漏電導(dǎo)致陰極保護(hù)絕緣接頭內(nèi)腐蝕失效的原因
一、對絕緣接頭內(nèi)腐蝕簡單闡述外加電流陰極保護(hù)已經(jīng)成為石油工業(yè)中一種常見的、成熟的管道外防腐保護(hù)措施。絕緣接頭或絕緣法蘭作為陰極保護(hù)體系中不可或缺的部件,用來連接施加陰極保護(hù)管段和未施加陰極保護(hù)管段。但油田現(xiàn)場集輸管線在應(yīng)用陰極保護(hù)時,經(jīng)常發(fā)生絕
緣接頭或絕緣法蘭內(nèi)腐蝕穿孔。通常認(rèn)為絕緣接頭局部電流泄漏是導(dǎo)致其產(chǎn)生嚴(yán)重內(nèi)腐觸的直接原因。由于施加陰極保護(hù),絕緣接頭陰極保護(hù)端與未保護(hù)端產(chǎn)生一個局部電場,電場方向由絕緣接頭未保護(hù)端指向陰極保護(hù)端, 當(dāng)管道輸送的流體電阻率較低
或者在絕緣接頭底部形成含水層時, 則在絕緣接頭未保護(hù)端內(nèi)壁產(chǎn)生局部陽極電流,從而造成絕緣接頭未保護(hù)端底部嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕。
二、對失效原因分析
2.1 絕線接頭電位差影響
當(dāng)絕緣接頭兩側(cè)的電位差變化時, 絕緣接頭內(nèi)璧局部漏電電流密度的大小和分布也將隨之改變。由于絕緣層與內(nèi)涂層的絕緣作用,在絕緣接頭內(nèi)涂層中間部分電流密度較小,而在絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣處(絕緣接頭與集輸管線連接處)漏電電流密度最大。本
文模擬計算了當(dāng)絕緣接頭底部存在采出水時,絕緣接頭兩側(cè)電位差在 0.05 V~0.25 V范圍變化內(nèi)涂層邊緣處的漏電電流密度,計算結(jié)果表明,絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣處漏 電電流密度隨著兩側(cè)電位差增大而線性增大。
2.2 輸送介質(zhì)電阻率
絕緣性能是絕緣接頭的一個重要參數(shù)指標(biāo), 絕緣接頭的絕緣層電阻值必須大于10 MΩ[9]。絕緣接頭非保護(hù)端管道的極化方程, 著重分析了陰極保護(hù)下管道接地電阻對絕續(xù)接頭絕緣性能的影響, 但在理論推導(dǎo)過程中沒有考慮管道輸送介質(zhì)電阻的影響。有
限元模擬計算表明,不同輸送介質(zhì)電阻率條件下, 絕緣接頭的絕緣層電阻變化對漏電電流密度的影響不同。當(dāng)絕緣接頭底部存在采出水時,由f絕緣接頭底部的采出水電阻遠(yuǎn)小于絕緣層電阻, 絕緣接頭漏電電流密度主要取決于采出水的電阻, 絕緣接頭絕緣
電阻變化對漏電電流密度影響甚微, 但此時絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣的漏電電流密度較大,約為 0。27 A/m2,漏電電流將導(dǎo)致絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕, 絕緣接頭電流密度分布。當(dāng)管道輸送介質(zhì)為油時,絕緣層電阻變化對絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣處漏
電電流密度影響顯著, 但由于輸送介質(zhì)油的電阻率較高, 絕緣接頭內(nèi)涂層外邊緣處漏電電流密度數(shù)值很小,約在10-5 A/m2范圍,因此絕續(xù)接頭漏電可以忽略, 不會對管道內(nèi)壁造成腐蝕。
根據(jù)油田采出水的電阻率與其礦化度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系,本文進(jìn)一步分析了油田采出水礦化度對絕緣接頭漏電電流密度的影響。計算結(jié)果表明,絕緣接頭漏電電流密度隨著采出水礦化度的增大而顯著增大,如圖4所示。當(dāng)水質(zhì)礦化度達(dá)到50 g/L時,絕緣接頭內(nèi)
涂層邊緣處漏電電流密度達(dá)到了12 A/m2,根據(jù)法拉第定律由漏電電流密度換算的平均腐蝕速率高達(dá)14 mm/a,絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣處的漏電電流將導(dǎo)致管道很快發(fā)生腐蝕失效。
2.3 絕緣接頭內(nèi)涂層
當(dāng)絕緣接頭內(nèi)涂層出現(xiàn)缺陷時,則內(nèi)涂層缺陷將會改變絕緣接頭漏電電流密度的分布和大小。本文開展了絕緣接頭內(nèi)涂層缺陷對漏電電流密度分布和大小的影響的模擬計算, 模型假設(shè)管道底部輸送介質(zhì)有采出水, 絕緣接頭未保護(hù)端一 側(cè)內(nèi)涂層出現(xiàn)半徑
為2 mm圓形缺陷。模擬計算結(jié)果如圖5 所示, 在絕緣接頭未保護(hù)端內(nèi)涂層缺陷處漏電電流密度最大, 達(dá)到 0。25 A/m2。絕緣接頭的電流泄漏不僅會導(dǎo)致絕緣接頭未保護(hù)端內(nèi)涂層邊緣處產(chǎn)生嚴(yán)重內(nèi)腐般, 而且在內(nèi)涂層缺陷處也會產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。模擬計
算結(jié)果與現(xiàn)場失效絕緣接頭內(nèi)腐蝕形貌是一致的。
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三、防護(hù)措施
根據(jù)以上模擬計算結(jié)果, 在油田現(xiàn)場集輸管線應(yīng)用陰極保護(hù)時, 可以考慮采取以下措施防止或減輕絕緣接頭內(nèi)腐蝕穿孔: (1)在絕緣接頭未保護(hù)端安裝接地電池或布置棲牲陽極,消除絕緣接頭兩側(cè)局部電位差,可以減緩絕緣接頭內(nèi)壁腐蝕。(2)如果輸送介質(zhì)
為導(dǎo)電介質(zhì)時,可用增加件內(nèi)襯涂層的厚度及長度來滿足特定的絕緣性要求。(3)為了選免絕緣接頭底部形成含水層, 絕緣接頭應(yīng)避免設(shè)置在管道走向的低洼處或者將絕緣接頭傾斜或垂直安裝。(4)在焊接安裝絕緣接頭或管道清管作業(yè)時,注意保護(hù)絕緣接
頭內(nèi)襯涂層,防止涂層破損在絕緣接頭內(nèi)壁產(chǎn)生較大的局部漏電電流。
四、河北億金管道制造有限公司對《漏電導(dǎo)致陰極保護(hù)絕緣接頭內(nèi)腐蝕失效》介紹絕緣接頭兩側(cè)電位差和管道輸送介質(zhì)電阻率是絕緣接頭內(nèi)腐蝕穿孔主要控制因素,模擬計算結(jié)果表明:1.絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣處的漏電電流密度隨著絕緣接頭兩側(cè)電位差的
增加而增大。2.當(dāng)絕緣接頭底部存在采出水時,絕緣接頭內(nèi)涂層邊緣處的漏電電流密度隨著采出水礦化度增大而顯著增大。3.在絕緣接頭未保護(hù)端的內(nèi)涂層邊緣和涂層缺陷處,漏電電流密度較大,將導(dǎo)致嚴(yán)重局部腐蝕,模擬計算結(jié)果與油田現(xiàn)場失效的絕緣
接頭內(nèi)腐蝕現(xiàn)象是一致的。歡迎新老客戶來咨詢采購 ，咨詢電話：13931765967 董經(jīng)理。
