海底电缆对海底管道腐蚀影响

2022-04-01 13:56:37 作者：xiaok海洋测绘网来源：xiaok海洋测绘网分享至：

最近几年，渤海油田开始实行了岸电替代油气平台自建发电机的工程，以保护海洋环境和节约油气资源。这些岸电线路不仅长度很长，而且电压高（110KV）。基于集约用海的目的，经常会将岸电线路与已有管道平行铺设。对于不同的岸电线缆，设计单位会给出不同的最小平行间距，以减少交流电对平行海管的腐蚀影响。

虽然设计单位做了一些简单的解释，仍然让博主非常困惑，因此，有必要对这个问题进行一些探索。博主于是下载了几篇相关的文章，以求大致了解一下海底电缆对平行海管的腐蚀影响。

按照惯例，说结论：

（1）通过交流电流密度评价交流电磁干扰的风险。交流电磁干扰程度分为强、中、弱三个等级，对应的交流电流密度分别为＜ 30 A /m2、30 ～ 100 A /m2、＞ 100 A /m2。

（2）当交流电流密度大于30 A /m2时，管道的交流腐蚀需采取缓解措施，一般采用阴极保护即牺牲阳极，比如在海底管道上优化分布镯式牺牲阳极。

（3）ＣＤＥＧＳ是一款用于模拟电力系统接地、电磁场和电磁干扰等过程问题的软件，基于矩量法（ＭｏＭ）对麦克斯韦方程组求解。

岸电工程海底电缆穿越航道敷设方案设计_王绍则

这篇文章讲的是这样的一件事情：新敷设的1 条110 kV 互联海底电缆和1 条平台间35 kV 海底电缆需要穿越港口航道。与此同时，该港口也要将航道扩建为25 万吨级，航道的设计长度约33. 7 km，设计宽度279 m，航道底标高－25. 6 m。拟扩建航道与1 条已建成投产的海底管道交叉，交叉部分管道需要做下沉改造处理。

将1 根海底管道和2 根海底电缆共同敷设在预挖的10 m 宽管沟内，从南向北依次为海底管道、110 kV 海底电缆和35 kV 海底电缆。

3条管缆的平面分布图

3条管缆的横断面图

1、稳态运行时交流腐蚀风险评估

下沉改造海底管道处于电阻率较低的环境，属于高腐蚀风险区，容易发生交流电磁干扰腐蚀。可以参照英国标准BS EN 15280 － 2013 及BS ISO 18086 －2015，通过交流电流密度评价交流电磁干扰的风险。交流电磁干扰程度分为强、中、弱三个等级，对应的交流电流密度分别为＜ 30 A /m2、30 ～ 100 A /m2、＞ 100 A /m2。

使用CDEGS 软件建模分析，得到稳态运行下海底管道受到交流电磁干扰的情况，见表2。如此可以得出，海底电缆在稳态运行下，管道全线均高于30 A /m2，约有24. 5 km 的管线高于100 A /m2，约占管道全线的85%。可见，海底管道的交流腐蚀风险很高，应当采取相应的防护措施减小干扰。

2、故障情况下电弧放电距离评估

在非航道区， 35 kV 电缆靠近海底管道，设计间距为30 m; 110 kV 电缆与海底管道的设计间距是60 m。在航道区， 110 kV 电缆靠近海底管道，设计间距为3 m; 35 kV 电缆与海底管道的设计间距是4 m。由于在海底管道和海底电缆上均布置了水泥压块，所以即使存在管道与电缆有跨接情况，也能够保证二者的最小间距为0. 3 m。

3、故障情况下防腐涂层耐受电压评估

本次计算模型中防腐涂层采用的是3 PE，发生故障时，依据IEEE Std 80标准中规定100 000 Ω·m2 面电阻率的防腐涂层安全耐受电压为10 000 V。使用CDEGS 软件建模分析，分别对海底电缆在发生单相短接故障和单相接地故障时的情况进行模拟计算，根据数值模拟计算结果，单相短接故障情况下管道的防腐涂层耐受电压最高为287. 85 V; 单相接地故障时，管道的防腐涂层耐受电压最高为271. 47 V。因此可以认为基本不存在防腐涂层击穿的风险，不需要采取相应的防护措施。

4、防护方案

由以上分析可知，当交流电流密度小于30 A /m2时，管道的交流腐蚀风险低，因此将系统稳态运行的缓解目标定为使管道全线交流电流密度小于30 A /m2。根据本项目的具体情况以及对国内外交流电磁干扰缓解措施的调研，决定采用在海底管道上优化分布镯式牺牲阳极（以下简称“阳极”）的防护方案。

综合考虑非航道区海底管道上原有的阳极分布，利用CDEGS 软件进行建模计算，不断优化下沉改造管道上的阳极间距和数量，直到将整条管道的交流电磁干扰降至30 A /m2 以下。当航道区内管道上的阳极总数量为27 支时，海底管道整体的受干扰风险等级为低，此时最高的交流电流密度为29. 03 A /m2，交流电磁干扰电压为0. 129 V。考虑到可能存在个别阳极失效的情况，所以在上述防护方案的基础上增加一些裕量，将阳极总数增加到39 支。

杂散电流下X65管线钢的腐蚀行为研究_王亚群

这篇文章做了一个很有意思的试验。

借助电化学工作站，研究在海水环境中，在 100A/m2 、200A/m2 、300A/m2 和 400A/m2交流电场作用下，X65 试片腐蚀倾向和速率的变化趋势的量化情况。

经过 20 天至 30 天，在 100A/m2到 300A/m2的直流电或者 400A/m2的交流电的持续作用下，X65 管线钢没有出现明显的点蚀现象；且 X65 材料的电流流入点、流经点、流出点的腐蚀规律明显（直流干扰下，流入点不发生腐蚀，流出点和流经点腐蚀明显；但是在交流干扰下，流入点也和流经点、流出点一样，腐蚀明显）。

500kV海底电缆对邻近原油管道电磁干扰的模拟评估_胡家元

这篇文章讲了ＣＤＥＧＳ所使用的原理。

ＣＤＥＧＳ是一款用于模拟电力系统接地、电磁场和电磁干扰等过程问题的软件，已被广泛应用于模拟高压输电线路对管道的电磁影响。数值模拟技术所应用的工程理论本质是基于积分或微积分形式的麦克斯韦方程组，而ＣＤＥＧＳ是基于矩量法（ＭｏＭ）对麦克斯韦方程组求解。整个系统的电场和磁场分布，可通过给定边界条件利用矩量法求解。

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