孙大伟

国家管网集团山东公司

摘要：腐蚀是影响油气管道安全平稳运行的主要危害因素之一。近年来，随着社会经济发展和基础设施建设不断增速，受电气化铁路、高压输电线路、城市轨道交通等干扰影响，管道受到的杂散电流干扰日益加剧，造成管道腐蚀减薄、穿孔、氢脆、防腐层剥离、设备设施打火烧蚀等危害，直接威胁管道本体安全。从某管道杂散电流排查整治实际案例出发，对杂散电流干扰类型及成因进行分析，并提出改进建议。

关键词：管道腐蚀；杂散电流；干扰评估；排查整治

2013年，青岛经济技术开发区东黄输油管道因管道本体腐蚀穿孔，导致大量原油泄漏进入市政排水暗渠，油气在形成密闭空间的暗渠内积聚，遇火花发生爆炸，造成重大人员伤亡和财产损失。近年来，随着对管道腐蚀机理和杂散电流危害的研究不断深入，杂散电流干扰防控作为一个重要课题，引起了越来越多国内外学者的重视。

1  杂散电流干扰评价标准

目前国内外广泛应用的杂散电流干扰评价标准如下。

（1）直流干扰评价。

GB 50991―2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》5.0.3条规定：已投运阴极保护的管道，当干扰导致管道不满足最小保护电位要求时，应及时采取干扰防护措施。

AS 2832.1―2015《Cathodic protection of metals Part1: pipes and cables》规定，在评价牵引电流的影响时，应记录足够长时间的电位以确保包含最大程度的杂散电流影响。短时间极化的构筑物、防腐层性能良好的构筑物或已证实对杂散电流的响应为快速极化和去极化的构筑物，应遵循以下准则：

电位正于保护准则（钢铁构筑物电位﹣850 mV）的时间不应超过测试时间的5%；

电位正于保护准则﹢50 mV（钢铁构筑物电位为﹣800 mV）的时间不应超过测试时间的 2%；

电位正于保护准则﹢100 mV（钢铁构筑物电位为﹣750 mV）的时间不应超过测试时间的1%。

（2）交流干扰评价。

GB/T 50698―2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》3.0.5条规定，当管道上的交流干扰电压不高于4 V时，可不采取交流干扰防护措施；高于4 V时，应采用交流电流密度进行评估。当交流干扰程度判定为“强”时（＞100 A/㎡），应采取交流干扰防护措施；判定为“中”时（30 A/㎡～ 100 A/㎡），宜采取交流干扰防护措施；判定为“弱”时（＜30 A/㎡），可不采取交流干扰防护措施。

2  杂散电流类型及成因分析

交流干扰源主要包括高压交流电力线路和交流供电的电气化铁路等轨道交通系统。当油气管道与高压交流输电线路、电气化铁路并行、交叉或靠近电力系统接地极时，可能通过阻性耦合、感性耦合或容性耦合3种方式在管道中产生交流杂散电流。阻性耦合主要是由于电流通过高压输电线路接地体造成大地电位上升，对周围较大范围内管道阴极保护状态产生影响。输电系统故障状态下，引起的大地电位上升在接地极周围形成一个强大电场，可能击毁阴极保护设备，甚至在外防腐层缺陷处导致电弧形成，电弧作用集中在微小的防腐层漏点上，从而造成管道的迅速腐蚀。感性耦合是最为普遍的交流干扰方式，当管道和强电线路近距离平行接近或斜接近时，由于电磁感应原理在导线周围产生感应电压。感应电压的大小和平行于高压输电线路的管道长度、电力线与管道间距、输电线路电压及频率、管道外防腐层绝缘性、土壤电阻率等有关。

直流干扰源主要包括直流电气化铁路、城市轨道交通（地铁）、直流输电线路接地极、直流电网及其他构筑物阴极保护系统等。其中，地铁干扰是最具代表性的动态直流干扰类型。地铁供电系统主要由直流牵引变电站、馈电线、接触网、列车、走行轨、回流线六部分组成。直流牵引变电站将外接交流电源降压整流为直流电流，通过馈电线、接触网给地铁列车供电，并由走行轨和回流线牵引电流回流。其中，直流牵引系统回流电流的泄漏是对埋地油气管道形成杂散电流干扰的主要原因。回流电流从走行轨与道床之间绝缘性能较差的部位泄漏进入大地，流入大地的一部分电流会进入附近防腐层较差的埋地管道，通过管道这一低电阻通道向远处传播，并在远端防腐层破损部位流出管道，经土壤回流至牵引变电站（图 1）。杂散电流的流入点为阴极区，管地电位负向偏移，管道本体存在氢脆及防腐层剥离风险；杂散电流流出点为阳极区，管道本体存在加剧腐蚀风险。

图 1 杂散电流干扰示意  

3  杂散电流排查整治案例

针对青岛地区某天然气长输管道受杂散电流干扰导致电位不达标的问题，管道管理单位通过干扰源排查、电位数据监测开展杂散电流干扰专项评价，对管道所受杂散电流影响程度进行了分析研判。评价结果显示，该管道受到明显的交直流混合干扰，受干扰管道里程长达100余千米。其中，管道所受直流干扰尤为明显，主要表现为管地电位监测数据周期性波动较大，局部电位存在正向偏移。

利用uDL2数据记录仪进行24 h长周期数据监测，发现有8处测试桩断电电位不满足﹣850 mV准则和AS 2832.1标准，呈欠保护状态，存在较大腐蚀风险。随后，利用电位采集数据绘制出了电位波动曲线图，管道电位曲线整体呈现白天剧烈波动、夜间平缓，夜间电位明显负于白天的趋势，与青岛地铁13号线运行规律高度吻合。

针对该管道所受杂散电流干扰情况，首先对全线阴保系统的运行状况进行了系统排查，维修故障老化的阳极接线和长效参比，调试恒电位仪参数至合理输出值，确保线路阴保系统均处于有效工作状态。其次，在8处干扰严重导致电位不达标的位置，采取增设极性排流器+高电位型镁阳极的方式，对管道中的直流杂散电流干扰进行了排流治理。

排流实施后，利用试片法对管道沿线进行直流杂散电流复测，数据显示管道电位波动幅度明显降低，其中K2处通电电位波动由﹣4.364 V～4.06 V降低为﹣1.127 V～﹣3.318 V。管道断电电位正于保护准则的比例均小于5%（图 2），符合《AS 2832  Cathodic protection of metals Part1: pipes and cables》和GB 50991―2014要求，管道处于有效保护状态。杂散电流整治效果评估完成后，在杂散电流整治区域安装1处ER腐蚀速率探头，利用腐蚀速率采集仪每年对ER腐蚀速率探头的试片厚度进行采集，根据壁厚减薄量持续监测管道的腐蚀速率，保证管道腐蚀情况安全受控。

图 2 杂散电流整治前后管道电位数据 

4  建议

管道腐蚀是影响油气管道安全平稳运行的一大隐形风险。为了避免腐蚀给管道本体安全带来威胁，在后续针对杂散电流干扰的防护、排查和管控中，建议着重落实好以下四个方面的工作：

一是未雨绸缪，加强干扰源控制。积极与相关属地管理部门、规划部门沟通，在电气化铁路、交直流输电线路、城市轨道交通建设初期或规划阶段提前介入，尽可能使接地极等干扰源远离埋地管道。应在规划设计阶段综合考量地铁干扰对油气管道的影响，采取技术措施减少走行轨电阻，增加铁轨与大地间绝缘，增设变电站缩短杂散电流回流距离，限制杂散电流向地铁系统外部扩散。

二是严密监测，扎实开展电位测试。针对干扰区域，定期开展管道电位监测，准确掌握管道极化电位、交流电压、交直流电流密度等参数，密切跟踪管道干扰情况，判断管道保护状态并制定相应防护措施。

三是防微杜渐，重视防腐层修复。梳理杂散电流干扰范围和程度，提高“严重干扰区”管段防腐层的完整性，通过外防腐层检测及时排查并修复受干扰段的防腐层缺陷，从根本上降低外接杂散电流对埋地管道本体的腐蚀风险。

四是防治结合，采取排流治理措施。针对已经产生的交直流干扰，积极通过排流手段进行问题整治，通常采用固态去耦合器、极性排流器配合锌/镁阳极，或经过馈电实验，在合适位置增设恒电位仪进行强制排流，抑制杂散电流对管道干扰影响。

作者简介：孙大伟，1997年生，现任山东公司胶州作业区阴保工程师，CP2资格认证，主要从事管道完整性管理、腐蚀防护、检验检测相关工作。联系方式：15066873320，997066224@qq.com。