某地管線土壤電阻率和管地電位的測量

遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文某地管線土壤電阻率和管地電位的測量摘要油田埋地金屬管道雜散電流的腐蝕是各大油田所面臨的重要問題。本文通過建立實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖、表進(jìn)行分析得出了如何判斷土壤環(huán)境中雜散電流的分布位置、強(qiáng)度及管線上的流入點(diǎn)和流出點(diǎn)的位置。對管道進(jìn)行陰極保護(hù)措施和陰極保護(hù)的效果可以得到：在特石管線這樣地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，采取犧牲陽極保護(hù)方案是行之有效的。可以消除地下管道的腐蝕隱患。經(jīng)過測試結(jié)果表明，陰極保護(hù)系統(tǒng)沒有造成任何負(fù)作用，而且使接地網(wǎng)、地下電纜都起到良好的保護(hù)作用，只要在實(shí)施方案的過程中采取必要的安全防護(hù)技術(shù)措施，陰極保護(hù)系統(tǒng)就可以做到安全可靠運(yùn)行。在本文中采用的陰極保護(hù)系統(tǒng)的鎂合金犧牲陽極等主要產(chǎn)品工作性能穩(wěn)定而可靠。陰極保護(hù)系統(tǒng)在特石管線的應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：管道腐蝕、油氣管道、電阻率TestofSoilResistivityandPotentialofPipelineAbstractTheoilfieldburiesthemetalpipelinestraycurrentscorrosionistheimportantquestionwhicheachbigoilfieldfaces.Thisarticlecarriesonthesceneexperimentthroughtheestablishmenttestinstallation,obtainedtheempiricaldatumplanchart,howthetableaccordingtothescenetocarryontheanalysistoobtaintojudgeinthesoilenvironmentonthestraycurrentsbranchinglocation,theintensityandpipeline'sinflowandflowsoutaposition.Carriesonthecathodicprotectionmeasureandthecathodicprotectioneffecttothepipelinemayobtain:Inthespecialstonepipelinesuchgeologicalconditioncomplexsituation,usesthesacrificeanodeprotectionplaniseffective.Mayeliminateundergroundduct'scorrosionhiddendanger.Indicatedafterthetestresultthatthecathodicprotectionsystemhasnotcreatedanynegativeeffects,moreovercausesthecounterpoise,theburiedcabletoplaythegoodprotectivefunction,solongastakestheessentialsafetyprotectiontechnicalmeasureintheimplementationplan'sprocess,thecathodicprotectionsystemmayachievethesafereliabilityservice.Inthispaperusesthecathodicprotectionsystem'smagnesiumalloysacrificeanodeandsoonmainproductoperatingperformanceisstableandisreliable.Thecathodicprotectionsysteminthespecialstonepipeline'sapplication,hasobtainedtheobviouseconomicefficiency. Keywords：pipelinecorrodes,oilgaspipeline,electronicresistivity目錄摘要 1Abstract 21文獻(xiàn)綜述 41.1雜散電流腐蝕 41.2雜散電流產(chǎn)生的原理 61.3雜散電流的危害 101.4雜散電流的排流保護(hù)方法 121.4.1直接排流法 121.4.2極性排流法 141.4.3強(qiáng)制排流法 151.4.4接地排流法 162實(shí)驗(yàn)方法 182.1土壤電阻率的測定方法 182.1.1試驗(yàn)所用儀器簡介 182.1.2土壤電阻率的測定原理 192.2管地電位的測定方法 202.2.1試驗(yàn)所用儀器 202.2.2現(xiàn)場測定過程和原理 203某地管線土壤電阻率和管地電位的測量 213.1土壤電阻率的測定 213.2管地電位的測量 253.3保護(hù)技術(shù)方案 284結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33謝辭 341文獻(xiàn)綜述1.1雜散電流腐蝕雜散電流是指在地下流動的設(shè)計(jì)之外的電流，如電氣化鐵路、各種用電設(shè)備接地等散步的電流都可視為雜散電流。這種電流也能對地下金屬管道產(chǎn)生腐蝕破壞作用，因雜散電流引起的腐蝕破壞作用，稱為雜散電流腐蝕或干擾腐蝕，也有稱為電蝕。雜散電流腐蝕可分為直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕兩大類。⑴直流雜散電流腐蝕直流雜散電流對金屬產(chǎn)生的腐蝕原理，同電解情況類似，即陽極為正極，進(jìn)行氧化反應(yīng)；陰極為負(fù)極，進(jìn)行還原反應(yīng)。通常直流雜散電流從土壤進(jìn)入金屬管道的地方帶有負(fù)電，這一區(qū)域稱為陰極區(qū)[1]。處在陰極區(qū)的管道一般不受什么影響，若陰極區(qū)的電位過負(fù)時，管道表面上會析出大量的氫，造成防腐絕緣層老化、剝落。當(dāng)雜散電流由管道的某一絕緣層損壞處流出時，管道帶有正電，這一區(qū)域稱為陽極區(qū)。處于陽極區(qū)的管道，鋼管以鐵離子的形式溶于周圍介質(zhì)中，因此陽極區(qū)的管道受到腐蝕。直流雜散電流干擾腐蝕的損耗量與雜散電流強(qiáng)度成正比。即雜散電流的強(qiáng)度愈大，引起的金屬腐蝕就愈嚴(yán)重。按法拉第定律計(jì)算，當(dāng)雜散電流為1A時，一年內(nèi)可腐蝕36kg鉛，11kg銅和10kg鐵。在雜散電流干擾比較嚴(yán)重的地區(qū)，電流可達(dá)幾十安培，甚至幾百安培。所以，雜散電流造成的集中腐蝕破壞是很嚴(yán)重的。壁厚8～9mm鋼管，快者2～3個月就會穿孔。直流雜散電流干擾腐蝕不同于自然腐蝕，主要表明為：①雜散電流腐蝕與自然腐蝕雜散電流腐蝕是外部電源作用的結(jié)果，而自然腐蝕電流則是自發(fā)進(jìn)行的。②受雜散電流影響的管道這種管道的陽極區(qū)和陰極區(qū)是彼此分開的，這類似于宏電池腐蝕。③雜散電流干擾腐蝕與自然腐蝕的極性區(qū)別雜散電流干擾腐蝕，其電極電位較負(fù)的區(qū)域?yàn)殛帢O區(qū)(即電流進(jìn)入管道的區(qū)域)，電極電位較正的區(qū)域?yàn)殛枠O區(qū)(即電流流出管道的區(qū)域)，這與自然腐蝕的極性恰好相反。④雜散電流干擾腐蝕與土壤電阻的關(guān)系雜散電流干擾腐蝕強(qiáng)度的大小，同土壤電阻率成反比，即土壤電阻率愈高，干擾腐蝕速度愈低，這與宏電池腐蝕的情況類似。⑤雜散電流干擾與自然腐蝕雜散電流干擾，其陰極區(qū)可能發(fā)生析氫破壞，而自然腐蝕的陰極區(qū)，一般不會受到什么影響。⑵交流雜散電流腐蝕交流雜散電流對金屬管道腐蝕的原理是，當(dāng)管道接近或長距離與電力線平行時，高壓電力線將在附近埋地鋼管上感應(yīng)產(chǎn)生二次交流電，使管道產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，管道與周圍土壤之間也產(chǎn)生可達(dá)幾伏或幾十伏的電位差。當(dāng)這些電流迭加在腐蝕的電化學(xué)原電池上時，相當(dāng)于去極化作用，從而減輕了陽極和陰極極化現(xiàn)象和電化學(xué)鈍態(tài)。比起直流雜散電流腐蝕，交流雜散電流的腐蝕量并不大，但集中腐蝕性強(qiáng)。大量的試片結(jié)果表明，不論是平均失重量或是腐蝕坑深都隨著干擾電壓、電流的增大而加強(qiáng)。其中腐蝕坑深隨干擾電壓的升高而加大的趨勢更明顯更有規(guī)律性。交流雜散電流干擾腐蝕不同于自然腐蝕，主要表現(xiàn)在：①交流雜散電流干擾腐蝕過程這是在一個變化迅速而強(qiáng)度甚大的電場作用下進(jìn)行的化學(xué)腐蝕。在強(qiáng)度上，它比自然腐蝕要大得多。②在各種因素的影響下造成強(qiáng)電場的集中腐蝕由于種種因素的影響，作用于管道上的交流電場非常不均勻，從而造成了強(qiáng)電場的集中腐蝕，這比直流干擾腐蝕更明顯，易形成小孔腐蝕，造成穿孔。③交流雜散電流干擾腐蝕的反應(yīng)這種腐蝕比一般腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)時間短得多，即在0.02秒內(nèi)就可以形成腐蝕。④交流雜散電流干擾腐蝕的損害這種情況通常是低頻率要比高頻率造成的損害大。1.2雜散電流產(chǎn)生的原理在電氣化機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)中，鋼軌除支持車輪在其土滾動外,同時又作為一個導(dǎo)電介質(zhì)存在,即電氣化機(jī)車的負(fù)荷電流是經(jīng)過鋼軌構(gòu)成返回電路的。但鋼軌與大地不可能是絕緣的,所以,總會有一部分電流流經(jīng)大地,或流經(jīng)管路和電纜外皮,最后返回牽引變流所,如圖1.1所示,這就是雜散電流。圖1.1直流雜散電流產(chǎn)生的原理圖Fig.1.1DCstraycurrentgeneratedschematic雜散電流的數(shù)值在電機(jī)車負(fù)荷電流中所占的比例是相當(dāng)大的。目前,我國很多電氣化機(jī)車的鋼軌因缺乏經(jīng)常性的維修，其接縫只有魚尾板相連接,沒有電氣上的連接,故其雜散電流高達(dá)100%,即使把鋼軌焊接成長軌,像路段1公里長軌之區(qū)段中部的雜散電流，也仍達(dá)17%。由此可見,雜散電流隨著軌道和底板間接觸電阻的減少，軌道電阻的增加,雜散電流就愈大。雜散電流的分布決定于牽引網(wǎng)路上的負(fù)荷。圖1.1是表示在單側(cè)供電的線路上有一臺電氣化機(jī)車時雜散電流的流通情況。為了便于分析問題，現(xiàn)以一臺電機(jī)車為例,找出描述這一物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)摸型。這在理論上是很難解決的。為便于分析起見,我們作兩點(diǎn)假設(shè):第二，假定電磁場的問題為電路的問題。事實(shí)上，在電氣化機(jī)車運(yùn)輸過程中,與電氣化機(jī)車運(yùn)輸軌道平行的還有高壓電纜等金屬管線存在。這些管線的電阻遠(yuǎn)比大地的電阻小得多[2]。因此,它們是雜散電流的良好通道。大部分雜散電流通過這些管線流回牽引變流所。所以，上面的假設(shè)是可行的。為了找到數(shù)學(xué)摸型,根據(jù)上面的假定,可畫出等值電路。如圖1.2所示。圖1.2直流雜散電流的等值電路圖Fig.1.2TheequivalentcircuitofDCstraycurrent圖1.2中的表示鋼軌每公里的電阻;表示鋼軌與大地間每公里的電導(dǎo),；表示鋼軌與大地間每公里的接觸電阻。這個等值電路可列出下面的微分方程式: (1.1) (1.2)簡化1.1)、(1.2)式，整理得： (1.3) (1.4)解微分方程式,(1.3)、(1.4)，得到鋼軌對地電位的公式： (1.5)式中：A、B—根據(jù)邊界條件確定的積分常數(shù)；x—電機(jī)車距牽引變流所的距離; (1.6)把(1.5)式代入(1.3)式，得到鋼軌中電流的公式： (1.7) (1.8) (1.9)得到的鋼軌中的電流和電位對地的變化曲線如圖1.3所示。從圖1.3鋼軌對大地的電位變化曲線中看到,在負(fù)載端鋼軌比大地的電位高,因此,有一部分電流從鋼軌流進(jìn)大地。在牽引變電所附近,鋼軌比大地的電位低,因此,雜散電流又從大地流回鋼軌。雜散電流距牽引變電所不同距離的變化情況如圖1.3中下面一條的點(diǎn)線所示。當(dāng)距離為X/2時，雜散電流的數(shù)值最大，軌道中的電流最小。圖1.3直流雜散電流的分布規(guī)律圖Fig.1.3Straycurrentdistributionmap某電氣化機(jī)車運(yùn)輸過程中,距牽引變電所500米處設(shè)一假負(fù)載R如1.4圖1.4測定軌道對地電位變化曲線接線圖Fig.1.4Determinationoftrackongroundpotentialwiringdiagram為了找出鋼軌對地電位的規(guī)律和雜散電流的分布規(guī)律,測定時要保證一個大小不變的負(fù)載電流通過軌道。因?yàn)殡姍C(jī)車的位置和負(fù)載電流的大小經(jīng)常變化,這給測定工作造成了一定的因難。所以,在測定時,用假負(fù)載放在固定位置上來代替電機(jī)車[3]。假負(fù)載合閘后,通過90A電流進(jìn)入軌道。進(jìn)行測定時,在軌道上距變電所250m處,設(shè)一局部接地極,拉出一根導(dǎo)線作輔助線,測量鋼軌上每點(diǎn)對局部接地極的電位,其測定結(jié)果如表1-1所示,并描繪成圖1.5中的(l)曲線。表1.1某軌道對地電位測定值表到變電所的距離(m)020406080100120140鋼軌對地電位距離(v)-34-32-32-30-24-20-17-14到變電所的距離(m)160180200220240260280300鋼軌對地電位(v)-13-11-10-9-7-40-12到變電所的距離(m)320340360380400420440460480500鋼軌對地電位(v)15172022232731384850圖1.5軌道對地電位變化曲線圖1.3雜散電流的危害在運(yùn)輸系統(tǒng)中,除了架線與軌道之外,還鋪設(shè)有高壓電纜和各種金屬管線。這些管線都是由金屬材料制成的。在自然環(huán)境下，即使無雜散電流存在,金屬的腐蝕也是很嚴(yán)重的，尤其是在潮濕的和酸性的環(huán)境中,金屬的腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)式如下:(1.10)從反應(yīng)式可以看出,酸性水中的硫酸根離子和原子的鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其腐蝕產(chǎn)物為和FeS,它們的比例是3:l。金屬的鐵銹正是這兩種物質(zhì)的混合物。在潮濕和酸性的環(huán)境中,由于電解作用而腐蝕金屬,這種腐蝕的特點(diǎn)如同金屬電解一樣,其腐蝕的原理如圖所示。圖1.6電解腐蝕金屬原理圖Fig.1.6Electrolyticcorrosionofmetalschematic電流從正電源流到正極,在電解槽中電流從正極板流出,而電子流恰恰相反,從正極板流向直流電源的正端[4]正極板失掉電子而帶正電.如下式所示:鐵離子與電解液中的硫酸根離子發(fā)生作用而變成硫酸鹽,即化學(xué)反應(yīng)式:因此，帶正電的金屬脫落于電解液中,運(yùn)輸系統(tǒng)中的電纜外皮有電流流出,如同電解槽中的正極,因此被腐蝕。根據(jù)法拉第電解定律,金屬的腐蝕量可按下式進(jìn)行計(jì)算: (1.11)式中:m——電化當(dāng)量(鉛為3.865g/A時，鐵為1.04g/A時)；I——小時平均電流，A;T——每年小時數(shù)，t=365×24h1安電流每年可腐蝕金屬量:鉛：=3.865×365×24×=33.86kg鐵：=1.04×365×24×=9.11kg如果雜散電流不是1A,而是幾十安培以上,那么,雜散電流所引起的金屬腐蝕則是非常嚴(yán)重的。高壓電纜外皮中所通過的雜散電流是可以測定的。通過測定的雜散電流值,可計(jì)算出金屬的腐蝕量。電纜外皮中通過雜散電流的示意圖,如下圖所示。電機(jī)車在運(yùn)行中,軌道上的電壓降為.假定軌道到電纜外皮的過渡電阻是R,電纜外皮的電阻為r,則電纜外皮中流過的電流為I，可寫成下面的關(guān)系式: (1.12)因?yàn)閞很小，所以圖1.7電纜外皮通過雜散電流的原理圖1.4雜散電流的排流保護(hù)方法為了把在管道中流動的雜散電流直接流回(不再經(jīng)大地)至電鐵的回歸線(鐵軌等)，需要將管道與電鐵回歸線(鐵軌等)用導(dǎo)線作電氣上的連接，這一作法稱排流法[5]。利用排流法保護(hù)管道不遭受電蝕，稱為排流保護(hù)。1.4.1直接排流法把管道與電鐵變電所中的負(fù)極或回歸線(鐵軌),用導(dǎo)線直接連接起來，如圖1.8。這種方法無需排流設(shè)備，最為簡單，造價低，排流效果好。但是當(dāng)管道對地電位低于鐵軌對地電位時，鐵軌電流將流入管道內(nèi)(稱作逆流)。所以這種排流法，只能適用于鐵軌對地電位永遠(yuǎn)低于管地電位，不會產(chǎn)生逆流的場合，而這種機(jī)會可能不多，限制了該方法的應(yīng)用。排流線排流線鐵軌(回歸線)管道（-）圖1.8直接排流法示意圖1.4.2極性排流法由于負(fù)荷的變動,變電所負(fù)荷分配的變化等,管地電位低于鐵軌對地電位而產(chǎn)生逆流的現(xiàn)象比較普遍。為了防止逆流,使雜散電流只能由管道流入鐵軌，必須在排流線中設(shè)置單向?qū)ǖ亩O管整流器、逆電壓繼電器等裝置,這種裝置稱排流器。而具有這種防止逆流的排流法稱極性排流法，如圖1.9所示。鐵軌(回歸線)鐵軌(回歸線)極性排流管道（-）圖1.9極性排流法示意圖Fig1.9Flowdiagramofpolarrow1.4.3強(qiáng)制排流法在管道和鐵軌的電氣接線中加入直流電流,促進(jìn)排流的方法,如圖1.10所示。這種方法也可看做是利用鐵軌做輔助陽極的強(qiáng)制電流陰極保護(hù)[6]。由于鐵軌對地電位變化大,所以也存在逆流問題,需要有防逆流回路。這種方法可能使管道過保護(hù),而使鐵軌腐蝕加強(qiáng),還可能對附近的埋地金屬構(gòu)筑物有干擾。故采用這種方法時應(yīng)慎重。鐵軌(回歸線)鐵軌(回歸線)管道（-）（+）（-）~圖1.10強(qiáng)制排流法示意圖Fig1.10Lawenforcementdrainagediagram1.4.4接地排流法與前三種排流法不同的是,管道中的電流不是直接通過排流線和排流器流回鐵軌,而是流入接地極,散流于大地,然后再經(jīng)大地流回鐵軌，如圖1.11所示。這種排流法還可以派生出極性排流法和強(qiáng)制性排流法。雖然排流效果較差,但是在不能直接向鐵軌排流時卻有優(yōu)越性,缺點(diǎn)是需要定期更換陽極。接地地床接地地床管道鐵軌圖1.11接地排流法示意圖Fig.1.11Flowdiagramofgroundrow表1.2某軌道對地電位理論公式計(jì)算結(jié)果表Table1.2Rail-to-groundpotentialofatheoreticalformularesultstable到變電所距離(m)020406080100軌道對地電位(v)-34.00-30.81-27.74-24.79-21.93-19.16到變電所距離(m)120140160180200軌道對地電位(v)-16.63-13.84-11.27-8.74-6.24到變電所距離(m)22024026028o300軌道對地電位(v)-3.78-1.321.635.258.89到變電所距離(m)320340360380400軌道對地電位(v)12.2516.2820.0623.9227.88到變電所距離(m)420440460480500軌道對地電位(v)31.9636.5640.545.0050.002實(shí)驗(yàn)方法2.1.1試驗(yàn)所用儀器簡介這次現(xiàn)場試驗(yàn)我們所用的儀器為ZC-8接地電阻表，其外型尺寸見下表，輔助的配套設(shè)施還有導(dǎo)線若干、輔助接地探測棒四支。ZC-8接地電阻表適用直接測量各種接地裝置的接地電阻值，也可供一般低電阻的測量，0～1～10～100Ω規(guī)格還可以測量土壤電阻率[7]。它的主要規(guī)格及量程見下表表2.1ZC-8接地電阻表量程表Table2.1ZC-8Ground規(guī)格量程最小分度值1～10～1000-1Ω0.01Ω0-10Ω0.1Ω0-100Ω1Ω10～100～10000-10Ω0.1Ω0-100Ω1Ω0-1000Ω10Ω此儀表的技術(shù)參數(shù)要求符合下面幾個標(biāo)準(zhǔn)[8]。①儀表貫徹中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EBN21011接地電阻表的標(biāo)準(zhǔn)。②儀表的基本誤差以基準(zhǔn)值的百分?jǐn)?shù)表示其基本誤差的極限為量程的±3%③儀表的工作環(huán)境溫度為-25～+40℃。④儀表因溫度變化引起指示值變化，換算成每變化10℃不大于基本誤差。⑤儀表的工作環(huán)境濕度為25%～80%，由此引起指示值的變化不大于基本誤差。⑥儀表工作位置為水平。⑦儀表自水平工作位置向任一方向傾斜5°由此引起指示值的變化不大于誤差的1/2。⑧儀表在外磁場強(qiáng)度為0.4KA/m的影響下由此引起指示值的變化不大于基準(zhǔn)值的1.5%。⑨儀表線路與外殼間的絕緣電阻不低于20MΩ。⑩儀表發(fā)電機(jī)手柄額定轉(zhuǎn)速為150r/min。2.1.2土壤電阻率的測定原理土壤是一種電解質(zhì)，在外加電場的作用下，會產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象。土壤電阻率與土壤腐蝕性有明顯的關(guān)系，是地下金屬材料腐蝕的主要影響因素，也是金屬構(gòu)件施行陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。測量土壤電阻率的方法有很多，我們采用四極法[9]。測量原理如圖2.1所示。圖2.1測定土壤電阻率原理示意圖Fig.2.1Schematicdiagramofmeasurementofsoilresistivity安裝方法及過程與原理:將四個金屬棒垂直等距離插入土壤中，若金屬棒為a，棒插入土壤中的距離應(yīng)該小于a×5%。按照示意圖連接好之后，在兩個外電極間AB施加一個電壓，使介質(zhì)中有電流通過，分別測量串聯(lián)于外電極回路中的標(biāo)準(zhǔn)電阻上兩支內(nèi)電極之間的電位差(CD)，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出之間的電阻值。我們采用ZC-8接地電阻表，電流由小型手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。變壓器上補(bǔ)償電阻R上產(chǎn)生的電流與測量電流成正比。當(dāng)變壓器的轉(zhuǎn)換率為一時，通過R上的電流等于土壤中流過的電流。兩個測量探針棒C和D之間的電壓降相當(dāng)于電阻R上的電壓。測量段的電阻相當(dāng)于土壤中探針棒之間測得的電阻。這個值我們可以直接從表上出。土壤電阻ρ可用下式進(jìn)行計(jì)算： ρ=2aR (2.1)式中：Ρ—該地區(qū)的土壤電阻率，Ω·cm(Ω·m);a—探棒與探棒間的距離，mm(m)；R—接地電阻表讀數(shù)，Ω。2.2管地電位的測定方法2.2.1試驗(yàn)所用儀器測定管地電位用的儀器是VC9802A數(shù)字萬用表和飽和硫酸銅參比電極。2.2.2現(xiàn)場測定過程和原理在現(xiàn)場我們用的方法是參比法[10]。將參比電極放在管道頂部上方1m范圍內(nèi)的地表潮濕土壤上，必須保證參比電極與土壤接觸良好。將萬用表調(diào)整開關(guān)調(diào)整到適當(dāng)電壓檔量程上，讀取數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確作好記錄。當(dāng)管道上有雜散電流干擾時，管地電位的變化是判斷干擾程度的重要指標(biāo)。接線方法如下圖所示：圖2.2參比法測試管地電位接線示意圖3某地管線土壤電阻率和管地電位的測量3.1土壤電阻率的測定在現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)和有公式算得的數(shù)據(jù)見下表：表3.1一次測量土壤電阻率結(jié)果編號土壤電阻值(Ω)土壤電阻率(Ω·m)K11.721.35K21.113.82K30.810.05K41.113.82K50.56.28K61.417.58K70.11.256K80.67.536圖3.1一次土壤電阻，電阻率測試圖表3.2二次測量土壤電阻率結(jié)果編號土壤電阻值(Ω)土壤電阻率(Ω·m)K10.911.3K21.518.84K31.316.33K40.810.05K50.911.3K61.113.82K71.417.58K8787.92圖3.2二次土壤電阻，電阻率測試圖表3.3三次測量土壤電阻率結(jié)果編號土壤電阻值(Ω)土壤電阻率(Ω·m)K14.556.52K24.151.5K32.126.38K41.822.61K52.227.6K6562.8K73.1940.1K82.430.1圖3.3三次土壤電阻，電阻率測試圖表3.4四次測量土壤電阻率結(jié)果編號土壤電阻值(Ω)土壤電阻率(Ω·m)K10.911.3K24.151.5K31.113.8K45.974K53.746K61.822.61K71.316.33K82.936.42圖3.4四次土壤電阻，電阻率測試圖表3.5一次測量管地電位結(jié)果編號最大值(mv)最小值(mv)平行管道電位梯度(mv/m)垂直管道電位梯度(mv/m)K1-0.889-0.8860.460.46K2-0.985-0.9561.21K3-1.101-0.82201K4-0.924-0.8327.30K5-1.152-0.91810.35.3K6-0.864-0.9312.30.4K7-0.824-0.9002.80K8-1.20-1.201.920.13.2管地電位的測量圖3.5一次測量管地電位結(jié)果圖圖3.6一次測量電位梯度結(jié)果圖表3.6二次測量管地電位結(jié)果編號最大值(mv)最小值(mv)平行管道電位梯度(mv/m)垂直管道電位梯度(mv/m)K1-0.868-0.8650.480.48K2-0.964-0.9351.31.1K3-1.080-0.80101.1K4-0.903-0.8117.80K5-1.128-0.89811.26.1K6-0.843-0.9202.80.9K7-0.803-0.8792.90K8-1.099-1.0801.980.4圖3.7二次測量管地電位結(jié)果圖圖3.8二次測量電位梯度結(jié)果圖表3.7三次測量管地電位結(jié)果編號最大值(mv)最小值(mv)平行管道電位梯度(mv/m)垂直管道電位梯度(mv/m)K1-0.910-0.8990.560.56K2-1.006-0.9771.51.2K3-1.123-0.84301.3K4-0.945-0.8538.10K5-1.173-0.93911.86.9K6-0.885-0.9523.21.2K7-0.845-0.9213.20K8-1.115-1.1262.010.9圖3.9三次測量管地電位結(jié)果圖圖3.10三次測量電位梯度結(jié)果圖3.3保護(hù)技術(shù)方案根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和繪制的圖表，可以清楚地看到雜散電流的分布情況和強(qiáng)度大小，為保護(hù)方案的提出提供了有力的數(shù)據(jù)支持。但在實(shí)際工程中既要能夠滿足技術(shù)上有效、又要在經(jīng)濟(jì)上節(jié)省[11]。目前共有四種方式可供選擇。一種是直接排流。即將管道上的陽極區(qū)直接連接到產(chǎn)生雜散電流的直流電源負(fù)回饋線上。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)最簡單、經(jīng)濟(jì)上最省錢。這種方式的使用條件為：雜散電流源必須明確且距離管道較近；管道的排流點(diǎn)的電位必須相當(dāng)穩(wěn)定，而且管道的電位必須永遠(yuǎn)正于雜散電流源地區(qū)。直接排流法具有雙向?qū)щ娦?，?dāng)采用這種方式，在陽極區(qū)及雜散電流方向發(fā)生變化時，大量的雜散電流將被引入管道，使管道的腐蝕更為加劇。另一種方式為極性排流。它是在饋流線中串若干個(組)二極管，僅讓管道排出雜散電流源，而阻止雜散電流經(jīng)饋線返流至管道。其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、比較省錢、適用于即使極性突變的地區(qū)。但同樣要求雜散電流源必須確定，此外可能會帶來管理上的一些問題，而且，由于二極管的正向電阻，排流效果將會受到影響，故不采用這種方式。第三種方式為強(qiáng)制排流。它的原理與外加電流陰極保護(hù)的原理基本相同，如果不是向干擾源排，而是設(shè)置一組輔助陽極，那么，實(shí)際上就是增設(shè)了一套陰極保護(hù)裝置。盡管這種方式具有排流效果好，電壓、電流可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，但這種方式的成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要外部電源和維護(hù)管理。第四種方式為接地式排流。這種方式是在管道周圍埋設(shè)若干組接地體，將管道與這些接地體相連。當(dāng)雜散電流進(jìn)入管道后，由陰極區(qū)經(jīng)管道流向接地體，由接地體泄入大地，返回雜散電流源。從而改變了原來由管道的陽極區(qū)流出、使管道腐蝕加劇的狀況。它的缺點(diǎn)在于需要定期更換接地體；優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)簡便、使用方便。如果制作得好，排流效果應(yīng)該能夠滿足工程要求。在對我們這條管道進(jìn)行排流保護(hù)時，所上的排流措施應(yīng)該具有雙重功能：既能夠有效地排除雜散電流、使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排流效率[12]。也能夠?qū)艿捞峁┳銐蛴行У年帢O保護(hù)，解決很可能潛在的末端保護(hù)不到的問題；這樣，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上才更合理些。因此，根據(jù)我們以往對這條管道的實(shí)際條件的了解，從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上綜合考慮，建議采用犧牲陽極接地式排流方案。⑴排流地床的設(shè)計(jì)排流點(diǎn)位置選擇得正確與否直接關(guān)系到排流保護(hù)的效果和成本。實(shí)踐表明，一組排流地床的作用范圍和排流量是有限的，所以應(yīng)該采取小集中、大分散的多組排流接地方式[13]。但是，排流點(diǎn)設(shè)置的位置和數(shù)量，每一組的陽極支數(shù)，以及各排流點(diǎn)間的距離．由于土壤性質(zhì)和地電場的復(fù)雜性，目前還沒有直接可用的理論計(jì)算公式，只能根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果，利用經(jīng)驗(yàn)公式，在憑借實(shí)際經(jīng)驗(yàn)預(yù)先估算，具體實(shí)施時先設(shè)置一部分排流地床。然后檢測雜散電流干擾程度和范圍的變化，再設(shè)置，再檢測，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。如果僅憑并不十分可靠的計(jì)算結(jié)果，把認(rèn)為所需要的排流地床的全部或大部分一下子安上去，往往因達(dá)不到預(yù)期效果而增加投資。⑵排流工程的實(shí)施①陽極地床材料的選擇及埋設(shè)用犧牲陽極做為接地材料不會消耗原有陰極保護(hù)系統(tǒng)的電流，這樣的排流措施兼有排流與保護(hù)的雙重功能?？晒┻x擇的有鋅(合金)、鋁(合金)及鎂(合金)陽極三個系列。鋅陽極和鋁陽極的價格比鎂陽極便宜，但有效電壓不如鎂陽極高，而且分別適用于土壤電阻率小于20Ω·m和30Ω·m的環(huán)境中，但我們面臨的重點(diǎn)排流段管線的周圍，土壤電阻率一般在30Ω·m以上至100Ω·m，如在這一特定條件下選用鋅陽極或鋁陽極，勢必只有通過增加陽極個數(shù)來降低接地電阻，這樣一來，雖然價格便宜，但陽極材料的費(fèi)用增加了，施工安裝費(fèi)用和其它附設(shè)費(fèi)用也要相應(yīng)增加。鎂陽極適用于100Ω·m以下的土壤環(huán)境，符合我們這條管道的情況，而且有效電壓高，總體考慮上最為可行。用做排流地床接地材料的鎂陽極要經(jīng)過預(yù)制。為降低鎂陽極的接地電阻，鎂陽極周圍必須填充足夠量的填包料，每支陽極配一袋填包料。施工時，土壤電阻率高的地方，填包料的用量加倍。在選定的排流點(diǎn)處按照距管道不同距離開挖陽極組地槽，將填包料袋按不同間距放入地槽，再將鎂陽極放入填包料袋內(nèi)，使其位于填包料中心。然后，用一條長電纜聯(lián)接每組陽極。陽極與陽極之間的連接電纜留有足夠的余量。陽極與連接電纜的連接采用銅焊，焊縫長度在10cm以上，確保接觸良好、可靠。陽極組中留出一支陽極直接接到測試盒，以便進(jìn)行參數(shù)測量。陽極組另外通過一條匯流線接到測試盒。陽極組的所有焊接處采用熱縮套管密封絕緣。對陽極組的每一支鎂陽極澆足夠的水，使之潤濕、浸透，陽極活化。回填遠(yuǎn)、近陽極組地槽和部分匯流線溝。②管道上電纜的連接將排流點(diǎn)處的管道挖出，管底懸出0.4m左右，去掉一定面積的防腐層，除去管體表面的瀝青，并用鋼刷、砂布打出金屬光澤[14]。然后，將測試盒內(nèi)的匯流線和測試線用鋁熱焊劑焊在管道上，確認(rèn)焊接牢固、可靠后，用瀝青、玻璃布纏繞管體暴露的表面，并使之達(dá)到原設(shè)計(jì)要求或以上。③測試校和檢查片的埋設(shè)將測試盒立于坑內(nèi)管道附近，回填至一定高度，放入檢查片。檢查片事先稱重、打號。每一排流點(diǎn)放入十片，其中的三片做為保護(hù)片，通過測試盒與管道相連，另外的七片做為自然片，不與管道相連，任其