漏電導致陰極保護絕緣接頭內腐蝕失效的原因
一、對絕緣接頭內腐蝕簡單闡述外加電流陰極保護已經成為石油工業中一種常見的、成熟的管道外防腐保護措施。絕緣接頭或絕緣法蘭作為陰極保護體系中不可或缺的部件,用來連接施加陰極保護管段和未施加陰極保護管段。但油田現場集輸管線在應用陰極保護時,經常發生絕
緣接頭或絕緣法蘭內腐蝕穿孔。通常認為絕緣接頭局部電流泄漏是導致其產生嚴重內腐觸的直接原因。由于施加陰極保護,絕緣接頭陰極保護端與未保護端產生一個局部電場,電場方向由絕緣接頭未保護端指向陰極保護端, 當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端內壁產生局部陽極電流,從而造成絕緣接頭未保護端底部嚴重的內腐蝕。
二、對失效原因分析
2.1 絕線接頭電位差影響
當絕緣接頭兩側的電位差變化時, 絕緣接頭內璧局部漏電電流密度的大小和分布也將隨之改變。由于絕緣層與內涂層的絕緣作用,在絕緣接頭內涂層中間部分電流密度較小,而在絕緣接頭內涂層邊緣處(絕緣接頭與集輸管線連接處)漏電電流密度最大。本
文模擬計算了當絕緣接頭底部存在采出水時,絕緣接頭兩側電位差在 0.05 V~0.25 V范圍變化內涂層邊緣處的漏電電流密度,計算結果表明,絕緣接頭內涂層邊緣處漏 電電流密度隨著兩側電位差增大而線性增大。
2.2 輸送介質電阻率
絕緣性能是絕緣接頭的一個重要參數指標, 絕緣接頭的絕緣層電阻值必須大于10 MΩ[9]。絕緣接頭非保護端管道的極化方程, 著重分析了陰極保護下管道接地電阻對絕續接頭絕緣性能的影響, 但在理論推導過程中沒有考慮管道輸送介質電阻的影響。有
限元模擬計算表明,不同輸送介質電阻率條件下, 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,漏電電流將導致絕緣接頭內涂層邊緣產生嚴重的腐蝕, 絕緣接頭電流密度分布。當管道輸送介質為油時,絕緣層電阻變化對絕緣接頭內涂層邊緣處漏
電電流密度影響顯著, 但由于輸送介質油的電阻率較高, 絕緣接頭內涂層外邊緣處漏電電流密度數值很小,約在10-5 A/m2范圍,因此絕續接頭漏電可以忽略, 不會對管道內壁造成腐蝕。
根據油田采出水的電阻率與其礦化度呈負指數關系,本文進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。當水質礦化度達到50 g/L時,絕緣接頭內
涂層邊緣處漏電電流密度達到了12 A/m2,根據法拉第定律由漏電電流密度換算的平均腐蝕速率高達14 mm/a,絕緣接頭內涂層邊緣處的漏電電流將導致管道很快發生腐蝕失效。
2.3 絕緣接頭內涂層
當絕緣接頭內涂層出現缺陷時,則內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, 模型假設管道底部輸送介質有采出水, 絕緣接頭未保護端一 側內涂層出現半徑
為2 mm圓形缺陷。模擬計算結果如圖5 所示, 在絕緣接頭未保護端內涂層缺陷處漏電電流密度最大, 達到 0。25 A/m2。絕緣接頭的電流泄漏不僅會導致絕緣接頭未保護端內涂層邊緣處產生嚴重內腐般, 而且在內涂層缺陷處也會產生嚴重腐蝕。模擬計
算結果與現場失效絕緣接頭內腐蝕形貌是一致的。
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三、防護措施
根據以上模擬計算結果, 在油田現場集輸管線應用陰極保護時, 可以考慮采取以下措施防止或減輕絕緣接頭內腐蝕穿孔: (1)在絕緣接頭未保護端安裝接地電池或布置棲牲陽極,消除絕緣接頭兩側局部電位差,可以減緩絕緣接頭內壁腐蝕。(2)如果輸送介質
為導電介質時,可用增加件內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, 絕緣接頭應避免設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時,注意保護絕緣接
頭內襯涂層,防止涂層破損在絕緣接頭內壁產生較大的局部漏電電流。
四、河北億金管道制造有限公司對《漏電導致陰極保護絕緣接頭內腐蝕失效》介紹絕緣接頭兩側電位差和管道輸送介質電阻率是絕緣接頭內腐蝕穿孔主要控制因素,模擬計算結果表明:1.絕緣接頭內涂層邊緣處的漏電電流密度隨著絕緣接頭兩側電位差的
增加而增大。2.當絕緣接頭底部存在采出水時,絕緣接頭內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.在絕緣接頭未保護端的內涂層邊緣和涂層缺陷處,漏電電流密度較大,將導致嚴重局部腐蝕,模擬計算結果與油田現場失效的絕緣
接頭內腐蝕現象是一致的。歡迎新老客戶來咨詢采購 ，咨詢電話：13931765967 董經理。
