雍信實

國家管網集團東部儲運公司南京輸油處

摘要：長輸管道受交流雜散電流干擾影響日趨增多。介紹了交流干擾類型、危害、腐蝕特征及識別方法，比較了國內外對交流干擾的評定指標，通過案例分析了不同干擾源對長輸管道交流干擾的特征規律，提出了干擾防護措施及相關建議，經對比排流前后管道交流干擾電壓和交流電流密度，證明排流效果良好。

關鍵詞：長輸管道；交流雜散電流；干擾特征； 防護措施

電力系統、交通運輸設施與油氣管道交叉相遇的現象比較普遍，因此產生大量的交流干擾加快了金屬管道局部腐蝕速度，管道高絕緣涂層的使用也加重了雜散電流的危害。通過案例分析闡述高壓輸電線與電氣化鐵路對管道交流干擾的特征規律，同時提出交流雜散電流干擾防護措施及相關建議。

1  交流干擾影響

交流干擾源對埋地金屬管道的影響主要有兩方面：一是長期存在的感應電壓對金屬管道造成干擾腐蝕；二是電力線路故障狀態下瞬態感應電壓干擾，需采用干擾防護措施，詳情如表 1所示。

表 1 交流雜散電流對管道干擾危害及防護措施

管道交流干擾腐蝕特征：在腐蝕坑上形成堅硬的腐蝕產物丘；腐蝕形態呈凹陷的半球狀；腐蝕坑比防腐層破損面積更大；腐蝕產物出現分層或含大量碳酸鈣，清除后金屬表面有明顯的的硬而黑的層狀痕跡，存在四氧化三鐵；腐蝕坑處pH值一般大于10。如圖 1所示。

圖 1 埋地管道交流干擾腐蝕情況

2  交流干擾判定

交流干擾評價指標，不同標準規定如下。NACE SP 0177―2007《交流電和雷電對金屬結構和腐蝕的影響》規定：高壓交流輸電線路對管道產生的干擾電壓應小于15 VAC，以保證相關工作人員的人身安全。德國標準DIN 50925―1992《金屬腐蝕.敷設在地下的設備陰極防腐蝕作用的驗證》規定，如果均方根（RMS）交流電流密度低于30 A/㎡，可以認為管道免于交流腐蝕，有學者建議將30 A/㎡限值改為20 A/㎡，貝克曼《陰極保護手冊》中也引用了20 A/㎡限值。GB/T 50698―2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》規定：當管道上的交流干擾電壓不高于4 V時，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時，應采用交流電流密度進行評估，交流電流密度分別為＜30 A/㎡、30 A/㎡～100 A/㎡、＞100 A/㎡時，交流干擾程度分別判定為弱、中、強。SY/T 0087.6―2021 《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準 第6部分：埋地鋼質管道交流干擾腐蝕評價》規定，當交流電流密度在30 A/㎡～100 A/㎡時，管道無IR降保護電位（或斷電電位）應滿足﹣1.15  VCSE≦EIR-free≦﹣0.9 VCSE或直流電流密度不大于1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

3  應用案例

3.1  交流干擾識別判定

南方某原油管道75#～80#測試樁監測點管段同時受500 kV高壓輸電線與電氣化鐵路交流雜散電流干擾影響，其中76#、77#距高壓電線直線距離僅100 m左右；79#～80#管段與電氣化鐵路在100 m內伴行。該管段24 h交流干擾電壓、交流電流密度、陰保斷電電位監測數據及干擾源描述詳見表 2。 干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線如圖 2所示。

表 2 排流前75#~80#樁管段24 h交流干擾監測數據及干擾源描述

圖 2 排流前干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線圖

由表 2及圖 2可見，76#、78#、79#、80#監測點交流干擾電流密度均值均超過30 A/㎡，77#監測點超過100 A/㎡，根據GB/T 50698判定交流干擾程度分別為 “中”“強”。78#、79#、80#監測點交流干擾電壓峰值超出NACE SP 0177―2007規定的15 V人體安全電壓限值，會威脅現場操作人員安全。該干擾管段陰極保護斷電電位普遍負于﹣1.15 VCSE，根據SY/T 0087.6中規定應適當減小鄰近陰保站恒電位儀輸出，使該管段陰保斷電電位處于合理區間。

穩態下的高壓輸電線路對管道交流干擾主要為感性耦合方式，其特征曲線在一定時間段內相對平穩，交流干擾電壓24 h監測均值與峰值差值不會太大。電氣化鐵路對管道交流干擾主要以阻性耦合為主，部分疊加感性耦合，其特征曲線呈現動態變化特點，管道交流干擾電壓的變化規律與列車運行規律具有明顯的相關性，伴隨列車每次經過時管道出現瞬時脈沖峰值干擾電壓（為監測均值的數倍至幾十倍），而且電氣化鐵路對管道的干擾與其負載有明顯的相關性，負載越大，管道瞬時峰值電壓越大，交流干擾越嚴重。如圖 3、圖 4所示。

圖 3 77#樁（近500 kV高壓線）交流干擾電壓24 h監測曲線

圖 4 79#樁（京滬鐵路橋旁）交流干擾電壓24 h監測曲線

由圖 3、圖 4可見，77#、79#監測點受京滬鐵路交流干擾影響特征明顯，監測過程中伴隨列車通過管道上頻繁出現瞬時高峰值干擾電壓，在夜間（22:00～次日6:00）京滬鐵路線上列車車次很少，故出現瞬時峰值電壓也很少；而79#監測點在京滬鐵路橋旁，列車經過時管道出現瞬時峰值交流電壓明顯大。由于79#樁周邊除京滬鐵路外無其他干擾源（該點遠離500 kV高壓線），故夜間22:00～次日6:00時間段（京滬鐵路上無列車經過）該點基本無干擾；77#監測點（近高壓線）疊加了周邊500 kV高壓線交流干擾，在夜間京滬鐵路列車停運時間段該點交流干擾電壓依然存在，且夜間曲線走勢相對平穩。

3.2  緩解措施

選用固態去耦合器+負極接地極兩種互補聯合排流方式，采用規格ZR-2帶狀鋅陽極作為接地體，根據現場土壤電阻率測試值，排流地床設置鋅帶100 m，與管道平行敷設（圖 5）。在76#～80#干擾嚴重管段沿線設置5處交流排流點，同時減小干擾管段上下游陰保站恒電位儀輸出，使該管段陰保斷電電位處于合理區間。排流檢測結果如表 3所示。

（a）縱斷面

（b）橫斷面
圖 5 水平鋅帶敷設示意圖

表 3 采取排流措施后75#~80#樁管段交流干擾24 h監測數據及效果判定

4  結語

目前國內外對交流干擾的判定標準及排流標準不一致，交流腐蝕機理尚無定論，有待進一步研究。實踐中，僅采用交流干擾電壓準則或交流電流密度評價準則并不適宜，基于交、直流電流密度和保護電位評價準則更為合理。

當管道交流或直流電流密度很高時，陰極保護可能對交流腐蝕起不到緩解作用，反而偏負會加快交流腐蝕速率。建議管道在交流干擾情況下將陰保電位（消除IR降后）控制在﹣0.90 VCSE～﹣1.15 VCSE或直流電流密度≦1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

當管道裝有交流排流裝置時，PCM檢測的混頻信號容易通過排流接地極流失消耗，為保障測試精度，管道外防腐層檢測時需要斷開管道排流裝置接線。在排流防護設計時，采用專業模擬計算軟件對排流設計方案進行優化配置，可以做到精準科學排流，避免過度排流浪費資源。

作者簡介：雍信實，1970年生，本科，高級工程師，主要從事管道腐蝕與防護管理工作。聯系方式：18552278061，yongxs1970@163.com。