马雪莉

国家管网集团山东公司

 

摘要：通过某原油长输管道地铁杂散电流排流措施试验，对比分析了不同排流点及排流方式的排流效果，试验证明不同排流位置对排流效果的影响明显，且不同排流方式之间也存在明显差异。研究结论可为管道受到地铁干扰排流时排流方案设计提供借鉴。

关键词：阴极保护；杂散电流；排流位置；排流方式

 

在地铁供电系统中，由于列车通常应用直流电作为牵引电流，地铁运行需牵引变电站通过牵引网将直流电输送给地铁机车，再通过铁轨将电流送回牵引变电站，形成闭环电流回路。但是，随着地铁运行时间的增长，钢轨与大地之间的绝缘电阻会减小，牵引电流经钢轨回流至负极时，将会有一部分电流泄漏至大地。这部分被留存和泄漏的电流被称为杂散电流，它容易与埋地钢制输油气管道等产生反应，影响管道的使用寿命。因此，针对流入管道的这部分杂散电流需要进行排流处理。

地铁干扰引起钢制埋地管道腐蚀问题已得到管道企业高度重视，越来越多的管段安装了直流排流设施。但管道排流工作非常复杂，影响因素众多，且地铁兴建于城市区域，存在人员密集、开挖难度大、不易施工等问题，给排流设施安装带来不便。盲目采取防护措施可能付出较大代价，却不能获得预期的效果。本文通过现场对比测试，验证了不同排流点、不同排流方式对排流效果的影响，可为制定地铁造成的杂散电流干扰防护方案提供依据。

1  试验管道杂散电流干扰测试分析

2022年建成投用的某原油长输管道总长度约340 km，管径762 mm，壁厚10.3 mm /11.9 mm，管道设计压力8.0 MPa，运行压力4.0 MPa。管道采用强制电流阴极保护方式进行保护。该长输管道与地铁轨道交通A号线交叉于13#测试桩，阴极保护系统运行受到干扰，阴极保护电位波动明显，保护电源无法采用恒电位模式平稳运行。为开展管道杂散电流测试分析，划定试验区域，设置管道测试点与干扰源位置（表 1、图 1）。

表 1 管线沿线杂散电流干扰测试点

图 1 管线沿线杂散电流干扰测试点

对管道沿线杂散电流干扰测试点采用YH-DL2数据记录仪进行24 h监测，测试数据包括管道通电电位、断电电位。测试主要依据AS 2832.1-2015《Cathodic Protection of Metals,Part1:Pipes and cables》，按照电位偏移不同幅度的时间百分比进行统计，各测试点断电电位分别正于﹣850 mV保护标准0 mV、50 mV、100 mV、850 mV的时间与总监测时间的百分比来评价（表 2）。

表 2 管线沿线杂散电流干扰测试点

从监测结果可以看出，试验管段各测试点断电电位最大值与最小值相差较大，管道电位波动明显。通过统计断电电位偏移不同幅度的时间占总监测时间的百分比，发现不能满足标准要求。选取其中测试点绘制通断电电位监测图（图 2 ）。

图 2 10#+880 m通断电电位监测图

监测时间段内10#+880 m在23:50至5:20时间段通断电电位波动较小，其余时间段通断电电位波动剧烈。观察通断电电位监测图，可以发现管道电位存在明显的波动期与平稳期，其中管道电位在地铁运行时波动剧烈，地铁停运后（该地铁正常停运时间为23:50，停止工作时间不定）电位趋于平稳。管道电位变化与地铁运行具有时间同步性，因此可以判定试验管段受到明显的地铁杂散电流干扰。

2  试验技术方案

2.1  试验方案

为了验证排流点选址及排流方式的不同对排流效果的影响，试验分别选择在管道与地铁交叉点（13#测试桩）及交叉点上下游测试桩（12#、14#测试桩），利用原有地床进行杂散电流排流实验，分别采取负电位接地排流、极性排流器排流、智能排流器排流三种排流方式。

其中负电位接地排流是指管道通过电缆连接到一个埋地辅助阳极上，将杂散电流从管道排除到阳极上，经过土壤再返回铁轨。极性排流器排流是指极性排流具有单向导电性，一定程度上只允许杂散电流从管道排出，而不允许杂散电流进入管道，能防止逆流。智能排流器排流是对于直流干扰通过内置微控电源智能调节。

各排流点阳极皆为ZP-5型，18 kg锌阳极。现场水平布置，阳极放置在填料包中，间隔2 m，埋深1.5 m。根据阳极地床状况（表 3），设置极性排流器及智能排流器工作参数（表 4）。

表 3 排流点阳极地床状况表

表 4 极性排流器与智能排流器工作参数

2.2  测量方法

采用智能数据采集器（YKM-CP-DataRec）对管道进行24 h通断电电位监测，参比电极为铜/硫酸铜便携参比电极，极化试片与硫酸铜参比电极一体（可以减小参比电极与极化试片距离），试片裸漏面积为6.5 cm2、材质与管道同材质为L450M。

在管道一侧，与管道中心线同深、距离管道外壁0.5 m左右的位置钻孔放置试片及参比电极。试片极化时间大于2 h，充分极化后（图 3）连接数据采集器。采集器通断电周期设置为4 s通，1 s断，采样频率对应设置为12次/min。

图 3 管道电位监测接线图

2.3  评价方案

基于管道受地铁运行造成的动态杂散电流干扰特性，采用GB/T 21448―2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》与AS 2832.1―2015《Cathodic Protection of Metals, Part1:Pipes and cables》（金属的阴极保护1：管道和电缆）进行评价。

以断电电位正于保护准则0 mV的时间不超过总监测时间5%，正于保护标准+50 mV的时间不超过总监测时间2%，正于保护标准+100 mV的时间不超过总监测时间1%，正于保护标准+850 mV的时间不超过总监测时间0.2%，作为评判依据对试验管段阴保是否合格进行对比评判。

3  试验结果分析

根据试验方案分别在12#、13#、14#测试桩排流点采用负电位接地排流、极性排流器排流、智能排流器排流三种排流方式，在排流的同时固定在13#测试桩监测各种排流方式下测试桩阴保数据（表 5），不同排流点排流时，监测各排流方式断电电位波动幅度。

表 5 不同排流点各排流方式断电电位波动幅度

对于地铁干扰下动态直流杂散电流干扰，比较在不同排流点排流保护下各排流方式对于断电电位波动的缓解效果。

纵向比较，在12#测试桩排流时断电电位波动幅度由2670 mV减小至500 mV以内，下降明显，在13#、14#测试桩排流时断电电位波动幅度有所下降，但作用有限。相对13#测试桩排流时效果最差，可以看出不同排流点排流效果存在差异。

横向比较，对于三种排流方式，管道断电电位波动幅度都有所减缓，当采用智能排流器排流时断电电位波动幅度最小，保护效果最为显著。

参照AS 2832.1―2015评判标准，在不同排流点排流时统计排流前后13#测试桩断电电位较保护电位偏正不同幅度占总监测时间的百分比来评判排流效果（表 6）。

表6 不同排流点各排流方式较保护电位时间百分比

纵向比较，在12#测试桩排流时各排流方式较保护电位偏正时间占比都下降至标准以内，满足标准要求，而在13#、14#测试桩排流时偏正时间占比虽然有所改善，但偏正0 mV、50 mV、100 mV百分比仍大于标准要求，排流效果不能满足标准要求，其在14#桩排流时效果相对好于在13#桩排流。

横向比较，对于三种排流方式，都能对干扰程度有所改善，当采用智能排流器排流时各偏正幅度时间占比在三种排流方式中最小，甚至在12#测试桩排流时正于﹣850 mV时间占比降为0%，效果最为显著。

试验结果显示，对于地铁干扰下的动态直流杂散电流干扰，排流防护设施安装位置对排流保护效果影响非常大，在试验管段13#测试桩、14#测试桩安装各种排流防护设施，管道电位改善效果较差，不能满足标准要求。而在12#测试桩安装排流防护设施，管道保护效果非常好，满足标准要求。同时，负电位接地排流、极性排流器排流与智能排流器排流都能有效抑制地铁直流干扰，但是不同排流方式排流效果同样存在差异，对于试验中的三种排流方式来说，试验管段排流采用智能排流器时效果相对最好。

4  结论

受设计、施工以及运行年限等因素的影响，地铁运行外泄的杂散电流会对邻近的埋地钢制管道产生腐蚀威胁，需要采取一定的措施进行排流，以减小杂散电流干扰。

（1）排流点不同，排流效果差异明显。安装排流防护设施时需要进行详细的测试试验，选择合适的排流防护点，才能最大限度发挥排流设施的作用，达到提高管道保护效果的作用。

（2）负电位接地排流、极性排流器排流与智能排流器排流都能有效抑制地铁直流干扰，同时不同排流方式或设施排流效果存在差异，排流前需要对于各种排流设施进行对比试验，综合考虑各种因素后进行排流方式或排流设施的选型。

（3）此次试验分别在地铁与管道交叉点及交叉点上下游进行排流试验，试验结果显示在交叉点排流效果最差，在交叉点两侧排流存在明显差异。当然，试验仅为个例，管道排流点与地铁的相对位置对于排流效果的影响是否存在某种规律，还需要后续研究论证。

作者简介：马雪莉，1987年生，西南石油大学油气储运工程专业毕业，本科，工程师，一级造价工程师，主要从事管道工程、管道腐蚀防护等工作。联系方式：18660136323，maxl@pipechina.com.cn。