李伟等：直流杂散电流干扰缓解方法及其适用性 ·959* 混合干扰等类型，尤其在地下金属管网和金属结构物 阳极寿命的设计 分布密集时，干扰更为复杂.这些干扰的出现可能会 目前，国内外关于直流杂散电流干扰的研究主要 导致阴极保护系统无法正常运行，被保护管线可能出 集中于杂散电流对外部金属结构物的干扰规律研究， 现欠保护或过保护现象，使得管道发生腐蚀的风险增 而关于直流干扰缓解方法的研究，尤其是不同方法适 大，甚至可能出现局部穿孔或防腐层剥离的情况圆 用性的研究较少.因此，本文通过室内模拟试验考察 因此，直流杂散电流干扰问题成为实际生产中急需解 跨接电阻、牺牲阳极位置和材质、金属屏蔽线位置和连 决的问题. 接方式等对不同干扰类型的缓解效果和规律，获得不 近年来，国内外围绕源于阴极保护系统的干扰开 同排流方法的适用条件，为相关领域的实际问题解决 展了部分研究.毕武喜等网采用阴极保护电位、地电 提供重要的理论依据和借鉴意义，对于消除隐患、确保 位梯度、土壤电阻率测量等方法对国内某处典型的油 长输油气管道及阴极保护系统的安全有效运行具有重 气管道阴极保护干扰进行检测，通过分析证明该段管 要意义 道阴极保护干扰属于典型的阳极干扰，干扰源为附近 1 试验装置与方法 管道的阳极地床.采用临时阳极地床试验对治理方案 的效果进行预评估，并建议将阳极地床移至输油站北 1.1模拟试验装置 侧距管道一定距离的位置，以彻底消除该处阳极干扰. 试验在尺寸为845mm×625mm×445mm的塑料 Metwally等o研究不同阴极保护系统间干扰的影响因 试验箱中进行，采用32mm的Q235钢管模拟油气输 素，并对阴极干扰进行重点分析.结果表明，强制电流 送管道.取两段长度为220mm的涂层钢管模拟被干 阴极保护系统会对附近没有进行保护的结构物造成直 扰管道，每段钢管等距离设置4个测试点，测试点间距 流杂散电流腐蚀，随着土壤电阻率的降低腐蚀越严重. 为60mm,两段管道分别用“管道A”和“管道B”表示 建议通过增加地床阳极数量以提高阳极电流密度和增 (被干扰管道)：取长度为640mm的无涂层钢管模拟 大干扰源阳极与结构物间的距离来保护结构物.Adey 受阴极保护的管道，等距离设置10个测试点，测试点 等通过计算机建模方法对海底结构物的阴极保护 间距仍为60mm,该管道用“管道C”表示（干扰源）. 系统及系统中回路电流进行研究，主要目的是为了确 管道A和管道B分别靠近试验箱边缘并有一定距离， 保在海上浮式生产储油船(FPSO)的整体运行过程中， 且管道A与管道B空间上呈垂直关系：管道A与管道 船壳体的强制电流阴极保护系统与海底的牺牲阳极阴 C平行且相距一段距离，其间为阴极保护系统的辅助 极保护系统间的相互干扰降到最低水平，并为船壳体 阳极：管道B与管道C的一端垂直相交.试验装置示 的关键部位设计了可行的阴极保护系统，尤其是牺牲 意图及实物图如图1所示 a ① R,-i002 恒电位仪 管道A PS-1 管道 B 辅助阳极测试点 2”3456T8” 管道C 图1试验装置示意图(a)及实物图(b) Fig.1 Schematic diagram (a)and photo (b)of experimental equipment 试验用土壤模拟液采用普通自来水，其电阻率为 测量电阻R两端的电压可以确定经电解质流入管道 18.242m,试验温度为室温，约为25℃.参比电极为A的杂散电流的大小：在管道上方固定盐桥，用于在固 饱和甘汞电极(SCE).用Fluke289C型数字电压表测定点测量管/电解质电位的变化. 量管/电解质电位，用PS一1型恒电位/恒电流仪给管 1.2试验过程 道C施加阴极保护，恒流输出，采用石墨作为辅助阳 1.2.1自然腐蚀 极.在管道A和管道B之间串联电阻R,=100D,通过 在图1所示的试验装置中进行自然腐蚀电位测量李 伟等: 直流杂散电流干扰缓解方法及其适用性 混合干扰等类型，尤其在地下金属管网和金属结构物 分布密集时，干扰更为复杂． 这些干扰的出现可能会 导致阴极保护系统无法正常运行，被保护管线可能出 现欠保护或过保护现象，使得管道发生腐蚀的风险增 大，甚至可能出现局部穿孔或防腐层剥离的情况［8］． 因此，直流杂散电流干扰问题成为实际生产中急需解 决的问题． 近年来，国内外围绕源于阴极保护系统的干扰开 展了部分研究． 毕武喜等［9］采用阴极保护电位、地电 位梯度、土壤电阻率测量等方法对国内某处典型的油 气管道阴极保护干扰进行检测，通过分析证明该段管 道阴极保护干扰属于典型的阳极干扰，干扰源为附近 管道的阳极地床． 采用临时阳极地床试验对治理方案 的效果进行预评估，并建议将阳极地床移至输油站北 侧距管道一定距离的位置，以彻底消除该处阳极干扰． Metwally 等［10］研究不同阴极保护系统间干扰的影响因 素，并对阴极干扰进行重点分析． 结果表明，强制电流 阴极保护系统会对附近没有进行保护的结构物造成直 流杂散电流腐蚀，随着土壤电阻率的降低腐蚀越严重． 建议通过增加地床阳极数量以提高阳极电流密度和增 大干扰源阳极与结构物间的距离来保护结构物． Adey 等［11］通过计算机建模方法对海底结构物的阴极保护 系统及系统中回路电流进行研究，主要目的是为了确 保在海上浮式生产储油船( FPSO) 的整体运行过程中， 船壳体的强制电流阴极保护系统与海底的牺牲阳极阴 极保护系统间的相互干扰降到最低水平，并为船壳体 的关键部位设计了可行的阴极保护系统，尤其是牺牲 阳极寿命的设计． 目前，国内外关于直流杂散电流干扰的研究主要 集中于杂散电流对外部金属结构物的干扰规律研究， 而关于直流干扰缓解方法的研究，尤其是不同方法适 用性的研究较少． 因此，本文通过室内模拟试验考察 跨接电阻、牺牲阳极位置和材质、金属屏蔽线位置和连 接方式等对不同干扰类型的缓解效果和规律，获得不 同排流方法的适用条件，为相关领域的实际问题解决 提供重要的理论依据和借鉴意义，对于消除隐患、确保 长输油气管道及阴极保护系统的安全有效运行具有重 要意义． 1 试验装置与方法 1. 1 模拟试验装置 试验在尺寸为 845 mm × 625 mm × 445 mm 的塑料 试验箱中进行，采用 32 mm 的 Q235 钢管模拟油气输 送管道． 取两段长度为 220 mm 的涂层钢管模拟被干 扰管道，每段钢管等距离设置 4 个测试点，测试点间距 为 60 mm，两段管道分别用“管道 A”和“管道 B”表示 ( 被干扰管道) ; 取长度为 640 mm 的无涂层钢管模拟 受阴极保护的管道，等距离设置 10 个测试点，测试点 间距仍为 60 mm，该管道用“管道 C”表示( 干扰源) ． 管道 A 和管道 B 分别靠近试验箱边缘并有一定距离， 且管道 A 与管道 B 空间上呈垂直关系; 管道 A 与管道 C 平行且相距一段距离，其间为阴极保护系统的辅助 阳极; 管道 B 与管道 C 的一端垂直相交． 试验装置示 意图及实物图如图 1 所示． 图 1 试验装置示意图( a) 及实物图( b) Fig． 1 Schematic diagram ( a) and photo ( b) of experimental equipment 试验用土壤模拟液采用普通自来水，其电阻率为 18. 24 Ω·m，试验温度为室温，约为 25 ℃ ． 参比电极为 饱和甘汞电极( SCE) ． 用 Fluke 289C 型数字电压表测 量管/电解质电位，用 PS--1 型恒电位/恒电流仪给管 道 C 施加阴极保护，恒流输出，采用石墨作为辅助阳 极． 在管道 A 和管道 B 之间串联电阻 Ｒ1 = 100 Ω，通过 测量电阻 Ｒ1两端的电压可以确定经电解质流入管道 A 的杂散电流的大小; 在管道上方固定盐桥，用于在固 定点测量管/电解质电位的变化． 1. 2 试验过程 1. 2. 1 自然腐蚀 在图 1 所示的试验装置中进行自然腐蚀电位测量 · 959 ·