IR降消除关键技术在长输管道上的应用研究应用.doc

IR降消除技术在塔里木油田长输管道上应用研第一章 IR降产生及危害1.1 IR降产生所谓 IR 降系指电流在介质中流动所形成电阻压降，给电位测量成果导致误差，普通都在几十mV 到几百mV 之间，当电阻率很高时几千mV 也会浮现。由于IR降在阴极保护电位测量中难以避免，因此消除IR降测量技术就成了各国腐蚀专家首要任务，二十世纪七、八十年代IR降问题曾引起国际腐蚀界关于阴极保护准则大讨论，最后以NACE RP 016992修订而告终。针对新准则制定了测试办法原则 NACE TM 0497 和NACE TM 0101。在这些原则中,都对测量中 IR降加以限定,普通条件下可用断电法,对于有干扰存在时就必要使用试片或探头断电法。1.2 IR降定性分析在不存在接地保护装置牺牲阳极系统及杂散电流影响管段IR降U=IR 其中I为流过土壤中阴极保护电流，R为该段土壤电阻。h代表管道埋深，s代表参比跟地面接触面积。I=i*s,其中i代表管道阴极保护电流密度；R=p*h/s，其中代表土壤电阻率，h代表管道埋深；则U=i*h。U大小只跟i、h关于。按资料，对于3PE涂层管道保护电流密度普通为 1 mA/m2。那么对于=100 m，埋深为2m管道，在防腐层缺陷附近，无接地保护装置牺牲阳极系统及杂散电流影响状况下，其IR降为200mV。1.3 IR降危害实例1.3.1 四川气田榕佛管道1999年3月，德国PIPETRONIX公司对已运营四川气田南干线榕山至佛荫段管道进行了智能清管检测。榕山至佛荫段管道处在浅丘地区，管径720mm、全长25.4km、管材16Mn、螺旋焊缝管、设计压力4.0MPa、外防腐层为石油沥青加强级，于1979年7月投入运营。检测显示：（1）在原以为采用涂层加阴极保护方式，长期认真监测通电电位Von均负于-0.85V，阴极保护充分管道上却发生了严重外腐蚀及穿孔，453处明显外腐蚀区，其中穿孔1处，不不大于壁厚50腐蚀区3处；（2）原管道极化电位Voff在-0.70.78V之间，没有达到保护电位，管道长期处在欠保护状，未达到阴极保护应有效果；（3）腐蚀坑集中分布于石油沥青防腐层破损处，涂层完好地方管道没有发生腐蚀。1.3.2 利比亚西部管道利比亚西部管道平行敷设两条不同管径原油管道和天然气管道，处在沙漠地区，土壤电阻率很高，中华人民共和国石油天然气管道工程有限公司测试显示，管道IR降处在530mV到1040mV之间。1.3.3 德国PLE公司管道德国PLE公司曾在60年代，对她们所辖管道上进行了IR降研究和评价，发当前-0.85V电位保护下，管道腐蚀仍很严重。当她们采用消除IR降成分办法重新评价这些管道时，只有60管道达到了真正保护（-0.85V）。在保温夹克管测试中，由于防腐保温层绝缘电阻很大，测得保护电位偏负许多，有些超过一2OV甚至更负，但管道有仍发生腐蚀，也是 IR降引起。在沥青 、水泥路面上方测得电位 ，明显负于相邻测试桩测得电位值，这也是由于沥青和水泥高电阻引起 IR降成果。第二章 既有电位测量中 IR 降消除办法IR 降是由参数 I 和R 共同作用成果，因而消除 IR 降办法也应从消除或减少这两个参数着手。当前人们所采用排除或减小 I R降办法重要有 ：断电法、试片断电法、脉冲技术 、极化探头法、原位参比法( 近参比法) 、土壤电位梯度技术 、交流电技术等。在 NACE TM 0497中重点推荐使用也是断电法。只要条件容许，采用断电法可以测出管道真实电位，但在实践中，受管道周边条件所限，断电法却往往也不尽人意。NACE TM 0497指出：“如果有杂散电流、或牺牲阳极与管道直接相连、或存在外部强制电流设备并且不能被中断话。很难得到抱负测量成果，或者说测量成果无法分析”不得不采用试片或探头来测量管道真实电位 。 2.1 瞬间断电法 断电意味着I0，因而IR0。断电之后，管道电位及时降落下来，然后再慢慢衰减。前面这一电位瞬间急落便是IR降成分。图 断电后去极化曲线2.2 试片断电法试片断电法是在测试点处埋设一裸试片，其材质、埋设状态和管道相似，试片和管道通过电缆连接，,这样就模仿了一种覆盖层缺陷，由管道保护电流进行极化，在试片上部用一支硬塑料管直达地面 ,在管中填满导电性材料,测量时把参比电极放在塑料管顶部 ,由于试片与参比电极间电阻较小因此 IR 降也小。测量时，只需断开试片和管道连接导线，就可测得试片断电电位，从而避免了切断管道主保护电流及其他电连接麻烦，杂散电流影响亦小，可忽视不计，并且不存在断电后极化率差别宏电池作用。2.3 极化探头法极化探头法类似试片断电法。采用极化探头进行电位测量，极化试片平时用导线与管道相连，使试片受到与管道同样限度极化。测量时断开试片与管道连接，切断试片阴极保护电流，及时进行电位测量，得到极化试片断电电位。此即为极化探头法。极化探头原理图极化电位测试探头接线示意2.4 近参比法因参比电极和被测表面间土壤电阻（R）变小，而使IR降减至最小。该法可以在工程实践中推广试行，具备参比点位置固定特点，克服了地表参比点位置差别也许导致误差，提高了数据可比性。但是，对于高电阻、大电流状态下，且参比电极位置又没对准覆盖层缺陷时，IR降误差依然存在，这是由于IR降重要产生在被测表面头几种毫米位置上。2.5 密间隔电位测试法（CIPS法）密间隔电位测试就是将参比电极沿管道移动 ,使用数据采集器间隔 12 m持续读取并存储管地电位数据 ,通过专用软件 ,绘出持续管地电位曲线。这样 ,就可以得到整条管线完整阴极保护电位分布曲线。为了消除土壤 I R降影响 ,测取外加电流阴极保护系统下真实管地电位 (OFF电位 ) ,测试时数据采集器一端与参比电极相连 ,另一端通过电缆与管道测试桩相连 ,在阴极保护阳极地床到恒电位仪之间串接一种中断器 ,测量前数据采集器应通过全球 GPS定位系统与此外两端送电 CP站实现中断器同步。测量时 ,操作人员沿管道行走 ,在管道正上方每隔 1m左右移动参比电极 ,测取中断器通断下管地 ON /OFF电位 ,依照 ON /OFF电位变化状况来评价管道阴极保护状况。2.6 加强测试法测量管顶上方管地电位，同步测量出相相应与管道垂直（间隔 10m）电位梯度，经计算获得消除 IR 降管道/土壤界面电位测量技术。用于修正测试防腐层破损点多管段断电电位。计算公式为 VIR-free A测量点消除IR降电位，mV。 Von A测量点通电电位，mV； Voff A测量点断电电位，mV； Von 通电状态下，A与B两测量点间直流地电位梯度，mV； Voff断电状态下，A与B两测量点间直流地电位梯度，mV；第三章 IR降消除办法应用与比较3.1 克轮线消除IR降实验（近参比法、瞬间断电法）在克轮输气管线开挖验证和防腐层修复现场，管道破损点段被整体挖出，运用该条件，分别使用地表参比法、近参比法、瞬间断电法进行了测试：（使用接地摇表测量该地土壤电阻率为31m）近参比法、断电法实验环节：（1）在管道防腐层破损点处进行简朴打磨解决，暴露钢管。（2）将万能表正极插用力压到钢管上，万能表负极接便携式参比电极。（3）将参比电极放置在紧贴管道防腐层处（留有少量土壤），并将参比电极下某些用土埋好，少量浇水，读取万能表读数，记为近参比法电位。（4）将参比电极放在管道正上方管堤上，少量浇水，读取万能表读数，记为通电电位。（5）使用手机与守候在末站恒电位仪前人员联系，切断恒电位仪开关。过程中用相机全程拍摄万能表读数变化。通过度析拍摄下视频拟定断电电位：视读数第一次变化时刻为断电时刻，第二次电位变化时刻视为IR降消除时刻，该电位视为断电电位。断电电位读取问题：无论是在极化建立或是衰减瞬间都会产生很强电位脉冲，不同环境、规格和涂层种类管道脉冲强度不同，时间参数也不同，为避免电位脉冲对测试成果产生影响，依照现场合用万用表响应时间及管道实际状况，拟定读数时刻。虽然不同文献中，50ms到100ms、500ms读数时刻都被推荐过，但读数差距不大。在既有实验条件下，咱们依照北京安科公司经验，取断电后万能表第二次变化时刻为断电电位读数时刻。 图 通电电位Von 图 断电电位Voff（视频截图）注：在既有条件下，为了把握适当断电电位测试时刻，咱们用视频功能将断电电位变化记录下来，依照断电去极化衰减曲线（如下），取了断电后电位第二次变化数值作为断电电位。图 使用电位记录仪得到去极化衰减曲线使用近参比法和瞬间断电法消除IR降比较位置地表参比法/V近参比法/V瞬间断电法/V近参比法IR降/V瞬间断电法IR降/V109#+970m-1.326-1.326-1.10200.225110#+300m-1.328-1.327-1.0880.0010.239通过以上测试，在克轮输气管道以上位置，使用地表参比法与近参比法测得电位相差不大，而瞬间断电法与地表参比法测得电位有明显差距，均超过200mV。近参比法未能有效消除IR降因素理论分析：从消除IR降原理上说，只能把参比电极放置在接近管道表面位置，而不是管道-电解质界面；如果近来防腐层缺陷与参比电极位置相隔很远，虽然把参比电极放在带防腐层管道表面，也不能明显减少IR降。3.2 迪轮线消除IR降实验（瞬间断电法）在迪轮线出站段进行了IR降消除实验，仅在测试桩上进行实验。使用接地摇表测量该地土壤电阻率为17m。迪轮线断电法实验环节：（1）将万能表正极与测试桩接线柱相连，万能表负极接便携式参比电极。（2）将参比电极放在管道正上方管堤上，少量浇水，读取万能表读数，记为通电电位。（3）使用对讲机与守候在迪那作业区恒电位仪前人员联系，切断恒电位仪开关。过程中用相机全程拍摄万能表读数变化。通过度析拍摄下视频拟定断电电位：视读数第一次变化时刻为断电时刻，第二次电位变化时刻视为IR降消除时刻，该电位视为断电电位。迪轮线IR降消除实验数据测试桩编号地表参比法/V断电法/V断电法IR降/V2#-1.1175-0.88530.23224#-1.149-0.94370.20535#-1.1557-0.94310.21266#-1.1572-0.89820.2597#-1.143-0.89950.24358#-1.15-0.9280.2229#-1.148-0.8950.25310#-1.156-0.8990.25711#-1.156-0.9460.2112#-1.14-0.8840.256使用瞬间断电法测得电位与地表参比法电位比较3.2 实验结论（1）在3PE防腐层有较高电阻率，在此类管道上采用外加电流阴极保护会产生较大电阻IR降，会对测试成果产生影响，需要通过消除IR降测试才干测出管道真实阴极保护电位。（2）对采用3PE防腐层此类高电阻率防腐层管道，单纯使用近参比法，难以有效消除IR降。（3）克轮线、迪那线所实验位置管道在普遍存在超过200mVIR降误差状况下，极化电位仍负于GB-T 21447-钢质管道外腐蚀控制规范规定最小保护电位，处在保护状态。（4）在尚未对进行IR降有效消除前，各条管道恒电位仪输出电位值设定为-1。15V，是较为保险做法。3.3 实验局限（1） 由于没有高速电位记录仪等设备，不能精确读取断电法中断电电位，只能通过经验取断电后电位第二次变化值作为断电电位，成果也许具有一定误差。（2） 断电法需要耗费较多人力和时间，不能作为全线电位测量手段，仅能作为特定位置评价、验证办法使用。（3） 在塔轮线、吉牙线、英轮线等使用2台以上恒电位仪器管道上以及使用牺牲阳极法保护牙-牙凝析油、液化气、天然气管线上，无法使用断电法进行实验。3.4 消除IR降办法比较以克轮线、迪轮线IR降消除实验为出发点，结合试片断电法、CIPS法、极化探头法原理及IR降消除有关文献，对各种消除IR降办法比较如下：IR降消除办法比较近参比法瞬间断电法加强测试法试片断电法CIPS法极化探头法描述公式U=IR（在无接地保护装置牺牲阳极系统及杂散电流影响状况下）消除方式减小土壤电阻R使保护电流I降为零同断电法同断电法同断电法类似于试片断电法长处参比点位置固定特点，克服了地表参比点位置差别导致误差一定条件下，测得IR降较为精确修正了断电法在测试防腐层破损点多管段电位时误差不必频繁切断阴保电源；受杂散电流影响较小；应用范畴广使用GPS断流和高速记录仪，成果较精确且再现性好；对全线阴保状况评估；不必频繁切断阴保电源；受杂散电流影响小；应用范畴广；一定限度上代替参比电极；费用低缺陷高电阻、大电流状态下、参比电极位置未对准覆盖层缺陷时无效频繁断开阴保电源，且无法消除由杂散电流和二次电流导致非欧姆压降。相比于断电法增长了工作量需开挖埋设试片、改造测试桩，工程量较大检测系统费用较高，一次性投入大 使用条件 牺牲阳极要与管道断开； 多站保护各站要同步同步断开； 牺牲阳极要与管道断开； 多站保护各站要同步同步断开； 无特殊规定 牺牲阳极要与管道断开； 多站保护各站要同步同步断开；无特殊规定适合管道克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线所有25条管道除了使用牺牲阳极保护管道所有25条管道第四章 建议4.1 实行进一步IR降消除工作方案GB-T 21447-钢质管道外腐蚀控制规范规定对于长输油气管道，应每年测试瞬间断电电位一次。且依照迪轮线和克轮线实验成果，塔里木油田管道上真实存在着明显IR降，有必要进行进一步IR降消除工作，并依照去IR降后电位调节恒电位仪输出。4.1.1 既有实验手段方案（瞬间断电法）当前不购买新设备条件下，在使用强制电流阴极保护且只投用一台恒电位仪管线（克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线等5条管线）上可以进行通瞬间断电法消除IR降。通过测量掌握以上管道某些特性点IR降大小，评估管道全线IR降大小。此法只能用于克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线等管线。4.1.2 使用高速记录仪记录去极化电流衰减方案（瞬间断电法）使用既有实验手段，且通过记录仪记录去极化电流衰减曲线，从而提高既有实验手段中断电电位测量精确性。需购买高速电位记录仪2台。（RX4000B记录仪报价2450元，按2台计增长费用4900元）此法只能用于克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线等管线。4.1.3 使用CIPS法方案使用CIPS仪，定期检测对各管线全线断电电位，评估全线阴保有效性。需购买CIPS+DCVG一套。（天津市嘉信技术工程公司报价27.6万元）。在配备足够多中断器状况下，该法合用范畴扩展到所有强制电流保护管道，但该法依然不合用于采用牺牲阳极保护管道。值得注意是：仅使用CIPS法对阴保有效性进行评价，从原理上来说，由于有杂散电流、二次电流等干扰，不能完全消除IR降，在怀疑有上述干扰因素时，必要结合其她办法(加强测试法)和仪器（SCM）使用CIPS法，才干达到有效消除IR降目。4.1.4 埋设断电试片方案该法需要寻找专业阴保施工队伍进行施工，选用管线特性性较强点进行试片安装以及测试桩改造。在寻常维护中，也需要定期对试片进行维护防止其失效。（北京安科阴保施工估价为元/测试桩）该法合用于塔里木油田所有长输管道。4.1.5 使用极化探头法方案从消除IR降原理上来说，由于极化探头特殊构造 ,其测量参比电极与被测量对象之间电阻被压缩至最小，且处在封闭环境中测量，消除了杂散电流、二次电流等干扰影响,能最大限度地减小 IR 降。但由于尚未在我管道上进行实验验证，其效果仍有不拟定性；通过联系天津中海辰兴公司，对方表达可以免费邮寄一支极化探头作为实验使用；咱们将分析比较极化探头法和CIPS法测得电位，以拟定该法与否合用于塔里木油田输油气管道。应用极化探头法，则阴保班巡检方式不需要变化，只需要用极化探头代替本来参比电极进行电位测试即可。（天津中海辰兴公司报价极化探头每支1350元，以四支计增长费用5400元）该法合用于塔里木油田所有长输管道。4.2 进一步IR降消除工作方案比较使用既有设备购买高速电位记录仪购买CIPS设备埋设试片断电极化探头原理瞬间断电法瞬间断电法CIPS法试片断电法极化探头法使用范畴克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线克轮气线、迪轮气线、迪牙凝析油、轻油、液化气线所有强制电流保护管道，但该法依然不合用于采用牺牲阳极保护管道塔里木油田所有长输管道。塔里木油田所有长输管道。费用使用既有设备，不需购买新设备以购买两台电位记录仪计4900元27.6万元元/测试桩1350元/支，按4支计，5400元特点用于特定管道实验及少量验证用于特定管道实验及少量验证可全线消除IR降，做阴保有效性评价从原理上来说是消除IR降最优办法参照文献：1 翁永基,李相怡. 埋地管道阴极保护电位IR降评估办法研究J. . 腐蚀科学与防护技术 ，,(06) .2 刘建容,张万灵. 地下管道阴极保护电位测量J. . 武钢技术 ，,(05) .3 胡士信. 管道阴极保护技术现状与展望J. . 腐蚀与防护 ，,(03) .4 职成权. 埋地长输管道阴极保护测试J. . 天然气技术 ，,(03) .5 杨印臣. 地下管道阴极保护效果判断办法改进J. 四川化工 ，,(01) .