万伟圆

华中公司江西输油分公司

 

摘要：通过对埋地钢质管道杂散电流干扰监测，管道遭受了地铁、高铁及高压输电线路的混合干扰。分析了杂散电流干扰源类型、管道通电电位和断电电位、管道交流干扰电压和交流干扰电流密度等参数，判定管道受干扰情况，并提出了针对性防护措施。

关键词：输油管道；杂散电流干扰；交流电流密度；防护措施

 

我国城市地铁和高铁的快速发展，使与之临近的钢质管道容易遭受杂散电流的干扰而发生腐蚀，最终导致输送介质泄漏，成为影响管道安全运行的隐患[1]。如上海地铁2号线地下并行敷设的燃气钢制管道，遭受地铁直流杂散电流干扰多次出现腐蚀穿孔[2]。同时，高压输电线路杂散电流干扰也给管道防腐造成了困难，如法国某管道遭受400 kV交流输电线路干扰出现多个腐蚀点[3]。杂散电流干扰程度取决于管道本身性能及外界条件，主要有管道外防腐层的绝缘等级、长度，与干扰源距离远近及附近土壤电阻率大小等[4]。本文通过输油管道阴极保护现场监测，对高压线路、高铁和城市地铁杂散电流干扰影响进行分析，判定杂散电流干扰程度，并制定了针对性防护措施，为管道杂散电流干扰防护提供借鉴。

1  杂散电流干扰测试方法

杂散电流的检测与评价主要依据GB 50991―2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》和GB/T 50698―2011 《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》，交直流混合干扰情况下采用SY/T 0087.6―2021《钢质管道及储罐腐蚀评价标准 第6部分：埋地钢质管道交流干扰腐蚀评价》评价。

杂散电流干扰具有动态特征，因此通过埋设试片长时间监测，并用数据记录仪自动存储记录干扰相关数据，测试步骤如下。

（1）在管道上方临时埋设试片，由于UDL2数据记录仪同时记录交流电流密度和通断电电位，不能同时连接1 cm2和6.5 cm2试片，故选用1.0 cm2试片。将试片与管道连接，极化时间不少于30 min，极化完成后开始采集数据。

（2）将数据记录仪与管道测试线、参比电极连接线和试片连接线相连接，参比电极贴近试片，并将周围土壤湿润，保持接触良好。

（3）将数据记录仪设置为每秒记录一组数据，试片通断周期10 s，断电时间1 s，记录管道的通电电位、断电电位、直流电流密度、交流干扰电压和交流电流密度等参数。

（4）连续测试24小时后将数据记录仪数据导出，评价对管道的干扰程度。

2  监测与评价

2.1  直流杂散电流监测与评价

某埋地输油管道与高铁线路在城区交叉2处，伴行约20公里，与地铁交叉1处，采用外加电流阴极保护系统防护，同时受到高铁和地铁的杂散电流干扰。管线监测电位分析见表 1，有4处阴极保护断电电位不满足要求，在NCZS-5#测试桩附近交叉处邻近电位正向偏移，最正电位﹣0.75 V～  ﹣0.85 V，电位偏移100 mV，表明地铁杂散电流干扰降低了管道阴保效果。

表 1 管道阴极保护效果判定

图 1是5#测试桩通电电位和断电电位分布图，可以看出，管道通电电位﹣0.33 V～﹣1.62 V，波动区间较大；断电电位﹣0.81 V～﹣1.07 V，波动区间较小；而夜间断电电位仅维持在﹣0.90 V左右；以上电位均相对于饱和硫酸铜参比电极。

图 1 5#测试桩通电电位和断电电位随时间分布图

流经试片的直流电流密度变化见图 2，电流密度在﹣8.7 A/m2～8.4 A/m2波动，电流方向随时改变，电流流入流出，无法区分阳极区和阴极区。夜间电流密度稳定在0.1 A/m2，主要是管道的阴极保护电流。

图 2 5#测试桩直流电流随时间分布图

2.2  交流杂散电流监测与评价

埋地输油管道与高铁交叉，且附近有高压输电线路，管道同时存在动态高铁交流干扰和交流输电线路干扰。交流干扰电压最大值为4#测试桩9.18 V。交流干扰电压分布见图 3。

图 3 管道测试桩交流干扰电压最大值最小值分布情况

如图 4所示，交流干扰电流密度最大值275.58 A/m2位于3#桩，其平均值76.50 A/m2； 4#桩交流电流密度平均值最大，为153.94 A/m2，其交流电流密度最大值218.50 A/m2，其他均小于30 A/m2，可见3#桩和4#桩交流干扰最严重。

图 4 管道测试桩交流干扰电流密度分布情况

从图 5可知，该管道在夜间高铁运行数量减少后，脉冲式交流干扰电压明显降低。

图 5 5#测试桩交流干扰电压随时间分布情况

图 6为交流电流密度实测数据，其分布规律与交流干扰电压相同。从图中可知，交流干扰腐蚀影响因素主要是高压输电线路，而高铁造成的脉冲电流较小，且随着夜间停运干扰消失。

图 5 5#测试桩交流干扰电压随时间分布情况

2.3  混合干扰对管道腐蚀评价

输油管道遭受地铁直流杂散电流、高压输电线路及高铁交流杂散电流干扰，处于混合干扰状态。由图 4可知，10处交流干扰电流密度平均值小于等于30 A/m2，2处大于30 A/m2，3#桩76.5 A/m2，4#桩153.94 A/m2，依据SY/T 0087.6―2021评价准则，3#桩和4#桩的管道断电电位要求负于﹣0.9 V，但两处电位存在不满足﹣0.85 V情况，因此应采取杂散电流综合防护措施。从表 1可知，5#桩、6#桩及7#桩不满足阴极保护断电电位要求，但是交流干扰电流密度平均值小于等于30 A/m2，因此，只需要采取直流杂散电流防护措施。

3  防护措施

（1）管道原阴极保护系统设置恒电位输出，在杂散电流干扰下，恒电位仪输出异常，输出电流变化较大，从0.2 A～4.0 A波动。因此首先改变恒电位仪输出模式为恒电流模式。

（2）3#桩和4#桩处，针对交流杂散电流干扰，采用在管道与接地极之间安装耦合器等接地排流方式治理，或将牺牲阳极直接接地等[5,6]。但存在地铁杂散电流时，必须考虑交流排流措施不能降低阴极保护效果，耦合器应设置适合的阈值，交流排流地床不引入地铁杂散电流。针对交直流混合干扰，应采取综合防护措施。为增加排流效果，采用复合型排流器，既能够排出交流、也能够排出直流杂散电流；阳极地床选用锌带；每处排流地床组成包括：复合型排流器1台、长效硫酸铜极化探头1只、锌带（15.88 mm ×22.22 mm）60 m、专用测试桩1支、电缆10 m及填包料6 t。排流地床施工尺寸为：60 m×2 m×1.5 m。

（3）5#桩、6#桩和7#桩处，针对地铁杂散电流干扰，需要进行直流排流防护措施。采用强制排流地床或极性排流地床方式防护，使管道阴保电位整体负向偏移，达到阴极保护电位准则要求[7,8]。在5#桩、6#桩和7#桩分别设置极性排流地床，采用镁合金牺牲阳极和极性排流器方式。每处排流地床组成包括：排流器1台、长效硫酸铜极化探头1只、高电位镁阳极20只、专用测试桩1支、测试电缆5 m，汇流电缆55 m及填包料3 t。排流地床施工尺寸为：50 m×2 m×1.5 m。施工过程中，注水浸泡填包料，降低阳极排流地床的接地电阻，增加排流效果。

4  结论

埋地钢质输油管道遭受地铁、高铁及高压输电线路干扰，多种干扰并存且相互作用，给管道防腐工作带来极大困难。本文依据管道阴极保护交直流干扰评价标准，对现场采集的数据进行分析，判定输油管道3#和4#桩高压输电线路交流干扰大，5#桩、6#桩和7#桩地铁直流干扰占主要因素，同时阴极保护效果不足。针对输油管道沿线受干扰状况，在提高整体阴极保护系统输出、增加阴极保护效果的情况下，设置极性排流地床和复合型排流地床两种排流方式，增强了管道杂散电流的防护效果。现场监测评价管道阴极保护受杂散电流干扰影响程度及提出的防护措施，为降低管道杂散电流腐蚀风险提供了借鉴。

 

参考文献：

[1]郭勇，丁继峰，王港，等. 埋地管道地铁直流杂散电流检测与防护的研究现状[J].材料保护，2021，54(7)：133-139.

[2]颜达峰，刘乃勇，袁鹏斌，等.地铁维修基地杂散电流对埋地钢质管道的腐蚀及防护措施[J].腐蚀与防护，2013，34(8)：739-742.

[3]胡士信，路民旭，杜艳霞，等.管道交流腐蚀新观点[J].腐蚀与防护，2010(6)：10-15.

[4]黄淳鑫，郭勇，刘健，等.高速铁路影响下的输油管道交流干扰分析与防护研究[J].石油和化工设备，2021，24(5)：87-90.

[5]李勋，张宏钊，张欣，等.高压交流输电线路对埋地金属油气管道的电磁干扰腐蚀及防护措施[J].山东理工大学学报（自然科学版），2017，31(4)：65-70.

[6]王瑞鹏，程拥军.埋地管道交流杂散电流的危害及排流[J].腐蚀与防护，2014，35(5)：514-516.

[7]夏慧芳，刘根胜.地铁直流杂散电流干扰埋地金属管道的防护与研究[J].石油库与加油站，2016，25(1)：9-11.

[8]杨敬杰.地铁直流干扰影响下管道阴保电位的测试和评价[J].腐蚀与防护，2014，35(3)：288-291. 

作者简介：万伟圆，1972年生，本科，工程师。现任华中公司江西输油分公司管通部主任，主要从事油气管道运行、维护管理和管道保护工作。 联系方式：13870649994，zdj13647215233@dingtalk.com。