[发明专利]广义直流阴极保护系统及其广义直流恒电位仪

说明书

技术领域

本发明涉及埋地金属管道的电化学腐蚀技术领域，尤其是涉及一种广义直流阴极保护系统及其广义直流恒电位仪。

背景技术

1928年被称为美国“电化学之父”的罗伯特·J.柯恩(Kuhn)在新奥尔良的一条长距离输气管道上安装了第一套牺牲阳极保护装置，从而为阴极保护的现代技术打下了基础。目前，阴极保护技术在金属管道腐蚀领域得到广泛应用。对油气长输管道配备阴极保护系统是非常必要的，它是延长管道寿命、保证管道安全运行的基础条件。目前，阴极保护技术主要有：牺牲阳极保护、直流恒电位仪和脉冲恒电位仪等三种保护，由于直流和脉冲恒电位仪具有对杂散电流干扰的可控性，因而得到比牺牲阳极保护更广泛的应用。

到目前为止，经典的油气长输管道的直流恒电位仪设计，无论是国外标准（例如，ANSI/NACE SP0607-2007/ISO 15589-2:2004(MOD)，Petroleum and natural gas industries – Cathodic protection of pipeline transportation systems – Part 2: Offshore pipelines；NACE RP 0100 — 2004 Cathodic protection of prestressed concrete cylinder pipelines等），还是国内系列标准（例如，《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》（SY/T 0036-2012）等），均要求：电连续性，即被保护的管道必须具有良好的纵向导电的连续性且对于非焊接连接的管道接头应增设金属导线跨接。基于这种思想，自从有阴极保护技术以来，在国内外石油石化工业上，工程师们就自然而然地按照管道“电连续”规则配置油气长输管道的阴极保护系统，如果对一段管道进行保护设计，将直流恒电位仪放置在其中间，可以保护其安装点两侧一定范围的管道，这样，就使得几乎所有主管道都是整条电连续管道。世界著名管道（例如，美国的阿拉斯加管道、芬兰油气管道、俄罗斯油气管道、中俄油气管道、中国的西气东输管道一线、二线和三线天然气管道等）都是整条“电连续”管道，其抽象的管道连接和管地电位示意图如图1所示。每个阴极保护场站（包括压气站等）均安装一套直流恒电位仪，由于需要用一套直流恒电位仪同时保护安装点两侧管道，所以，每个阴极保护场站进出管道均安装电绝缘法兰（对管道和压气站进行电隔离）且靠近管道侧的电绝缘法兰需通过金属导线跨接并连接到直流恒电位仪的阴极。因此，整条管道是电连续的。其中，Vd为干扰管地电位，P/S为保护管地电位，IJ表示电绝缘法兰，L表示管道。

上述这种整条管道是电连续的管道保护配置方法的优点在于：所设计的直流恒电位仪简单且易于配置。在早期管道建设中，由于没有外来杂散电流干扰或者外来杂散电流干扰较少，这种管道保护配置方法应该是较佳配置方案。但是，近些年来，由于管道长度的迅猛增加，能源和交通工业的迅速发展，加之基础空间建设限制，油气管道和高压输电线及电气化地铁等公共设施必须同走廊建设，另外，由于太阳黑子等现象，空间天气对管道的影响也日趋引起人们足够的重视。目前研究发现，由空间天气、电气化地铁、高压输电线等引起的外来杂散电流干扰对油气管道的影响最大，这对阴极保护的直流恒电位仪是一个严峻的挑战。有鉴于此，本申请的发明人在国家自然科学基金项目（项目批准号：51071176，项目名称:混沌地磁感应电流对埋地油气管道影响与对策研究）的资助下对空间天气、电气化地铁、高压输电线等引起的外来杂散电流干扰进行了研究，并取得了一些进展。

申请人对直流恒电位仪可能受到的空间天气杂散电流干扰、交流输电线杂散电流干扰、电气化铁路等杂散电流干扰等进行研究分析发现有以下几种典型杂散电流干扰形态特征：

（1）对称性杂散电流干扰：如图2a的直流恒电位仪安装点A和B、图2d的直流恒电位仪安装点C受到的杂散电流干扰等；

（2）斜对称杂散电流干扰：如图2a的直流恒电位仪安装点C、如图2b的直流恒电位仪安装点C、如图2c的直流恒电位仪安装点C受到的杂散电流干扰等；

（3）不对称杂散电流干扰：如图1的直流恒电位仪2安装点和图2c的直流恒电位仪安装点A和B受到的杂散电流干扰等。

对长输管道配制的直流恒电位仪对对称性、斜对称性和非对称性杂散电流干扰的抑制效果分析如下：

（1）电连续管道过长的“负面”累积效应