如干擾問題、高電阻率問題等。參考文獻(xiàn)[1]MuharemovicA，ZildzoH，BehlilovicN，etc.Numericalmodelforcalculationofparametersofcathodicprotectionsystemwithgalvanicanodes.inInformation,CommunicationandAutomationTechnologies,2009.ICAT2009.XXIIInternationalSymposiumon.2009:IEEE.[2]MariusPurcar,LeslieBortels.Designandoptimizationofpipelinecathodicprotectionsystem[J].FasciculadeEnergetic,2009,-1259:42.89李自力，崔淦，尚興彬，等.長輸管線陰極保護(hù)電位分布的數(shù)值模擬J].腐蝕與防護(hù)，2013(06)：468-470+478.張豐，薛致遠(yuǎn)，王維斌，等.均壓線跨接對(duì)并行管道陰極保護(hù)影響的數(shù)值模擬研究[C]//第三屆世界石油天然氣工業(yè)安全會(huì)議論文集.北京：中國石油大學(xué)(北京)，2010.AdeyR，BaynhamJ.ComputersimulationasanaidtoCPsystemdesignandinterferenceprediction.inProceedingsoftheCEOCOR2000conference,Brussels,Belgium.2000.杜艷霞，張國忠.儲(chǔ)罐底板外側(cè)陰極保護(hù)電位分布的數(shù)值模擬[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2006(06)：346-350．張豐，陳洪源，李國棟，等．?dāng)?shù)值模擬在管道和站場陰極保護(hù)中的應(yīng)用[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2011(03)：208-212+6.薛光，黃明軍.管道工程智能測試樁和陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)[J].油氣田地面工程，2011(06)：63-65.宮文杰，黃琦，張昌華.基于DSP/GPRS的長輸管道陰極保護(hù)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J].管道技術(shù)與設(shè)備，2011(04)：38-39+48.安龍虎，李振軍，鄧星露，等.陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)在西氣東輸二線上的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2013(05)：50-54+9.鄭鳳，王雨生，孔德生，等.基于WebGIS的川西輸氣管道陰極保護(hù)在線監(jiān)測[J].天然氣與石油，2012(03)：75-77+103.王峰.強(qiáng)制電流陰極保護(hù)及智能監(jiān)測系統(tǒng)J].油氣田地面工程，2008,27(7)：68,70.陳如灼，武烈，張玉明，等.原油儲(chǔ)罐防腐在線遙測遙控及壽命預(yù)測的裝置：中國，03259244[P].2003-07.胡士信，陳向新，薛致遠(yuǎn)等.已建油庫埋地管道陰極保護(hù)J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，1999，11(4):227.岳志宏，白成勇，陳永馨.柔性陽極陰極保護(hù)技術(shù)在大型儲(chǔ)罐施工中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2011，37(2):50.劉旭，蔡細(xì)楚.柔性陽極電纜[P].中國專利，7194.7,2008.劉嚴(yán)強(qiáng)，張凱昌，賴廣森等.柔性陽極[P].中國專利,2837.1,2011.李濟(jì)克.柔性陽極在石油石化領(lǐng)域的應(yīng)用及市場前景[J].全面腐蝕控制，2012，26(4):1-4.許立坤，王廷勇，錢榮春等.分布式金屬氧化物柔性陽極[P].中國專利,3720.1，2006.徐笑紆，侯賀民，白寶豐等.一種用于陰極保護(hù)的輔助陽極-柔性陽極節(jié)點(diǎn)密封結(jié)構(gòu)[P].中國專利，7191.3，2012.王廷,勇許,立坤,等.鈦基混合金屬氧化物陽極在外加電流陰極保護(hù)中的應(yīng)用[J].2002.第二章雜散電流排流研究進(jìn)展1、雜散電流研究背景雜散電流是指在設(shè)計(jì)或規(guī)定的回路以外流動(dòng)的電流。如果雜散電流一旦流人油氣管道再從油氣管道流出進(jìn)人大地或水中，則在電流流出部位發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，即雜散電流干擾腐蝕，簡稱為電蝕。按照雜散電流產(chǎn)生的電流源，可以把雜散電流分為直流雜散電流、交流雜散電流和大地中自然存在的地雜散電流三類，且各具有不同的特點(diǎn)。直流雜散電流主要來源于直流運(yùn)輸牽引系統(tǒng)、直流電解設(shè)備、電焊機(jī)、直流輸電線路和陰極保護(hù)系統(tǒng)中；交流雜散電流主要來源于交流電氣化鐵路牽引系統(tǒng)、交流高壓輸配電線路系統(tǒng)，通過阻性、感性和容性耦合在相鄰的管線或金屬體中產(chǎn)生交流雜散電流，但交流雜散電流對(duì)金屬具有選擇性。對(duì)于鋁，當(dāng)腐蝕電流密度達(dá)到某一值時(shí)腐蝕急劇增加，在同一電流密度下，腐蝕量可以達(dá)到直流干擾理論腐蝕量的約50％。對(duì)于鐵則腐蝕較輕微，一般情況下，不會(huì)超過直流干擾理論腐蝕量的1％，然而比土壤中的自然腐蝕要嚴(yán)重一些；由地磁場的變化感應(yīng)出來的地雜散電流，一般情況下只有大約2mA/h2左右，從腐蝕角度看并不重要，其中以電氣化鐵路車輛直流供電牽引系統(tǒng)產(chǎn)生的直流雜散電流是造成埋地管線雜散電流腐蝕的主要原因。形成雜散電流的原因很多也很復(fù)雜，容易受到諸多環(huán)境因素的影響，主要有以下兩點(diǎn)：①電流泄漏，電流泄漏主要是由于接觸或絕緣不好等原因造成的，是形成雜散電流的一個(gè)主要原因；②電位梯度，電位梯度也是產(chǎn)生雜散電流的一個(gè)重要原因。如果某一電場的電位分布是不均勻的，存在著電位梯度，就會(huì)對(duì)電場中的帶電粒子（金屬中的自由電子）產(chǎn)生電場力，在電場力的作用下，金屬內(nèi)部的自由電子就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，造成電子與金屬陽離子的分離，從而造成此電場中的金屬結(jié)構(gòu)物發(fā)生雜散電流腐蝕。埋地金屬管線的陰極保護(hù)系統(tǒng)會(huì)在它周圍一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電場，如果此電場中存在著金屬結(jié)構(gòu)物，就會(huì)造成金屬結(jié)構(gòu)僅供個(gè)人參考物的腐蝕。雖然雜散電流腐蝕和干擾的威脅由于合理的采用了現(xiàn)代排流措施，從而在很大程度上得到抑制，但是由于雜散電流的影響是非常巨大、非常普遍的，雜散電流腐蝕和干涉的危險(xiǎn)程度依然很強(qiáng)烈，極大的加速了金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕速度，消減金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至可以釀成重大事故，故其依然是一個(gè)值得關(guān)注的熱點(diǎn)問題。2、雜散電流國內(nèi)外研究現(xiàn)狀解決雜散電流腐蝕防護(hù)問題的方法需要建立在電位測量的基礎(chǔ)上，因此電位測量對(duì)解決雜散電流腐蝕問題具有十分重要的意義，埋地管線的電位以及電位梯度是影響腐蝕的關(guān)鍵因素，但是測量的結(jié)果往往受到電阻和測量時(shí)間等因素的影響，而且由雜散電流引起的電場十分不確定，變化也十分隨意的，因此雜散電流的數(shù)值計(jì)算和結(jié)果分析也是至關(guān)重要的。FerenceM］通過在地下設(shè)置一系列的電極，測量出不同的電位值，得到了電流和地下電場的方向；Park［21在地鐵雜散電流的研究中，分別測量了地鐵軌道電位和附近管線電位，通過所測量電位值和它的標(biāo)準(zhǔn)差，決定了雜散電流的腐蝕危害程度；Bazzoni和Lazzari⑶提出了一種外推的方法來獲得金屬結(jié)構(gòu)物上的電位,二人認(rèn)為通過此種方法得到的電位值可以消除環(huán)境因素的干擾，是比較準(zhǔn)確的；Matin和brinsmead［4］等學(xué)者采用了一些數(shù)學(xué)的方法也獲得了比較精確的電位值；為了更好的評(píng)價(jià)雜散電流對(duì)金屬結(jié)構(gòu)物的腐蝕危害程度，K.Darowicki，K.Zakowskib］測量分析了24小時(shí)因輕軌泄漏而形成的雜散電流的電位變化特征;LucaBertolini和MaddalenaCarsana［6］通過研究混凝土內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)雜散電流腐蝕的形成和擴(kuò)展，表明只有雜散電流通過一定的時(shí)間后，在陽極區(qū)由雜散電流引起的腐蝕才會(huì)加強(qiáng)，這個(gè)時(shí)間主要取決于陽極的電流密度、氯化物的濃度和電流回路的通斷；Shi-LinChen等⑺學(xué)者實(shí)地測量了臺(tái)北地鐵附近的埋地管線的管地電位變化情況，提出了雜散電流的吸收與排流措施，并對(duì)雜散電流進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測；，進(jìn)行了詳盡的實(shí)驗(yàn)和測量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果用有限元理論和邊界元理論進(jìn)行了分析和模擬；，利用新型二極管排流裝置提高了排流效果，并用美國Camegie-Melkon大學(xué)研制的軌道運(yùn)輸模擬軟件(TrainOperationsModelTOM)對(duì)不同時(shí)段、列車不同行駛狀態(tài)產(chǎn)生的雜散電流進(jìn)行了模擬計(jì)算；KinhD.Pham等［10］建立了直流牽引系統(tǒng)中雜散電流的基本模型，對(duì)軌道與地之間不一致的分布電阻的理想狀態(tài)和軌道上不可忽略的電流衰減分別進(jìn)行了建模，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了仿真研究；趙晉云、騰延平等［11］以新大輸油管線的雜散電流腐蝕為對(duì)象，現(xiàn)場測試了管地電位、管線雜散電流等參數(shù)，表明在快軌雙向動(dòng)態(tài)干擾時(shí)，管線沒有固定的陽極區(qū)和陰極區(qū)，并提出了陰極保護(hù)裝置和極性接地排流兩種方式抑制雜散電流的腐蝕危害，實(shí)驗(yàn)效果明顯；尚秦玉、許進(jìn)等［12］用土壤電位梯度法和管地電位連續(xù)測量法，研究了高壓線路對(duì)地下輸油管道中雜散電流的影響規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)埋地管道與高壓線路平行或交叉時(shí)，管道中存在較強(qiáng)的雜散電流，且隨著離高壓線路距離的減小而增強(qiáng)；張國新、吳平等［13］采用電位差計(jì)和雜散電流測量儀研究了新疆油田電焊動(dòng)火過程中管道以及周圍土壤中的雜散電流的分布、大小及走向規(guī)律，作者認(rèn)為管道中的雜散電流并不穩(wěn)定，其變化范圍很大，最大值與最小值相差幾十倍，而且管道中雜散電流隨著距離電焊點(diǎn)的增大而減小，隨著電焊機(jī)臺(tái)數(shù)增加而增加，隨著管道管徑的增加而逐漸增加，同時(shí)在焊接過程中土壤的電位梯度增加，并隨著距離管道的增加而減小。3、雜散電流的防護(hù)雜散電流的防護(hù)遵循以下兩個(gè)原則：（1）以防為主為了減少雜散電流的危害，就應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少雜散電流量。這就需要采取有效的防雜散電流措施，使雜散電流量控制在允許的范圍內(nèi)?？刂飘a(chǎn)生雜散電流的干擾源，隔離所有可能的雜散電流的流經(jīng)途徑，減少雜散電流進(jìn)入交通系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線附近的埋地管道。具體實(shí)施時(shí)，由于涉及到的專業(yè)多，各專業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計(jì)階段更要考慮綜合防治措施，盡量減少直流系統(tǒng)與其他建筑物的電氣連接。防護(hù)手段有以下幾種：a、 控制雜散電流，主要依靠減小取流電流；合理設(shè)置變電所；回流走行軌降阻；給電軌安裝絕緣裝置。b、 雜散電流自動(dòng)補(bǔ)償?shù)窒?。c、 管道安裝絕緣法蘭。d、 電屏蔽法，即沿著受交流雜散電流干擾的管道段，以特定的間隔平行或環(huán)繞管道安裝一些屏蔽電極。一般采用外殼、網(wǎng)格或其他物體（通常為導(dǎo)電性物體）作為屏蔽電極。屏蔽電極安裝在被影響管道的一側(cè)，以充分地減弱管道背側(cè)的電氣裝置或電回路對(duì)管道的電場影響。這種方法用于保護(hù)管道不受臨近電力線路交流干擾的影響，減少在瞬間危險(xiǎn)干擾電壓下防腐層被擊穿的可能性。e、在地表或地表面下安裝一個(gè)裸導(dǎo)體系統(tǒng)。（2）以排為輔設(shè)置雜散電流的收集系統(tǒng)，通過雜散電流的收集和排流系統(tǒng)，將雜散電流導(dǎo)出埋地管道，以減輕雜散電流的腐蝕干擾。有關(guān)排流設(shè)施會(huì)在下文詳細(xì)介紹。4、雜散電流的排流防護(hù)4.1排流方法（1）直接排流法直接排流法是指將管道與鋼材等低阻地床材料用導(dǎo)線直接連接起來，并且要求地床接地電阻必須小于管道接地電阻的排流方法。這種方法排流效果好，簡單經(jīng)濟(jì)，特別適用于無陰極保護(hù)的管道。缺點(diǎn)是容易造成陰極保護(hù)電流的漏失。采用這種排流法地床與管道間距以30m左右為宜，接地電阻不宜超過0.5Q如下圖所示：管道排流線地床圖1直接排流示意圖（2） 隔直流法隔直排流法是指在被干擾管道與地床之間接入阻隔直流元件，這種方法彌補(bǔ)了直接排流的不足，可應(yīng)用于有陰極保護(hù)的管道。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。（3） 負(fù)電位排流法負(fù)電位排流法是指將被干擾管道與犧牲陽極用導(dǎo)線直接相連。這種方法排流效果好，并向管道提供了陰極保護(hù)電流。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，設(shè)計(jì)時(shí)需要注意犧牲陽極的極性逆轉(zhuǎn)問題。在實(shí)踐中，由于管道所處環(huán)境千差萬別，交流干擾情況十分復(fù)雜，要想達(dá)到滿意的防護(hù)效果，通常需要選擇不同的排流方法，或者幾種方法共同使用。下表是三種排流方式的對(duì)比：表1三種雜散電流排流方式對(duì)比排流方式直接排流隔直排流負(fù)電位排流應(yīng)用條件被干擾管道與地床直接用導(dǎo)線連接起來；地床材料為鋼材等；接地電阻必須小于管道接地電阻被干擾管道與地床間接入排流節(jié)，可埋地或置于地面；接地電阻必須小于管道接地電阻被干擾管道與犧牲陽用導(dǎo)線相連優(yōu)占八、、排流效果好；簡單、經(jīng)濟(jì)可應(yīng)用于陰極保護(hù)管道；鉗位式排流用部分干擾電壓作陰極保護(hù)排流效果好；可以向管道提供陰保護(hù)電流缺占八、、陰極保護(hù)電流漏失結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格較貴價(jià)格較咼需要注意犧牲陽極極性逆轉(zhuǎn)4.2排流器的選擇目前，在役管道上應(yīng)用的排流設(shè)施主要有用于直流雜散電流干擾減緩的極性排流器，用于交流雜散電流干擾減緩的鉗位式排流與固態(tài)去耦合器排流方式［14］。（1）極性排流器極性排流器如圖3，其主要結(jié)構(gòu)為二極管和鎂陽極接地裝置。通過極性排流裝置可將管道上的正電位通過二極管接進(jìn)大地，而保留陰極保護(hù)電位。由于管道受到電氣化鐵路交流干擾的影響，當(dāng)使用極性排流器時(shí)，在交流電壓的正半軸，電流通過二極管流入管道，而在負(fù)半軸，電壓施加在管道上，導(dǎo)致管道的電位負(fù)向偏移。將極性排流器斷開，陰極保護(hù)恢復(fù)正常，輸出電流與管地電位波動(dòng)的問題得到全面解決。極性排流器特點(diǎn)：極性排流器可在一定程度減緩直流干擾，但并不能解決直流電位過負(fù)的問題；當(dāng)直流雜散電流干擾嚴(yán)重時(shí)，使用極性排流器并不能完全消除直流雜散電流；極性排流器不能應(yīng)用在交流干擾的場合，存在交流干擾時(shí)，當(dāng)使用直流排流設(shè)施時(shí)，交流電位變大時(shí)，直流電位亦負(fù)向偏移；極性排流器的接地材料一般選用鎂陽極，而鎂陽極的壽命較短。（2）鉗位式排流器鉗位式排流是針對(duì)二極管排流的一種改進(jìn)。它是由正臂、負(fù)臂組成。負(fù)臂串聯(lián)兩只二極管Z2、Z3,正臂串入一只二極管Z],負(fù)臂上反向安裝的兩支二極管。當(dāng)干擾電壓正半波時(shí)Z]導(dǎo)通，負(fù)半波時(shí)負(fù)臂Z2、Z3導(dǎo)通。它們的正向節(jié)壓降為0.7V,負(fù)臂節(jié)壓降為-1.4V，其值與陰極保護(hù)電位相同。所以不僅阻止了保護(hù)電流的泄漏,而且利用了干擾電壓的一部分供陰極保護(hù)使用。其工作示意圖如下：圖4鉗位式排流器示意圖鉗位式排流器具有以下特點(diǎn)：a、 鉗位式排流在一定程度上能較好地減緩交流干擾。b、 鉗位式排流對(duì)陰極保護(hù)產(chǎn)生一定的影響，現(xiàn)場測試結(jié)果表明，當(dāng)交流電壓變大時(shí)，直流電位亦有一定程度的負(fù)向偏移。c、 其經(jīng)過二極管后并不是標(biāo)準(zhǔn)的直流，其測量的直流電位并不是標(biāo)準(zhǔn)的方波。在正半個(gè)周期內(nèi)管道對(duì)地為正電位，負(fù)半軸內(nèi)管地電位為負(fù)，測得的電位值也只是一個(gè)有效值，其對(duì)管道腐蝕的影響未知。d、 接地材料要求嚴(yán)格。一般情況下，要求接地極與管道同材質(zhì)。這種情況在排流初步階段可能達(dá)到要求，隨著時(shí)間的推移，接地極必然發(fā)生腐蝕與消耗，其自腐蝕電位也必然發(fā)生變化，進(jìn)而影響管道的陰極保護(hù)電位。（3）固態(tài)去耦合器固態(tài)去耦合器是一種隔直通交的設(shè)施，去耦合器設(shè)置了一導(dǎo)通閾值，當(dāng)電壓超過該閾值時(shí)，直流阻擋打開，該設(shè)施即自動(dòng)切換到短路模式，提供過壓保護(hù)。當(dāng)直流過壓保護(hù)完成后，自動(dòng)切換到阻直模式。當(dāng)電壓低于閾值電壓時(shí)，允許交流電流通過而不允許直流電流通過。去耦合器對(duì)管道的接地材料沒有要求。在一些管線中試運(yùn)行以后，工程上發(fā)現(xiàn)固態(tài)去耦合器排流具有如下優(yōu)點(diǎn)：去耦合器排流技術(shù)對(duì)管道的接地材料沒有要求，現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，無論是選用鎂合金陽極，還是鋼管接地，都能有效地排除交流干擾，而對(duì)管道的直流電位幾乎不產(chǎn)生影響；去耦合器能減緩任何大小的交流電位。但固態(tài)去耦合器排流方式也有如下缺點(diǎn)：接地極長度較長，相關(guān)費(fèi)用較高；接地方式需要進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，接地極距離管道太近，對(duì)管道的排流效果有一定影響；由于目前應(yīng)用的接地極為銅線，且與管道的距離較近，銅線一旦與管道直接連接，會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。目前的排流方法的問題主要體現(xiàn)：在直流方面雜散電流上排正不排負(fù)；交流雜散電流方面其排流點(diǎn)和排流量難以確定，其排流裝置安裝數(shù)量及地點(diǎn)需要研究。參考文獻(xiàn)P.Ferenc.Dowedeterminethecorrosionaggressivitycorrectly[J].KorozeaOchranamaterialu,1992,36:81.etal.Evaluationofstraycurrenteffectonthecathodicprotectionof不得用于商業(yè)用途undergroundpipeline[J].TheCorrosionScienceSocietyofKorea,1995,24:176.B.Bazzoni,lateralgradienttechniqueforpotentialmeasurementsinpresenceofstraycurrent[J].Corrosion,1996,53:202.,methodfordeterminingpipelinepolarizedpotentialsinstraycurrentareasusinglinearregressionanalysis[J].IndiaCorrosion,1985,3:10.K.Zakowski,W.Sokolski.24-hour