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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海洋測繪網來源：xiaok海洋測繪網分享至：

最近幾年，渤海油田開始實行了岸電替代油氣平臺自建發電機的工程，以保護海洋環境和節約油氣資源。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，經常會將岸電線路與已有管道平行鋪設。對于不同的岸電線纜，設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行一些探索。博主于是下載了幾篇相關的文章，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，說結論：

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

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

（3）ＣＤＥＧＳ是一款用于模擬電力系統接地、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方案設計_王紹則

這篇文章講的是這樣的一件事情：新敷設的1 條110 kV 互聯海底電纜和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建為25 萬噸級，航道的設計長度約33. 7 km，設計寬度279 m，航道底標高－25. 6 m。擬擴建航道與1 條已建成投產的海底管道交叉，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在預挖的10 m 寬管溝內，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、穩態運行時交流腐蝕風險評估

下沉改造海底管道處于電阻率較低的環境，屬于高腐蝕風險區，容易發生交流電磁干擾腐蝕?？梢詤⒄沼鴺藴蔅S 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險。交流電磁干擾程度分為強、中、弱三個等級，對應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，得到穩態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，海底電纜在穩態運行下，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?，海底管道的交流腐蝕風險很高，應當采取相應的防護措施減小干擾。

2、故障情況下電弧放電距離評估

在非航道區， 35 kV 電纜靠近海底管道，設計間距為30 m; 110 kV 電纜與海底管道的設計間距是60 m。在航道區， 110 kV 電纜靠近海底管道，設計間距為3 m; 35 kV 電纜與海底管道的設計間距是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，發生故障時，依據IEEE Std 80標準中規定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生單相短接故障和單相接地故障時的情況進行模擬計算，根據數值模擬計算結果，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。因此可以認為基本不存在防腐涂層擊穿的風險，不需要采取相應的防護措施。

4、防護方案

由以上分析可知，當交流電流密度小于30 A /m2時，管道的交流腐蝕風險低，因此將系統穩態運行的緩解目標定為使管道全線交流電流密度小于30 A /m2。根據本項目的具體情況以及對國內外交流電磁干擾緩解措施的調研，決定采用在海底管道上優化分布鐲式犧牲陽極（以下簡稱“陽極”）的防護方案。

綜合考慮非航道區海底管道上原有的陽極分布，利用CDEGS 軟件進行建模計算，不斷優化下沉改造管道上的陽極間距和數量，直到將整條管道的交流電磁干擾降至30 A /m2 以下。當航道區內管道上的陽極總數量為27 支時，海底管道整體的受干擾風險等級為低，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，所以在上述防護方案的基礎上增加一些裕量，將陽極總數增加到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。

借助電化學工作站，研究在海水環境中，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的交流電的持續作用下，X65 管線鋼沒有出現明顯的點蝕現象；且 X65 材料的電流流入點、流經點、流出點的腐蝕規律明顯（直流干擾下，流入點不發生腐蝕，流出點和流經點腐蝕明顯；但是在交流干擾下，流入點也和流經點、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接地、電磁場和電磁干擾等過程問題的軟件，已被廣泛應用于模擬高壓輸電線路對管道的電磁影響。數值模擬技術所應用的工程理論本質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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