李明 张力 张冰 安明辉

北京管道北京输油气分公司

摘要：陕京三线良西段输气管道与多条地铁交叉或靠近，使管道受到明显的地铁动态直流杂散电流干扰；且部分阀室存在土层厚度偏薄及土壤电阻率偏大，腐蚀速率超过2 mm/a以上的情况。结合外检测、智能测试桩及腐蚀监测数据，开展杂散电流干扰专项测试，并采取直流杂散电流干扰缓解措施，使管道达到有效阴极保护状态，减缓腐蚀速率。

关键词：输气管道；阴极保护；地铁干扰；腐蚀监测

陕京三线良乡—西沙屯段（简称良西段）主要沿北京市内西六环铺设，与燕房线、16号线、S1磁悬浮线、昌平线等多条地铁交叉使管道受到明显的地铁动态直流杂散电流干扰，严重影响管道阴极保护有效性及加速管道腐蚀，甚至出现ER腐蚀探头不到三个月腐蚀殆尽，腐蚀速率超过2 mm/a以上情况。

良西段于2014年12月投产，全长98.4 km，管径1016 mm，设计压力10 MPa，采用L485（X70）钢。沿线设42#—49#共8座阀室。管道采用外加电流阴极保护和外防腐涂层联合方式防腐，设2座阴极保护站，分别位于良乡站与49#阀室。全线大部采用高温型三层PE外防腐层，环氧底层厚度≥120 μm，普通级防腐层总厚度≥3.0 mm；加强级防腐层总厚度≥3.7 mm。结合管道内检测及腐蚀监测历史数据，通过开展直流杂散电流干扰专项测试，经馈电实验，采取治理措施并提出合理化建议。

1  数据分析

图 1为良西段ER腐蚀探头监测腐蚀速率与电位正于﹣0.85 VCSE的时间比例分布，测试时间为2020年8月至10月。由图 1可知，45#—46#阀室段管道电位正于﹣0.85 VCSE时间比例远高于5%（参考AS 2832.1―2015《金属的阴极保护》），均在20%以上，最高达95%以上，面临严重的直流干扰风险及阴极保护失效隐患。管段两端原始厚度500 μm的ER腐蚀探头，在不足3个月时间内腐蚀殆尽，基于此计算得知腐蚀速率超过2 mm/a以上，亟需治理。图 2为良西段2019年内检测外部金属损失深度分布。图 3为2020年内检测时深度大于15%外部金属损失分布。两次内检测发现的外部金属损失均主要分布于45#—46#阀室段，为良西段主要腐蚀风险段。

图 1 良西段监测腐蚀速率与正于-0.85 Vcse时间比例分布

图 2 良西段内检测外部金属损失深度分布

图 3 良西段内检测深度大于15%外部金属损失分布

2  专项测试

2.1  土壤电阻率测试

图 4为位于良乡站上游的琉璃河分输站至西沙屯分输站土壤电阻率测试结果。各测试桩处测试深度2～3 m，其中44#—47#阀室段测试间隔不低于500 m加密测试，共测试154处土壤电阻率。依据GB/T 21246―2020《埋地钢制管道阴极保护参数测量方法》，其中115处土壤电阻率大于50 Ω·m，腐蚀评价为“弱”；38处为20 Ω·m～50 Ω·m，腐蚀评价为“中”；1处小于20 Ω·m，腐蚀评价为“强”。44#—47#阀室段管道经过门头沟山区，附近土壤电阻率明显高于其他管段，最高可达500 Ω·m，过高的土壤电阻率将影响及减小阴极保护电流在管道上的分布。

图 4 琉璃河—西沙屯段土壤电阻率分布

2.2  与地铁位置关系

良西段管道与地铁燕房线及房山线呈90°交叉，与阎村车辆段距离在500 m内。45#阀室与S1线垂直接近不交叉，与石厂车辆段距离6300 m。与16号线呈60°交叉，与北安河车辆段距离890 m；西沙屯站与昌平线垂直接近不交叉，最近距离2400 m，距离地铁站3000 m。

2.3  干扰规律与分布

为研究管道直流杂散电流干扰规律与分布，进行分段及全线特征点电位同步专项测试，根据同步测试数据确定特征点并进行相关性分析。

地铁16号线是2677#—2714#测试桩管段的主要干扰源，干扰管段长度4.881 km，共有8处测试桩；燕房线、房山线是对2197#—2263#管段影响较大的干扰源，长度9.611 km，共有16处测试桩；S1磁悬浮线是2141#—2188#、2268#—2308#、2323#—2651#管段的主要干扰源，管段长度合计65.555 km， 共有119处测试桩，全线17处欠保护位置均位于S1线干扰段。

16号线地铁站钢轨电位限制器（OVPD）运行，造成2714#—2747#管段（5.8 km）波动幅值大幅增大，以距离16号线最近的2727#测试桩增大最明显，波动幅值增大17.37 V； 2714#—2747#管段正于保护准则时间比例大幅增高，由阴极保护达标状态变化为欠保护状态。

3  排流缓解措施

3.1  馈电实验

断开沿线牺牲阳极，选择45#—46#阀室夜间断电电位正于﹣0.85 VCSE，干扰处于高水平，且阴极保护电流匮乏位置为馈电实验的馈电点。

进行馈电，临时地床距管道约150 m，恒电位仪外部供电采用220 V居民用电，为寻找管段有效保护的最低电流，逐级馈入电流0.5 A、1.0 A、1.5 A、2.0 A、3.3 A、3.5 A、4.5 A。当馈入4.5 A时，全线30处超标点与内检测15%深度以上18处电位超标点达到有效阴极保护。

3.2  新增阴极保护站

根据SY/T 0017―2016《埋地钢制管道直流排流保护技术标准》，阴极保护系统选用抗干扰恒电位仪+浅埋阳极的方式，经现场查勘，结合馈电实验结果，综合考虑经济性和施工可实施性，选取2531#测试桩处新增阴保站，安装于管道临近的挡墙内，阳极地床位置距管道约80 m。

阳极地床采用多支高硅铸铁阳极并联水平埋设，恒电位仪选型100 V/20A。依据GB/T 21448―2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》附录A阴极保护给出的公式计算，40支预包装高硅铸铁阳极（Φ273 mm×2000 mm）按照2 m埋深、2 m中心间距的水平敷设方式时，阳极总接地电阻约为4.6 Ω，可以满足恒电位仪的运行需要。

3.3  阴保治理效果

新增2531#阴保站已施工完成，采用太阳能与市电联合供电系统。图 5为该阴保站恒位﹣1200 mVCSE输出良西段管道阴极保护评价结果分布，评价标准按AS 2832.1―2015执行。可见，在恒位﹣1200 mVCSE输出下，该段管道测试桩位置阴极保护均满足标准要求，达到有效阴极保护状态。

图 5 新增阴保站恒位输出良西段阴极保护评价结果

4  结论

陕京三线良西段45#—46#阀室管段因山区土层厚度偏薄及土壤电阻率偏大，造成管道阴极保护电流匮乏，面临着很大的欠保护压力。通过馈电实验，新增阴保站恒位﹣1200 mVCSE输出，良西段管道测试桩位置阴极保护均满足AS 2832.1―2015标准要求，达到有效阴极保护状态。

作者简介：李明，1983年生，本科，北京输油气分公司琉璃河作业区管道工程师，现从事管道运行维护工作。联系方式：18519532118，40024644@qq.com。