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海底電纜對海底管道腐蝕影響

2022-04-01 13:56:37 作者：xiaok海洋測繪網(wǎng) 來源：xiaok海洋測繪網(wǎng) 分享至：

最近幾年，渤海油田開始實行了岸電替代油氣平臺自建發(fā)電機的工程，以保護(hù)海洋環(huán)境和節(jié)約油氣資源。這些岸電線路不僅長度很長，而且電壓高（110KV）。基于集約用海的目的，經(jīng)常會將岸電線路與已有管道平行鋪設(shè)。對于不同的岸電線纜，設(shè)計單位會給出不同的最小平行間距，以減少交流電對平行海管的腐蝕影響。

雖然設(shè)計單位做了一些簡單的解釋，仍然讓博主非常困惑，因此，有必要對這個問題進(jìn)行一些探索。博主于是下載了幾篇相關(guān)的文章，以求大致了解一下海底電纜對平行海管的腐蝕影響。

按照慣例，說結(jié)論：

（1）通過交流電流密度評價交流電磁干擾的風(fēng)險。交流電磁干擾程度分為強、中、弱三個等級，對應(yīng)的交流電流密度分別為＜ 30 A /m2、30 ～ 100 A /m2、＞ 100 A /m2。

（2）當(dāng)交流電流密度大于30 A /m2時，管道的交流腐蝕需采取緩解措施，一般采用陰極保護(hù)即犧牲陽極，比如在海底管道上優(yōu)化分布鐲式犧牲陽極。

（3）ＣＤＥＧＳ是一款用于模擬電力系統(tǒng) 接地、電磁場和電磁干擾等過程問題的軟件，基于矩量法（ＭｏＭ）對麥克斯韋方程組求解。

岸電工程海底電纜穿越航道敷設(shè)方案設(shè)計_王紹則

這篇文章講的是這樣的一件事情：新敷設(shè)的1 條110 kV 互聯(lián)海底電纜和1 條平臺間35 kV 海底電纜需要穿越港口航道。與此同時，該港口也要將航道擴(kuò)建為25 萬噸級，航道的設(shè)計長度約33. 7 km，設(shè)計寬度279 m，航道底標(biāo)高－25. 6 m。擬擴(kuò)建航道與1 條已建成投產(chǎn)的海底管道交叉，交叉部分管道需要做下沉改造處理。

將1 根海底管道和2 根海底電纜共同敷設(shè)在預(yù)挖的10 m 寬管溝內(nèi)，從南向北依次為海底管道、110 kV 海底電纜和35 kV 海底電纜。

3條管纜的平面分布圖

3條管纜的橫斷面圖

1、穩(wěn)態(tài)運行時交流腐蝕風(fēng)險評估

下沉改造海底管道處于電阻率較低的環(huán)境，屬于高腐蝕風(fēng)險區(qū)，容易發(fā)生交流電磁干擾腐蝕。可以參照英國標(biāo)準(zhǔn)BS EN 15280 － 2013 及BS ISO 18086 －2015，通過交流電流密度評價交流電磁干擾的風(fēng)險。交流電磁干擾程度分為強、中、弱三個等級，對應(yīng)的交流電流密度分別為＜ 30 A /m2、30 ～ 100 A /m2、＞ 100 A /m2。

使用CDEGS 軟件建模分析，得到穩(wěn)態(tài)運行下海底管道受到交流電磁干擾的情況，見表2。如此可以得出，海底電纜在穩(wěn)態(tài)運行下，管道全線均高于30 A /m2，約有24. 5 km 的管線高于100 A /m2，約占管道全線的85%?？梢姡５坠艿赖慕涣鞲g風(fēng)險很高，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施減小干擾。

2、故障情況下電弧放電距離評估

在非航道區(qū)， 35 kV 電纜靠近海底管道，設(shè)計間距為30 m; 110 kV 電纜與海底管道的設(shè)計間距是60 m。在航道區(qū)， 110 kV 電纜靠近海底管道，設(shè)計間距為3 m; 35 kV 電纜與海底管道的設(shè)計間距是4 m。由于在海底管道和海底電纜上均布置了水泥壓塊，所以即使存在管道與電纜有跨接情況，也能夠保證二者的最小間距為0. 3 m。

3、故障情況下防腐涂層耐受電壓評估

本次計算模型中防腐涂層采用的是3 PE，發(fā)生故障時，依據(jù)IEEE Std 80標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定100 000 Ω·m2 面電阻率的防腐涂層安全耐受電壓為10 000 V。使用CDEGS 軟件建模分析，分別對海底電纜在發(fā)生單相短接故障和單相接地故障時的情況進(jìn)行模擬計算，根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果，單相短接故障情況下管道的防腐涂層耐受電壓最高為287. 85 V; 單相接地故障時，管道的防腐涂層耐受電壓最高為271. 47 V。因此可以認(rèn)為基本不存在防腐涂層擊穿的風(fēng)險，不需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

4、防護(hù)方案

由以上分析可知，當(dāng)交流電流密度小于30 A /m2時，管道的交流腐蝕風(fēng)險低，因此將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的緩解目標(biāo)定為使管道全線交流電流密度小于30 A /m2。根據(jù)本項目的具體情況以及對國內(nèi)外交流電磁干擾緩解措施的調(diào)研，決定采用在海底管道上優(yōu)化分布鐲式犧牲陽極（以下簡稱“陽極”）的防護(hù)方案。

綜合考慮非航道區(qū)海底管道上原有的陽極分布，利用CDEGS 軟件進(jìn)行建模計算，不斷優(yōu)化下沉改造管道上的陽極間距和數(shù)量，直到將整條管道的交流電磁干擾降至30 A /m2 以下。當(dāng)航道區(qū)內(nèi)管道上的陽極總數(shù)量為27 支時，海底管道整體的受干擾風(fēng)險等級為低，此時最高的交流電流密度為29. 03 A /m2，交流電磁干擾電壓為0. 129 V?？紤]到可能存在個別陽極失效的情況，所以在上述防護(hù)方案的基礎(chǔ)上增加一些裕量，將陽極總數(shù)增加到39 支。

雜散電流下X65管線鋼的腐蝕行為研究_王亞群

這篇文章做了一個很有意思的試驗。

借助電化學(xué)工作站，研究在海水環(huán)境中，在 100A/m2 、200A/m2 、300A/m2 和 400A/m2交流電場作用下，X65 試片腐蝕傾向和速率的變化趨勢的量化情況。

經(jīng)過 20 天至 30 天，在 100A/m2到 300A/m2的直流電或者 400A/m2的交流電的持續(xù)作用下，X65 管線鋼沒有出現(xiàn)明顯的點蝕現(xiàn)象；且 X65 材料的電流流入點、流經(jīng)點、流出點的腐蝕規(guī)律明顯（直流干擾下，流入點不發(fā)生腐蝕，流出點和流經(jīng)點腐蝕明顯；但是在交流干擾下，流入點也和流經(jīng)點、流出點一樣，腐蝕明顯）。

500kV海底電纜對鄰近原油管道電磁干擾的模擬評估_胡家元

這篇文章講了ＣＤＥＧＳ所使用的原理。

ＣＤＥＧＳ是一款用于模擬電力系統(tǒng) 接地、電磁場和電磁干擾等過程問題的軟件，已被廣泛應(yīng)用于模擬高壓輸電線路對管道的電磁影響。數(shù)值模擬技術(shù)所應(yīng)用的工程理論本質(zhì)是基于積分或微積分形式的麥克斯韋方程組，而ＣＤＥＧＳ是基于矩量法（ＭｏＭ）對麥克斯韋方程組求解。整個系統(tǒng)的電場和磁場分布，可通過給定邊界條件利用矩量法求解。

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