孫大偉

國家管網(wǎng)集團山東公司

摘要：腐蝕是影響油氣管道安全平穩運行的主要危害因素之一。近年來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和基礎設施建設不斷增速，受電氣化鐵路、高壓輸電線(xiàn)路、城市軌道交通等干擾影響，管道受到的雜散電流干擾日益加劇，造成管道腐蝕減薄、穿孔、氫脆、防腐層剝離、設備設施打火燒蝕等危害，直接威脅管道本體安全。從某管道雜散電流排查整治實(shí)際案例出發(fā)，對雜散電流干擾類(lèi)型及成因進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：管道腐蝕；雜散電流；干擾評估；排查整治

2013年，青島經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區東黃輸油管道因管道本體腐蝕穿孔，導致大量原油泄漏進(jìn)入市政排水暗渠，油氣在形成密閉空間的暗渠內積聚，遇火花發(fā)生爆炸，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。近年來(lái)，隨著(zhù)對管道腐蝕機理和雜散電流危害的研究不斷深入，雜散電流干擾防控作為一個(gè)重要課題，引起了越來(lái)越多國內外學(xué)者的重視。

1  雜散電流干擾評價(jià)標準

目前國內外廣泛應用的雜散電流干擾評價(jià)標準如下。

（1）直流干擾評價(jià)。

GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標準》5.0.3條規定：已投運陰極保護的管道，當干擾導致管道不滿(mǎn)足最小保護電位要求時(shí)，應及時(shí)采取干擾防護措施。

AS 2832.1―2015《Cathodic protection of metals Part1: pipes and cables》規定，在評價(jià)牽引電流的影響時(shí)，應記錄足夠長(cháng)時(shí)間的電位以確保包含最大程度的雜散電流影響。短時(shí)間極化的構筑物、防腐層性能良好的構筑物或已證實(shí)對雜散電流的響應為快速極化和去極化的構筑物，應遵循以下準則：

電位正于保護準則（鋼鐵構筑物電位﹣850 mV）的時(shí)間不應超過(guò)測試時(shí)間的5%；

電位正于保護準則﹢50 mV（鋼鐵構筑物電位為﹣800 mV）的時(shí)間不應超過(guò)測試時(shí)間的 2%；

電位正于保護準則﹢100 mV（鋼鐵構筑物電位為﹣750 mV）的時(shí)間不應超過(guò)測試時(shí)間的1%。

（2）交流干擾評價(jià)。

GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》3.0.5條規定，當管道上的交流干擾電壓不高于4 V時(shí)，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時(shí)，應采用交流電流密度進(jìn)行評估。當交流干擾程度判定為“強”時(shí)（＞100 A/㎡），應采取交流干擾防護措施；判定為“中”時(shí)（30 A/㎡～ 100 A/㎡），宜采取交流干擾防護措施；判定為“弱”時(shí)（＜30 A/㎡），可不采取交流干擾防護措施。

2  雜散電流類(lèi)型及成因分析

交流干擾源主要包括高壓交流電力線(xiàn)路和交流供電的電氣化鐵路等軌道交通系統。當油氣管道與高壓交流輸電線(xiàn)路、電氣化鐵路并行、交叉或靠近電力系統接地極時(shí)，可能通過(guò)阻性耦合、感性耦合或容性耦合3種方式在管道中產(chǎn)生交流雜散電流。阻性耦合主要是由于電流通過(guò)高壓輸電線(xiàn)路接地體造成大地電位上升，對周?chē)�較大范圍內管道陰極保護狀態(tài)產(chǎn)生影響。輸電系統故障狀態(tài)下，引起的大地電位上升在接地極周?chē)�形成一個(gè)強大電場(chǎng)，可能擊毀陰極保護設備，甚至在外防腐層缺陷處導致電弧形成，電弧作用集中在微小的防腐層漏點(diǎn)上，從而造成管道的迅速腐蝕。感性耦合是最為普遍的交流干擾方式，當管道和強電線(xiàn)路近距離平行接近或斜接近時(shí)，由于電磁感應原理在導線(xiàn)周?chē)�產(chǎn)生感應電壓。感應電壓的大小和平行于高壓輸電線(xiàn)路的管道長(cháng)度、電力線(xiàn)與管道間距、輸電線(xiàn)路電壓及頻率、管道外防腐層絕緣性、土壤電阻率等有關(guān)。

直流干擾源主要包括直流電氣化鐵路、城市軌道交通（地鐵）、直流輸電線(xiàn)路接地極、直流電網(wǎng)及其他構筑物陰極保護系統等。其中，地鐵干擾是最具代表性的動(dòng)態(tài)直流干擾類(lèi)型。地鐵供電系統主要由直流牽引變電站、饋電線(xiàn)、接觸網(wǎng)、列車(chē)、走行軌、回流線(xiàn)六部分組成。直流牽引變電站將外接交流電源降壓整流為直流電流，通過(guò)饋電線(xiàn)、接觸網(wǎng)給地鐵列車(chē)供電，并由走行軌和回流線(xiàn)牽引電流回流。其中，直流牽引系統回流電流的泄漏是對埋地油氣管道形成雜散電流干擾的主要原因�；亓麟娏鲝淖咝熊壟c道床之間絕緣性能較差的部位泄漏進(jìn)入大地，流入大地的一部分電流會(huì )進(jìn)入附近防腐層較差的埋地管道，通過(guò)管道這一低電阻通道向遠處傳播，并在遠端防腐層破損部位流出管道，經(jīng)土壤回流至牽引變電站（圖 1）。雜散電流的流入點(diǎn)為陰極區，管地電位負向偏移，管道本體存在氫脆及防腐層剝離風(fēng)險；雜散電流流出點(diǎn)為陽(yáng)極區，管道本體存在加劇腐蝕風(fēng)險。

圖 1 雜散電流干擾示意  

3  雜散電流排查整治案例

針對青島地區某天然氣長(cháng)輸管道受雜散電流干擾導致電位不達標的問(wèn)題，管道管理單位通過(guò)干擾源排查、電位數據監測開(kāi)展雜散電流干擾專(zhuān)項評價(jià)，對管道所受雜散電流影響程度進(jìn)行了分析研判。評價(jià)結果顯示，該管道受到明顯的交直流混合干擾，受干擾管道里程長(cháng)達100余千米。其中，管道所受直流干擾尤為明顯，主要表現為管地電位監測數據周期性波動(dòng)較大，局部電位存在正向偏移。

利用uDL2數據記錄儀進(jìn)行24 h長(cháng)周期數據監測，發(fā)現有8處測試樁斷電電位不滿(mǎn)足﹣850 mV準則和AS 2832.1標準，呈欠保護狀態(tài)，存在較大腐蝕風(fēng)險。隨后，利用電位采集數據繪制出了電位波動(dòng)曲線(xiàn)圖，管道電位曲線(xiàn)整體呈現白天劇烈波動(dòng)、夜間平緩，夜間電位明顯負于白天的趨勢，與青島地鐵13號線(xiàn)運行規律高度吻合。

針對該管道所受雜散電流干擾情況，首先對全線(xiàn)陰保系統的運行狀況進(jìn)行了系統排查，維修故障老化的陽(yáng)極接線(xiàn)和長(cháng)效參比，調試恒電位儀參數至合理輸出值，確保線(xiàn)路陰保系統均處于有效工作狀態(tài)。其次，在8處干擾嚴重導致電位不達標的位置，采取增設極性排流器+高電位型鎂陽(yáng)極的方式，對管道中的直流雜散電流干擾進(jìn)行了排流治理。

排流實(shí)施后，利用試片法對管道沿線(xiàn)進(jìn)行直流雜散電流復測，數據顯示管道電位波動(dòng)幅度明顯降低，其中K2處通電電位波動(dòng)由﹣4.364 V～4.06 V降低為﹣1.127 V～﹣3.318 V。管道斷電電位正于保護準則的比例均小于5%（圖 2），符合《AS 2832  Cathodic protection of metals Part1: pipes and cables》和GB 50991―2014要求，管道處于有效保護狀態(tài)。雜散電流整治效果評估完成后，在雜散電流整治區域安裝1處ER腐蝕速率探頭，利用腐蝕速率采集儀每年對ER腐蝕速率探頭的試片厚度進(jìn)行采集，根據壁厚減薄量持續監測管道的腐蝕速率，保證管道腐蝕情況安全受控。

圖 2 雜散電流整治前后管道電位數據 

4  建議

管道腐蝕是影響油氣管道安全平穩運行的一大隱形風(fēng)險。為了避免腐蝕給管道本體安全帶來(lái)威脅，在后續針對雜散電流干擾的防護、排查和管控中，建議著(zhù)重落實(shí)好以下四個(gè)方面的工作：

一是未雨綢繆，加強干擾源控制。積極與相關(guān)屬地管理部門(mén)、規劃部門(mén)溝通，在電氣化鐵路、交直流輸電線(xiàn)路、城市軌道交通建設初期或規劃階段提前介入，盡可能使接地極等干擾源遠離埋地管道。應在規劃設計階段綜合考量地鐵干擾對油氣管道的影響，采取技術(shù)措施減少走行軌電阻，增加鐵軌與大地間絕緣，增設變電站縮短雜散電流回流距離，限制雜散電流向地鐵系統外部擴散。

二是嚴密監測，扎實(shí)開(kāi)展電位測試。針對干擾區域，定期開(kāi)展管道電位監測，準確掌握管道極化電位、交流電壓、交直流電流密度等參數，密切跟蹤管道干擾情況，判斷管道保護狀態(tài)并制定相應防護措施。

三是防微杜漸，重視防腐層修復。梳理雜散電流干擾范圍和程度，提高“嚴重干擾區”管段防腐層的完整性，通過(guò)外防腐層檢測及時(shí)排查并修復受干擾段的防腐層缺陷，從根本上降低外接雜散電流對埋地管道本體的腐蝕風(fēng)險。

四是防治結合，采取排流治理措施。針對已經(jīng)產(chǎn)生的交直流干擾，積極通過(guò)排流手段進(jìn)行問(wèn)題整治，通常采用固態(tài)去耦合器、極性排流器配合鋅/鎂陽(yáng)極，或經(jīng)過(guò)饋電實(shí)驗，在合適位置增設恒電位儀進(jìn)行強制排流，抑制雜散電流對管道干擾影響。

作者簡(jiǎn)介：孫大偉，1997年生，現任山東公司膠州作業(yè)區陰保工程師，CP2資格認證，主要從事管道完整性管理、腐蝕防護、檢驗檢測相關(guān)工作。聯(lián)系方式：15066873320，997066224@qq.com。