漏电导致阴极保护绝缘接头内腐蚀失效的原因
一、对绝缘接头内腐蚀简单阐述外加电流阴极保护已经成为石油工业中一种常见的、成熟的管道外防腐保护措施。绝缘接头或绝缘法兰作为阴极保护体系中不可或缺的部件,用来连接施加阴极保护管段和未施加阴极保护管段。但油田现场集输管线在应用阴极保护时,经常发生绝
缘接头或绝缘法兰内腐蚀穿孔。通常认为绝缘接头局部电流泄漏是导致其产生严重内腐触的直接原因。由于施加阴极保护,绝缘接头阴极保护端与未保护端产生一个局部电场,电场方向由绝缘接头未保护端指向阴极保护端, 当管道输送的流体电阻率较低
或者在绝缘接头底部形成含水层时, 则在绝缘接头未保护端内壁产生局部阳极电流,从而造成绝缘接头未保护端底部严重的内腐蚀。
二、对失效原因分析
2.1 绝线接头电位差影响
当绝缘接头两侧的电位差变化时, 绝缘接头内璧局部漏电电流密度的大小和分布也将随之改变。由于绝缘层与内涂层的绝缘作用,在绝缘接头内涂层中间部分电流密度较小,而在绝缘接头内涂层边缘处(绝缘接头与集输管线连接处)漏电电流密度最大。本
文模拟计算了当绝缘接头底部存在采出水时,绝缘接头两側电位差在 0.05 V~0.25 V范围变化内涂层边缘处的漏电电流密度,计算结果表明,绝缘接头内涂层边缘处漏 电电流密度随着两侧电位差增大而线性增大。
2.2 输送介质电阻率
绝缘性能是绝缘接头的一个重要參数指标, 绝缘接头的绝缘层电阻值必须大于10 MΩ[9]。绝缘接头非保护端管道的极化方程, 着重分析了阴极保护下管道接地电阻对绝续接头绝缘性能的影响, 但在理论推导过程中没有考虑管道输送介质电阻的影响。有
限元模拟计算表明,不同输送介质电阻率条件下, 绝缘接头的绝缘层电阻变化对漏电电流密度的影响不同。当绝缘接头底部存在采出水时,由f绝缘接头底部的采出水电阻远小于绝缘层电阻, 绝缘接头漏电电流密度主要取决于采出水的电阻, 绝缘接头绝缘
电阻变化对漏电电流密度影响甚微, 但此时绝缘接头内涂层边缘的漏电电流密度较大,约为 0。27 A/m2,漏电电流将导致绝缘接头内涂层边缘产生严重的腐蚀, 绝缘接头电流密度分布。当管道输送介质为油时,绝缘层电阻变化对绝缘接头内涂层边缘处漏
电电流密度影响显著, 但由于输送介质油的电阻率较高, 绝缘接头内涂层外边缘处漏电电流密度数值很小,约在10-5 A/m2范围,因此绝续接头漏电可以忽略, 不会对管道内壁造成腐蚀。
根据油田采出水的电阻率与其矿化度呈负指数关系,本文进一步分析了油田采出水矿化度对绝缘接头漏电电流密度的影响。计算结果表明,绝缘接头漏电电流密度随着采出水矿化度的增大而显著增大,如图4所示。当水质矿化度达到50 g/L时,绝缘接头内
涂层边缘处漏电电流密度达到了12 A/m2,根据法拉第定律由漏电电流密度换算的平均腐蚀速率高达14 mm/a,绝缘接头内涂层边缘处的漏电电流将导致管道很快发生腐蚀失效。
2.3 绝缘接头内涂层
当绝缘接头内涂层出现缺陷时,则内涂层缺陷将会改变绝缘接头漏电电流密度的分布和大小。本文开展了绝缘接头内涂层缺陷对漏电电流密度分布和大小的影响的模拟计算, 模型假设管道底部输送介质有采出水, 绝缘接头未保护端一 側内涂层出现半径
为2 mm圆形缺陷。模拟计算结果如图5 所示, 在绝缘接头未保护端内涂层缺陷处漏电电流密度最大, 达到 0。25 A/m2。绝缘接头的电流泄漏不仅会导致绝缘接头未保护端内涂层边缘处产生严重内腐般, 而且在内涂层缺陷处也会产生严重腐蚀。模拟计
算结果与现场失效绝缘接头内腐蚀形貌是一致的。
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三、防护措施
根据以上模拟计算结果, 在油田现场集输管线应用阴极保护时, 可以考虑采取以下措施防止或减轻绝缘接头内腐蚀穿孔: (1)在绝缘接头未保护端安装接地电池或布置栖牲阳极,消除绝缘接头两側局部电位差,可以减缓绝缘接头内壁腐蚀。(2)如果输送介质
为导电介质时,可用增加件内衬涂层的厚度及长度来满足特定的绝缘性要求。(3)为了選免绝缘接头底部形成含水层, 绝缘接头应避免设置在管道走向的低洼处或者将绝缘接头倾斜或垂直安装。(4)在焊接安装绝缘接头或管道清管作业时,注意保护绝缘接
头内衬涂层,防止涂层破损在绝缘接头内壁产生较大的局部漏电电流。
四、河北亿金管道制造有限公司对《漏电导致阴极保护绝缘接头内腐蚀失效》介绍绝缘接头两側电位差和管道输送介质电阻率是绝缘接头内腐蚀穿孔主要控制因素,模拟计算结果表明:1.绝缘接头内涂层边缘处的漏电电流密度随着绝缘接头两側电位差的
增加而增大。2.当绝缘接头底部存在采出水时,绝缘接头内涂层边缘处的漏电电流密度随着采出水矿化度增大而显著增大。3.在绝缘接头未保护端的内涂层边缘和涂层缺陷处,漏电电流密度较大,将导致严重局部腐蚀,模拟计算结果与油田现场失效的绝缘
接头内腐蚀现象是一致的。欢迎新老客户来咨询采购 ，咨询电话：13931765967 董经理。
