萬偉圓

華中公司江西輸油分公司

 

摘要：通過對埋地鋼質(zhì)管道雜散電流干擾監(jiān)測，管道遭受了地鐵、高鐵及高壓輸電線路的混合干擾。分析了雜散電流干擾源類型、管道通電電位和斷電電位、管道交流干擾電壓和交流干擾電流密度等參數(shù)，判定管道受干擾情況，并提出了針對性防護措施。

關(guān)鍵詞：輸油管道；雜散電流干擾；交流電流密度；防護措施

 

我國城市地鐵和高鐵的快速發(fā)展，使與之臨近的鋼質(zhì)管道容易遭受雜散電流的干擾而發(fā)生腐蝕，最終導(dǎo)致輸送介質(zhì)泄漏，成為影響管道安全運行的隱患[1]。如上海地鐵2號線地下并行敷設(shè)的燃氣鋼制管道，遭受地鐵直流雜散電流干擾多次出現(xiàn)腐蝕穿孔[2]。同時，高壓輸電線路雜散電流干擾也給管道防腐造成了困難，如法國某管道遭受400 kV交流輸電線路干擾出現(xiàn)多個腐蝕點[3]。雜散電流干擾程度取決于管道本身性能及外界條件，主要有管道外防腐層的絕緣等級、長度，與干擾源距離遠近及附近土壤電阻率大小等[4]。本文通過輸油管道陰極保護現(xiàn)場監(jiān)測，對高壓線路、高鐵和城市地鐵雜散電流干擾影響進行分析，判定雜散電流干擾程度，并制定了針對性防護措施，為管道雜散電流干擾防護提供借鑒。

1  雜散電流干擾測試方法

雜散電流的檢測與評價主要依據(jù)GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標準》和GB/T 50698―2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》，交直流混合干擾情況下采用SY/T 0087.6―2021《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標準 第6部分：埋地鋼質(zhì)管道交流干擾腐蝕評價》評價。

雜散電流干擾具有動態(tài)特征，因此通過埋設(shè)試片長時間監(jiān)測，并用數(shù)據(jù)記錄儀自動存儲記錄干擾相關(guān)數(shù)據(jù)，測試步驟如下。

（1）在管道上方臨時埋設(shè)試片，由于UDL2數(shù)據(jù)記錄儀同時記錄交流電流密度和通斷電電位，不能同時連接1 cm2和6.5 cm2試片，故選用1.0 cm2試片。將試片與管道連接，極化時間不少于30 min，極化完成后開始采集數(shù)據(jù)。

（2）將數(shù)據(jù)記錄儀與管道測試線、參比電極連接線和試片連接線相連接，參比電極貼近試片，并將周圍土壤濕潤，保持接觸良好。

（3）將數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)置為每秒記錄一組數(shù)據(jù)，試片通斷周期10 s，斷電時間1 s，記錄管道的通電電位、斷電電位、直流電流密度、交流干擾電壓和交流電流密度等參數(shù)。

（4）連續(xù)測試24小時后將數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)導(dǎo)出，評價對管道的干擾程度。

2  監(jiān)測與評價

2.1  直流雜散電流監(jiān)測與評價

某埋地輸油管道與高鐵線路在城區(qū)交叉2處，伴行約20公里，與地鐵交叉1處，采用外加電流陰極保護系統(tǒng)防護，同時受到高鐵和地鐵的雜散電流干擾。管線監(jiān)測電位分析見表 1，有4處陰極保護斷電電位不滿足要求，在NCZS-5#測試樁附近交叉處鄰近電位正向偏移，最正電位﹣0.75 V～  ﹣0.85 V，電位偏移100 mV，表明地鐵雜散電流干擾降低了管道陰保效果。

表 1 管道陰極保護效果判定

圖 1是5#測試樁通電電位和斷電電位分布圖，可以看出，管道通電電位﹣0.33 V～﹣1.62 V，波動區(qū)間較大；斷電電位﹣0.81 V～﹣1.07 V，波動區(qū)間較小；而夜間斷電電位僅維持在﹣0.90 V左右；以上電位均相對于飽和硫酸銅參比電極。

圖 1 5#測試樁通電電位和斷電電位隨時間分布圖

流經(jīng)試片的直流電流密度變化見圖 2，電流密度在﹣8.7 A/m2～8.4 A/m2波動，電流方向隨時改變，電流流入流出，無法區(qū)分陽極區(qū)和陰極區(qū)。夜間電流密度穩(wěn)定在0.1 A/m2，主要是管道的陰極保護電流。

圖 2 5#測試樁直流電流隨時間分布圖

2.2  交流雜散電流監(jiān)測與評價

埋地輸油管道與高鐵交叉，且附近有高壓輸電線路，管道同時存在動態(tài)高鐵交流干擾和交流輸電線路干擾。交流干擾電壓最大值為4#測試樁9.18 V。交流干擾電壓分布見圖 3。

圖 3 管道測試樁交流干擾電壓最大值最小值分布情況

如圖 4所示，交流干擾電流密度最大值275.58 A/m2位于3#樁，其平均值76.50 A/m2； 4#樁交流電流密度平均值最大，為153.94 A/m2，其交流電流密度最大值218.50 A/m2，其他均小于30 A/m2，可見3#樁和4#樁交流干擾最嚴重。

圖 4 管道測試樁交流干擾電流密度分布情況

從圖 5可知，該管道在夜間高鐵運行數(shù)量減少后，脈沖式交流干擾電壓明顯降低。

圖 5 5#測試樁交流干擾電壓隨時間分布情況

圖 6為交流電流密度實測數(shù)據(jù)，其分布規(guī)律與交流干擾電壓相同。從圖中可知，交流干擾腐蝕影響因素主要是高壓輸電線路，而高鐵造成的脈沖電流較小，且隨著夜間停運干擾消失。

圖 5 5#測試樁交流干擾電壓隨時間分布情況

2.3  混合干擾對管道腐蝕評價

輸油管道遭受地鐵直流雜散電流、高壓輸電線路及高鐵交流雜散電流干擾，處于混合干擾狀態(tài)。由圖 4可知，10處交流干擾電流密度平均值小于等于30 A/m2，2處大于30 A/m2，3#樁76.5 A/m2，4#樁153.94 A/m2，依據(jù)SY/T 0087.6―2021評價準則，3#樁和4#樁的管道斷電電位要求負于﹣0.9 V，但兩處電位存在不滿足﹣0.85 V情況，因此應(yīng)采取雜散電流綜合防護措施。從表 1可知，5#樁、6#樁及7#樁不滿足陰極保護斷電電位要求，但是交流干擾電流密度平均值小于等于30 A/m2，因此，只需要采取直流雜散電流防護措施。

3  防護措施

（1）管道原陰極保護系統(tǒng)設(shè)置恒電位輸出，在雜散電流干擾下，恒電位儀輸出異常，輸出電流變化較大，從0.2 A～4.0 A波動。因此首先改變恒電位儀輸出模式為恒電流模式。

（2）3#樁和4#樁處，針對交流雜散電流干擾，采用在管道與接地極之間安裝耦合器等接地排流方式治理，或?qū)�犧牲陽極直接接地等[5,6]。但存在地鐵雜散電流時，必須考慮交流排流措施不能降低陰極保護效果，耦合器應(yīng)設(shè)置適合的閾值，交流排流地床不引入地鐵雜散電流。針對交直流混合干擾，應(yīng)采取綜合防護措施。為增加排流效果，采用復(fù)合型排流器，既能夠排出交流、也能夠排出直流雜散電流；陽極地床選用鋅帶；每處排流地床組成包括：復(fù)合型排流器1臺、長效硫酸銅極化探頭1只、鋅帶（15.88 mm ×22.22 mm）60 m、專用測試樁1支、電纜10 m及填包料6 t。排流地床施工尺寸為：60 m×2 m×1.5 m。

（3）5#樁、6#樁和7#樁處，針對地鐵雜散電流干擾，需要進行直流排流防護措施。采用強制排流地床或極性排流地床方式防護，使管道陰保電位整體負向偏移，達到陰極保護電位準則要求[7,8]。在5#樁、6#樁和7#樁分別設(shè)置極性排流地床，采用鎂合金犧牲陽極和極性排流器方式。每處排流地床組成包括：排流器1臺、長效硫酸銅極化探頭1只、高電位鎂陽極20只、專用測試樁1支、測試電纜5 m，匯流電纜55 m及填包料3 t。排流地床施工尺寸為：50 m×2 m×1.5 m。施工過程中，注水浸泡填包料，降低陽極排流地床的接地電阻，增加排流效果。

4  結(jié)論

埋地鋼質(zhì)輸油管道遭受地鐵、高鐵及高壓輸電線路干擾，多種干擾并存且相互作用，給管道防腐工作帶來極大困難。本文依據(jù)管道陰極保護交直流干擾評價標準，對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行分析，判定輸油管道3#和4#樁高壓輸電線路交流干擾大，5#樁、6#樁和7#樁地鐵直流干擾占主要因素，同時陰極保護效果不足。針對輸油管道沿線受干擾狀況，在提高整體陰極保護系統(tǒng)輸出、增加陰極保護效果的情況下，設(shè)置極性排流地床和復(fù)合型排流地床兩種排流方式，增強了管道雜散電流的防護效果。現(xiàn)場監(jiān)測評價管道陰極保護受雜散電流干擾影響程度及提出的防護措施，為降低管道雜散電流腐蝕風險提供了借鑒。

 

參考文獻：

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作者簡介：萬偉圓，1972年生，本科，工程師。現(xiàn)任華中公司江西輸油分公司管通部主任，主要從事油氣管道運行、維護管理和管道保護工作。 聯(lián)系方式：13870649994，zdj13647215233@dingtalk.com。