表1地床位置、整流器电流、地床对地电阻
地床
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编号
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X [m]
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Y [m]
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电流 [A]
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电阻率ρ[Ωm2]
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电阻R[Ω]
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1
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G2062
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656
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18645
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0.3
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10
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7.7
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2
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G2004
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9036
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11225
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1.7
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10
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2.1
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3
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G2026
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16486
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-75
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3.3
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10
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2.0
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图2实测的通电ON电位和断电OFF电位
2.2 结果
根据列出的有限数据,已经进行了首次计算。由于此时尚未测量沥青和聚乙烯防腐管段的防腐层电阻率,所以采取了试错法。作为防腐层的起始值,沥青防腐层电阻取2000Ωm2,聚乙烯防腐层电阻取20000Ωm2。此外,可以观察到在1.0 km、6.4 km、7.2 km、12.2 km、20.0 km附近,通电ON电位与断电OFF电位都“突升”到不太负的值。这说明可能防腐层质量发生退化变质,或者在模型中还没有充分考虑受到的影响(如未知的管子或者构筑物)。此时,这些点作为减少防腐层电阻的区域建立模型。不同管道支线之间的直接跨接点电阻为1Ωm。图3和图4显示了计算出的通电ON电位与断电OFF电位。
图3计算的和实测的断电OFF电位
图4计算的和实测的通电ON电位
这些结果是用电阻率为2600Ωm2的沥青防腐层获得的。对于保护水平降低的地方,防腐层电阻已经降低了一百倍。能够看到计算出的与实测的通电ON电位与断电OFF电位都很好地拟合。当然,为了定量表达,假定这里达到了平均的防腐层质量,最后13 km管道的计算应当今后用实测的通电ON电位与断电OFF电位来确认。
正如上文所说,“热点”除外,整条管道已经假定一个固定的防腐层质量。但是,从图4和图5可以观察到,在1 km至6.4 km的范围里,计算出的保护电位偏高,从7.2 km至地床G2004(16.4 km)的电位又偏低。出现这样结果的原因之一是沿着第一部分的管段的土壤电阻率估计过高,而第二部分管段的土壤电阻率应该更高些。在管道干线上得出的保护电位在很大程度上取决于不同管道支线之间的跨接点的电阻。显然,电阻越高,其他支线得到的电流就越少,而管道干线得到的保护就越好。图5显示了每条支线(管子、阳极和轨道)上的电流。管道干线的保护电流达到3.4 A,占整流器总的电流输出5.3 A的65%。如图6所示,剩余1.9 A电流从管道干线流到其他支线上了。
图5管子、阳极和轨道等支线上分流的保护电流
图6与管道干线相连的外部连接中的保护电流
三、应用案例二:部分Pinda管道网络的阴极保护设计
如图7所示,在此叙述了在莫桑比克东部一段Pinda管道网络的阴极保护的设计。该管道网络包括30英寸管道干线和8英寸、9英寸、10英寸、16英寸的出油管线。
图7莫桑比克的Pinda管道布置
3.1 调查数据
现场收集的各种数据如下:
* 土壤电阻率调查
* 温纳四电极法(ASTM G57)– 管子埋深
* 开挖的管沟:土壤箱电阻率取样(ASTM G57)
* 土壤样品分析 – DIN 50929标准1-3部分
* 防腐层电导/电阻 – 工厂测试/电流排流试验
* 管道差分全球定位系统(DGPS)场站位置
* PI点
* 不相关的其他设施(阴极保护、管道、电缆、轨道等)
* 杂散电流调查
* 动态杂散电流(直流牵引机车)
* 动态杂散电流(大地)
* 静态杂散电流(不相关的其他阴极保护站)
* 高压交流输电线路(HVTL)
* 阳极地床调查(电流注入点)
* 其他 – 电源、破坏环境的风险、绝缘发兰(IF)
3.2 设计/模拟
设计阶段的所有步骤如下所列:
* 根据差分全球定位系统(DGPS)坐标系建立(实际管道)XY坐标系
* 根据差分全球定位系统(DGPS)坐标系建立(不相关的其他用途)XY坐标系
* 建立管道系统和属性
* 壁厚、直径、防腐层电导、极化作用等
* 输入普通平均土壤电阻率现场数据
* 输入特定管道土壤电阻率现场数据
* 根据平均地床土壤数据输入阳极地床数据
* 深直立阳极
* 浅水平阳极
* 输入发射接收器(TRU)位置
* 输入电源电压/电流
* 输入跨接点数据(确保必要的管道电连续性)
* 阴极保护的模拟
* 微调/重复各种TR和地床位置
* 完成阴极保护设计