杂散电流的流入流出干扰实例

应用SCM新技术完善对市区环境管线直接评价(ECDA)的结果AntonKacicnik;P.Eng.–加拿大EGD公司.DaryleH.Warnke;P.Eng.–加拿大CCT公司.GordonParker;C.E.T.–加拿大雷迪公司引言►应用杂散电流测试技术完成ECDA过程及强化评价结果。►本资料讲解杂散电流检测技术以及如何解释检测的结果。背景资料►管线的完整性规程因以下因素而变化：不同级别的政府不同的输送介质（气体介质或液体介质产品）不同的国家之间同一国家的不同地区.►EGD为了证实全面管理规则(IMP)不仅满足了安大略省规则的所有需求，而且反映了工业领域中的最好方法，做了如下工作：考察了其他管辖权下的IMP立法考察了其他法规制定者制定的不同IMP规程特别关注的是直接评价(DA)，它是由NACE开发的一种方法。它是被美国运输部引用作为一种用于燃气传输管线的规则，用于推测管线条件的可接受的评价方法。背景资料►按照最低风险原则，EGD的全面管理部(IMD)已经定义了外部腐蚀，特别是杂散电流感应腐蚀，作为城市管线的关键威胁的一种。►选择NPS30管线用于外腐蚀直接评价(ECDA)验证，源于以下因素：管线位于居民区;常常受到来自地铁和路面交通系统的杂散电流干扰提供天然气给多伦多镇及其周边地区的居民.►管线可以改造，允许进行内部漏磁检测，结果与ECDA结果作比较。►外业检测工作，EGD委托CC公司完成ECDA全过程。NPS30管线资料►运行32年自北向南的燃气管线.起点:与TransCanada管线连接站。终点:到达Ontario湖的岸边。管线跨过各类地形，包括:►60米深的山谷.►若干条高速公路、街道;►与铁路和有轨电车交叉►跨过河流►杂散电流干扰在它的整个沿线都不同程度地存在。►确定NPS30为EGD公司管线系统中风险最高的管线。电性干扰►杂散电流干扰是EGD公司在GTA地区的钢质燃气输送管线过早损坏的关键因素。在该区域内：由电车和地铁形成的动态杂散电流干扰是非常明显的。因而,EGD公司要对管线的电性干扰风险进行充分的评价，并作为ECDA过程的一部分。►EGD的腐蚀防护部门已经正确地预测了管线所受到的杂散电流干扰，设置了4个绝缘接头以控制管线上杂散电流干扰。这4个绝缘接头将整条管线分为5个部分。在每个部分应用整流器对管线施加了阴极保护(CP)。电性干扰源►动态杂散电流干扰来自直流电驱动的系统.NPS30穿过的1条地铁和3条有轨电车.有轨电车的驱动系统操作电压通常达到600伏，在峰值期间能够达到数千安培的电流.电流通过铁轨回流到分站。如果铁轨对地绝缘良好，电流不会流入大地，附近的设施不会受到干扰.►经常出现的情况是,由于设计、结构方面的缺陷或损坏，某些DC轨道系统的电流会泄露到大地，从而形成了对管线或设施的电性干扰。杂散电流可以沿管网传输数公里，此时对管道危害不大。当它离开管线进入到其它结构或系统，如果没有采取相应的防范措施，就会导致管道的强烈腐蚀发生.ECDA过程►外部腐蚀直接评估►由NACE国际标准：RP0502-2002►过程包括:预评价（Pre-assessment）间接检测（IndirectInspections）直接检查（DirectExamination）再评价（Post-assessment）ECDA间接检测►基于ECDA的预评价，ECDA间接调查包括如下内容和步骤：管线定位和测深电磁技术测试(PCM)技术，进行大间距的管线防护层状况检测密间隔测试(CIS)技术，沿管线进行阴保CP效果检测直流/交流电压梯度(DCVG/ACVG)技术，定位管线破损点及破损面积检测土壤电阻率测量，确定管体腐蚀速率杂散电流测量，确定管线上电性干扰范围，以及定位杂散电流的流入流出点。杂散电流干扰对ECDA的挑战►杂散电流活动会直接导致管线上相应的结构电解电位(structure-to-electrolytepotentials)的变化。持续波动的电位直接导致了难于正确地测量CP管的电位，也使得验证阴极保护系统的效果变得困难实施，无法发现系统设计上的不足并加以完善。任何基于电压或电流的测量都会因为杂散电流的存在而影响检测的精度和可靠性。除非能够对由杂散电流影响产生的电位进行修正或补偿适当的检测方法和仪器都会提供时间权重的中值以及在采集保存数据中的最大/最小峰值，为根据现场的检测结果提供修正的依据和数据。►掌握检测现场存在的杂散电流大小、来源以及目的点，为管道技术人员提供准确的技术资料进而将ECDA评价的影响控制在最小程度。即便无法做到完全的补偿，找出杂散电流影响的模式，对于能够将有效降低杂散电流影响，也是至关重要的。SCM硬件组成►工业协会提出了一个能够进行杂散电流测绘(SCM)系统的需求，在完成对方法和概念进行的一系列的评价后，选定英国雷迪公司(RD)来完成这个项目。RD公司通过应用他们在埋地管线定位方面的丰富经验，采用电磁(EM)场检测技术通过测量管道上由杂散电流产生电磁场中的磁场，来测量杂散电流的大小和方向。1米长的接收感应板内沿长度方向布置一组直交磁力传感器，用于检测电磁场并记录地下管线上的绝对电流强度.感应板中还包括一个模拟电压数据记录器，使得管线上杂散电流的影响很容易地通过管线上电压的波动记录下来。放置一个固定的感应板到现场，用作测量电流的参考基准.第二个感应板放在离开参考点的若干个位置来测量，将这样一组测量数据放在分析软件内，就能够确定出是否有杂散电流被施加到金属管线上，在什么位置施加的，以及施加的干扰电流的强度.通过记录的数据计算出剖面上的电流损耗SCM软件►SCM系统所配置的分析软件，包含了一系列计算工具用于基于时间的对电流/电压数据的分析►可视化的数据显示方便的缩放功能，大比例坐标上的对离散事件的与/或分析►很容易地分析记录数据的最大最小和中间值。►高级的数据分析功能:多个感应板记录的曲线之间的相关系数。全自动的动态电流计算。消除记录数据的时间漂移。有关感应板之间的电流增加或减小的百分率。SCM现场工作►SCM适于野外现场工作全天候工作操作便于掌握和使用48小时的持续电池供电能力使用便携电脑进行记录任务的设定恶劣天气时，可以在车内设定后，移到现场启动进行测量.►为每个远程现场预留了5–10分钟充足的记录时间.杂散电流的流入流出干扰实例杂散电流干扰(兰线)及相应的CP电位(粉色线)03年7月12日20点至13日9点杂散电流干扰在早晨1点到6点期间明显减小1666mV20ANPS30管线上杂散电流的分布►将固定感应板放置在适当的位置►沿管线使用便携式感应板在关键位置进行测量穿越有轨电车的位置第三方管线跨接处绝缘接头连接处强制排流装置附近NPS30管线上杂散电流的分布►找出可能存在问题管段，进行更小间距的测量.►第一组测量数据得出了整个管线上受杂散电流干扰的情况，用于确定管线受杂散电流干扰的范围和电流流入、流出的大体位置.SCM测量结果I►尽管管线上的电位有明显的波动，但杂散电流的强度较EGD其它管线的要小得多。►当个别的电流峰值达于30安培时，管线上杂散电流的平均值小于2安培►得出这样的判断：相邻管线成为杂散电流返回供电站更为理想的通路.这条较旧的输气管线带有更多的防腐层破损点。通过Don山谷走廊时，相邻3条输油管线成为杂散电流返回供电站更为理想的通路►在排流点附近检测，可以明显地观测到输油管线上的杂散电流通过排流装置流入大地，进而回流到干扰施加点。在排流点处频繁地检测到超过100甚至达到300安培的峰值电流SCM测量结果II►杂散电流流入和流出位置与管线周边环境有关：全部杂散电流的流入点都在3，4区.在1和2区杂散电流是自南向北流动的。区域内没有杂散电流的流出点，而对管线并不构成大的危害.管线上的部分杂散电流通过在支线上失效的绝缘接头流入EGD公司的其它管线系统中，另一部分电流流入到CP整流器的阳极地床。NPS30管线来说，小部分杂散电流传输在最北端的位置，尽管该位置距离最近的铁轨已有30公里之远.►在市区环境中，杂散电流能够通过地下管网(如EGD公司)，传输很长距离的通路流回干扰电流施加点处。因而，它会干扰从直流电力机车系统附近到数英里范围内的管线.SCM测量结果III►SCM检测出NPS30管线从附近的输油管线上拾取杂散电流的位置：确定出了四个杂散电流流入点.►还帮助确定出进行开挖验证的管线位置.作为ECDA的步骤，将这些位置作为ECDA评价的工作点进行开挖。开挖处发现了防腐层的缺陷点.发现少量的管体腐蚀损伤，但所有管体腐蚀的程度都小于20%。►说明CP保护已经对杂散电流干扰的发挥了控制作用.►SCM测量结果可以指示出下一步维修的重点。►有轨电车正在维修，所测出的杂散电流分布可能与原来的不一致。在电车恢复后，也会较当前分布情况有所变化。SCM检测结果►例1#–Gerrard街的绝缘器►例2#–强制排流对杂散电流的控制效果测试例1#Gerrard街的绝缘器►下图给出了软件分析处理数据后得到的结果图形。该软件是雷迪公司作为设备的一部分提供的。显示结果清楚地给出杂散电流对绝缘接头南端管线的影响情况，它对远处的固定感应板处的管线也产生了干扰。Gerrard街的绝缘器例2#强制排流对杂散电流的控制效果测试►下图给出了在强制排流设施附近的杂散电流的活动情况.当强制排流装置运行时，杂散电流的影响被压制，保护电位处于可以接受的水平。强制排流对杂散电流的控制效果测试强制排流对杂散电流的控制效果测试►当强制排流装置停止运行时，由于返回电流受到阻碍，杂散电流活动随后变得强烈起来，阴保电位降低变为欠保护水平。当NPS30管线与输油公司的整流器阴极电缆被断开，情况变得更糟。►使用SCM，可以对阴极保护系统和强制排流装置的有效性进行彻底的分析评价。结论►对受到动态杂散电流干扰的管线进行ECDA评价尽管是可行的,但需要专门的设备，以及根据持续变化的电流和对结构电解电位进行理解和修正的过程。►杂散电流的测量，对于有杂散电流影响的管线进行ECDA评价过程本身提供极有价值的信息。►当进行ECDA时，基于杂散电流测量结果的修正和过程总结是至关重要的。谢谢大家!天津市嘉信技术工程公司TEL：022-2325331523251679FAX：[phone]地址：天津市河西区永安道罗马花园戊座1栋701(300204)@vip.163.com