一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法

摘要

本发明公开了一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)测量阴极保护电流密度；2)计算交流电流密度；计算公式为：

说明书

技术领域

本发明涉及输变电设备和管道健康状态评估领域，具体是一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法。

背景技术

近几年，随着经济增长速度的逐年提升，我国在输电线路和埋地金属管道的敷设方面逐渐加快进程。但由于两者对传输路径的择优选取方案极为相似，故时常会出现架空线路与管道平行接近或交叉跨越的情况，从而导致相互间的间距经常达不到相关标准(规范)的要求。最终对邻近埋地金属管道产生干扰，使得管道表面腐蚀加剧，甚至击穿。

为杜绝距离不满足国标要求所带来的一系列燃爆安全隐患及事故纠纷，亟需开展输变电设施与埋地金属管道的相互影响机理、腐蚀健康状态评估技术及预防措施等方面展开深入研究，

故需要一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法。

目前，国内外研究者对管道腐蚀风险分析做了大量的研究。燃气管道的腐蚀评估技术进展从最初的单因素分析逐渐过渡到多维度、差异化分析；分析技术也从定性分析发展到定量分析，再到定量与定性分析相结合。

由于我国对金属管道的腐蚀健康状态分析起步较晚，并且在设备配置和风险管理水平上与国外仍存在着一定的差距，因此在管道腐蚀健康状态评估方面仍面临着一些难题。

其主要包括管道运行数据基本依靠人工记录，难以获取真实可靠的原始数据；管道所处外界环境复杂，难以确定影响因素；相关标准规定大多都是根据研究分析和少量实际数据而制定的，在工程实际应用方面还欠缺适用性与普及性。

除此之外，从目前所翻阅文献内容得知，输变电设备干扰下对燃气管道的腐蚀健康状态评估方面没有进行完整和系统性的研究。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量阴极保护电流密度；

2)计算交流电流密度；

计算公式为：

其中：U_ac为交流干扰电压，单位为V；

i_ac为交流电流密度，单位为A/m²；

ρ为土壤电阻率，单位为Ω·m；

d为破损点直径，单位为m；

3)计算并收集不同阴极保护情况下，交流电流密度与管道腐蚀速率的相关影响数据，进行拟合，得到受输变电设备影响的管道腐蚀健康状态；

通过拟合得到阴极保护电流密度与交流电流密度之间的函数关系，整合得到管道腐蚀健康状态判断图；

在管道腐蚀健康状态判断图中：

①当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(2)，则管道腐蚀速率在0.01mm/a下，此时腐蚀健康状态则处于优秀状态；

y＜101x+12 (2)

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

②当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(3)，则管道腐蚀速率在0.01mm/a～0.1mm/a之间，此时处于腐蚀健康良好的状态；

101x+12＜y＜110.1-71.29cos(3.424x)+60.37sin(3.424x) (3)

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

③当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(4)，则管道腐蚀速率在0.1mm/a～1mm/a之间，此时管道腐蚀健康状态中等；

110.1-71.29cos(3.424x)+60.37sin(3.424x)＜y＜14850sin(2.377x+

1.045)+14680sin(2.387x+4.199) (4)

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

④当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(5)，则管道腐蚀速率在1mm/a～10mm/a之间，此时管道腐蚀健康状态较差；

14850sin(2.377x+1.045)+14680sin(2.387x+4.199)＜y＜-1448x³+

1237x²+379x+98.2>

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

⑤当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，

若其满足式(6)，则管道腐蚀速率大于10mm/a，此时管道腐蚀状态差；

y＞-1448x³+1237x²+379x+98.2>

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：

本发明提供了了一种计及输变电干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法，不仅考虑交流电流密度与阴极保护电流密度的双重作用，还使得评估结果更为准确，并为今后的状态评估提供了有益的参考。

附图说明

图1为埋地金属管道腐蚀健康状态评估指标体系图；

图2为输变电设备干扰下管道腐蚀健康状态评估流程图；

图3为管道腐蚀健康状态判断图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参考如图1所示的埋地金属管道腐蚀健康状态评估指标体系图；确定输变电设备干扰下，管道腐蚀风险判据以及划分腐蚀健康状态等级；

考虑单一交流电流密度评判带来的局限性，选用交、直流电流密度作为衡量参数，并以《管道防腐蚀手册》中金属耐腐蚀性能作为等级判定标准。

总共分为优秀、良好、中等、较差、差五种状态，如表1所示，给出了具体的判定标准。

表1

实施例2：

一种计及输变电设备干扰的埋地金属管道腐蚀健康状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量阴极保护电流密度；

2)计算交流电流密度；

计算公式为：

其中：U_ac为交流干扰电压，单位为V；

i_ac为交流电流密度，单位为A/m²；

ρ为土壤电阻率，单位为Ω·m；

d为破损点直径，单位为m；

3)由于输变电设备对埋地金属管道的干扰机制非常复杂，因此很难通过交流电流密度与阴极保护电流密度的直接比值建立一种简单的函数关系来确定管道腐蚀健康状态。

为此，采取了间接方式。

通过收集不同阴极保护情况下交流电流密度与管道腐蚀速率的相关影响数据，并进行拟合可得到受输变电设备影响的管道腐蚀健康状态；各阴极保护电流密度下管道腐蚀速率与交流密度值如表2所示。

表2

通过拟合得到阴极保护电流密度与交流电流密度之间的函数关系，整合得到如图3所示的管道腐蚀健康状态判断图；

在管道腐蚀健康状态判断图中：

①当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(2)，则管道腐蚀速率在0.01mm/a下，此时腐蚀健康状态则处于优秀状态；

y＜101x+12 (2)

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

②当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(3)，则管道腐蚀速率在0.01mm/a～0.1mm/a之间，此时处于腐蚀健康良好的状态；

101x+12＜y＜110.1-71.29cos(3.424x)+60.37sin(3.424x) (3)

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

③当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(4)，则管道腐蚀速率在0.1mm/a～1mm/a之间，此时管道腐蚀健康状态中等；

110.1-71.29cos(3.424x)+60.37sin(3.424x)＜y＜14850sin(2.377x+

1.045)+14680sin(2.387x+4.199) (4)

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

④当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，若其满足式(5)，则管道腐蚀速率在1mm/a～10mm/a之间，此时管道腐蚀健康状态较差；

14850sin(2.377x+1.045)+14680sin(2.387x+4.199)＜y＜-1448x³+

1237x²+379x+98.2>

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²；

⑤当阴极保护电流密度在0.01A/m²～0.8A/m²范围时，

若其满足式(6)，则管道腐蚀速率大于10mm/a，此时管道腐蚀状态差；

y＞-1448x³+1237x²+379x+98.2>

其中，y为交流电流密度，单位为A/m²；

x为阴极保护电流密度，单位为A/m²。

实施例3：

使用实施例1和实施例2中的方法，针对华北地区某输气管道的腐蚀健康状态进行评估；

具体的：

华北地区某输气管道敷设长度达20km，管道外径为219mm，厚度为6.4mm，埋深为2m。防护层材料为3PE，并符合国家标准《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》。

其中3层PE防腐层电阻率为105Ω·m²，相对介电常数为2.3。

管道的阴极保护系统采用强制电流的阴极保护方式，阴极保护电流密度为0.014A/m²。

管道两端为分输站，分输站工艺设备、管道和干线管道均由绝缘法兰相连，管道沿线无接地措施。

管道与多条交流输电线路临近并行，现场交流干扰检测表明该管线交流干扰严重，最高电压约为40V，在测量时段内，交流干扰电压读数相对稳定，变化不超过0.5V，数据测量结果如表3所示(表中干扰电压为测量时段内的平均值)。

管道沿线主要为平原，土壤电阻率大约为80～100Ω·m²，视其为均匀土壤层。

表3

以3号桩为例进行求解，包括以下步骤：

1)测量阴极保护电流密度；

所述阴极保护电流密度为0.014A/m²；

2)计算交流电流密度；

根据式(1)可得该管道交流电流密度值i_ac为：

式中，i_ac为管道管道交流电流密度，A/m²；U_ac为交流干扰电压，V；d为涂层破损点直径，m；ρ为土壤电阻率，Ω·m。

3)将阴极保护电流密度值0.014A/m²与交流电流密度值，代入腐蚀风险判定图，大致可得管道处于腐蚀健康状态较差；

代入式(5)中计算得到y₁,y₂的值如下。

y₁＝14850sin(2.377x+1.045)+14680sin(2.387x+4.199)

＝14850sin(2.377×0.014+1.045)+14680sin(4.23)

＝14850×0.88114+14680×(-0.887)

＝63.769(A/m²)

y₂＝-1448x³+1237x²+379x+98.2

＝-1448×0.014³+1237×0.014²+379×0.014+98.2

＝103.7444(A/m²)

最后将值与实际计算得到的交流电流密度值进行比较，得到如下结果,；

63.769A/m²＜86.796A/m²＜103.7444A/m²

故可得到该段埋地金属管道的腐蚀健康状态较差，需要采取一定防护措施，以免腐蚀情况加剧而引发安全事故。