馬雪莉

國家管網(wǎng)集團山東公司

摘要：通過(guò)某原油長(cháng)輸管道地鐵雜散電流排流措施試驗，對比分析了不同排流點(diǎn)及排流方式的排流效果，試驗證明不同排流位置對排流效果的影響明顯，且不同排流方式之間也存在明顯差異。研究結論可為管道受到地鐵干擾排流時(shí)排流方案設計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：陰極保護；雜散電流；排流位置；排流方式

在地鐵供電系統中，由于列車(chē)通常應用直流電作為牽引電流，地鐵運行需牽引變電站通過(guò)牽引網(wǎng)將直流電輸送給地鐵機車(chē)，再通過(guò)鐵軌將電流送回牽引變電站，形成閉環(huán)電流回路。但是，隨著(zhù)地鐵運行時(shí)間的增長(cháng)，鋼軌與大地之間的絕緣電阻會(huì )減小，牽引電流經(jīng)鋼軌回流至負極時(shí)，將會(huì )有一部分電流泄漏至大地。這部分被留存和泄漏的電流被稱(chēng)為雜散電流，它容易與埋地鋼制輸油氣管道等產(chǎn)生反應，影響管道的使用壽命。因此，針對流入管道的這部分雜散電流需要進(jìn)行排流處理。

地鐵干擾引起鋼制埋地管道腐蝕問(wèn)題已得到管道企業(yè)高度重視，越來(lái)越多的管段安裝了直流排流設施。但管道排流工作非常復雜，影響因素眾多，且地鐵興建于城市區域，存在人員密集、開(kāi)挖難度大、不易施工等問(wèn)題，給排流設施安裝帶來(lái)不便。盲目采取防護措施可能付出較大代價(jià)，卻不能獲得預期的效果。本文通過(guò)現場(chǎng)對比測試，驗證了不同排流點(diǎn)、不同排流方式對排流效果的影響，可為制定地鐵造成的雜散電流干擾防護方案提供依據。

1  試驗管道雜散電流干擾測試分析

2022年建成投用的某原油長(cháng)輸管道總長(cháng)度約340 km，管徑762 mm，壁厚10.3 mm /11.9 mm，管道設計壓力8.0 MPa，運行壓力4.0 MPa。管道采用強制電流陰極保護方式進(jìn)行保護。該長(cháng)輸管道與地鐵軌道交通A號線(xiàn)交叉于13#測試樁，陰極保護系統運行受到干擾，陰極保護電位波動(dòng)明顯，保護電源無(wú)法采用恒電位模式平穩運行。為開(kāi)展管道雜散電流測試分析，劃定試驗區域，設置管道測試點(diǎn)與干擾源位置（表 1、圖 1）。

表 1 管線(xiàn)沿線(xiàn)雜散電流干擾測試點(diǎn)

圖 1 管線(xiàn)沿線(xiàn)雜散電流干擾測試點(diǎn)

對管道沿線(xiàn)雜散電流干擾測試點(diǎn)采用YH-DL2數據記錄儀進(jìn)行24 h監測，測試數據包括管道通電電位、斷電電位。測試主要依據AS 2832.1-2015《Cathodic Protection of Metals,Part1:Pipes and cables》，按照電位偏移不同幅度的時(shí)間百分比進(jìn)行統計，各測試點(diǎn)斷電電位分別正于﹣850 mV保護標準0 mV、50 mV、100 mV、850 mV的時(shí)間與總監測時(shí)間的百分比來(lái)評價(jià)（表 2）。

表 2 管線(xiàn)沿線(xiàn)雜散電流干擾測試點(diǎn)

從監測結果可以看出，試驗管段各測試點(diǎn)斷電電位最大值與最小值相差較大，管道電位波動(dòng)明顯。通過(guò)統計斷電電位偏移不同幅度的時(shí)間占總監測時(shí)間的百分比，發(fā)現不能滿(mǎn)足標準要求。選取其中測試點(diǎn)繪制通斷電電位監測圖（圖 2 ）。

圖 2 10#+880 m通斷電電位監測圖

監測時(shí)間段內10#+880 m在23:50至5:20時(shí)間段通斷電電位波動(dòng)較小，其余時(shí)間段通斷電電位波動(dòng)劇烈。觀(guān)察通斷電電位監測圖，可以發(fā)現管道電位存在明顯的波動(dòng)期與平穩期，其中管道電位在地鐵運行時(shí)波動(dòng)劇烈，地鐵停運后（該地鐵正常停運時(shí)間為23:50，停止工作時(shí)間不定）電位趨于平穩。管道電位變化與地鐵運行具有時(shí)間同步性，因此可以判定試驗管段受到明顯的地鐵雜散電流干擾。

2  試驗技術(shù)方案

2.1  試驗方案

為了驗證排流點(diǎn)選址及排流方式的不同對排流效果的影響，試驗分別選擇在管道與地鐵交叉點(diǎn)（13#測試樁）及交叉點(diǎn)上下游測試樁（12#、14#測試樁），利用原有地床進(jìn)行雜散電流排流實(shí)驗，分別采取負電位接地排流、極性排流器排流、智能排流器排流三種排流方式。

其中負電位接地排流是指管道通過(guò)電纜連接到一個(gè)埋地輔助陽(yáng)極上，將雜散電流從管道排除到陽(yáng)極上，經(jīng)過(guò)土壤再返回鐵軌。極性排流器排流是指極性排流具有單向導電性，一定程度上只允許雜散電流從管道排出，而不允許雜散電流進(jìn)入管道，能防止逆流。智能排流器排流是對于直流干擾通過(guò)內置微控電源智能調節。

各排流點(diǎn)陽(yáng)極皆為ZP-5型，18 kg鋅陽(yáng)極�，F場(chǎng)水平布置，陽(yáng)極放置在填料包中，間隔2 m，埋深1.5 m。根據陽(yáng)極地床狀況（表 3），設置極性排流器及智能排流器工作參數（表 4）。

表 3 排流點(diǎn)陽(yáng)極地床狀況表

表 4 極性排流器與智能排流器工作參數

2.2  測量方法

采用智能數據采集器（YKM-CP-DataRec）對管道進(jìn)行24 h通斷電電位監測，參比電極為銅/硫酸銅便攜參比電極，極化試片與硫酸銅參比電極一體（可以減小參比電極與極化試片距離），試片裸漏面積為6.5 cm2、材質(zhì)與管道同材質(zhì)為L(cháng)450M。

在管道一側，與管道中心線(xiàn)同深、距離管道外壁0.5 m左右的位置鉆孔放置試片及參比電極。試片極化時(shí)間大于2 h，充分極化后（圖 3）連接數據采集器。采集器通斷電周期設置為4 s通，1 s斷，采樣頻率對應設置為12次/min。

圖 3 管道電位監測接線(xiàn)圖

2.3  評價(jià)方案

基于管道受地鐵運行造成的動(dòng)態(tài)雜散電流干擾特性，采用GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范》與AS 2832.1―2015《Cathodic Protection of Metals, Part1:Pipes and cables》（金屬的陰極保護1：管道和電纜）進(jìn)行評價(jià)。

以斷電電位正于保護準則0 mV的時(shí)間不超過(guò)總監測時(shí)間5%，正于保護標準+50 mV的時(shí)間不超過(guò)總監測時(shí)間2%，正于保護標準+100 mV的時(shí)間不超過(guò)總監測時(shí)間1%，正于保護標準+850 mV的時(shí)間不超過(guò)總監測時(shí)間0.2%，作為評判依據對試驗管段陰保是否合格進(jìn)行對比評判。

3  試驗結果分析

根據試驗方案分別在12#、13#、14#測試樁排流點(diǎn)采用負電位接地排流、極性排流器排流、智能排流器排流三種排流方式，在排流的同時(shí)固定在13#測試樁監測各種排流方式下測試樁陰保數據（表 5），不同排流點(diǎn)排流時(shí)，監測各排流方式斷電電位波動(dòng)幅度。

表 5 不同排流點(diǎn)各排流方式斷電電位波動(dòng)幅度

對于地鐵干擾下動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾，比較在不同排流點(diǎn)排流保護下各排流方式對于斷電電位波動(dòng)的緩解效果。

縱向比較，在12#測試樁排流時(shí)斷電電位波動(dòng)幅度由2670 mV減小至500 mV以?xún)�，下降明顯，在13#、14#測試樁排流時(shí)斷電電位波動(dòng)幅度有所下降，但作用有限。相對13#測試樁排流時(shí)效果最差，可以看出不同排流點(diǎn)排流效果存在差異。

橫向比較，對于三種排流方式，管道斷電電位波動(dòng)幅度都有所減緩，當采用智能排流器排流時(shí)斷電電位波動(dòng)幅度最小，保護效果最為顯著(zhù)。

參照AS 2832.1―2015評判標準，在不同排流點(diǎn)排流時(shí)統計排流前后13#測試樁斷電電位較保護電位偏正不同幅度占總監測時(shí)間的百分比來(lái)評判排流效果（表 6）。

表6 不同排流點(diǎn)各排流方式較保護電位時(shí)間百分比

縱向比較，在12#測試樁排流時(shí)各排流方式較保護電位偏正時(shí)間占比都下降至標準以?xún)�，滿(mǎn)足標準要求，而在13#、14#測試樁排流時(shí)偏正時(shí)間占比雖然有所改善，但偏正0 mV、50 mV、100 mV百分比仍大于標準要求，排流效果不能滿(mǎn)足標準要求，其在14#樁排流時(shí)效果相對好于在13#樁排流。

橫向比較，對于三種排流方式，都能對干擾程度有所改善，當采用智能排流器排流時(shí)各偏正幅度時(shí)間占比在三種排流方式中最小，甚至在12#測試樁排流時(shí)正于﹣850 mV時(shí)間占比降為0%，效果最為顯著(zhù)。

試驗結果顯示，對于地鐵干擾下的動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾，排流防護設施安裝位置對排流保護效果影響非常大，在試驗管段13#測試樁、14#測試樁安裝各種排流防護設施，管道電位改善效果較差，不能滿(mǎn)足標準要求。而在12#測試樁安裝排流防護設施，管道保護效果非常好，滿(mǎn)足標準要求。同時(shí)，負電位接地排流、極性排流器排流與智能排流器排流都能有效抑制地鐵直流干擾，但是不同排流方式排流效果同樣存在差異，對于試驗中的三種排流方式來(lái)說(shuō)，試驗管段排流采用智能排流器時(shí)效果相對最好。

4  結論

受設計、施工以及運行年限等因素的影響，地鐵運行外泄的雜散電流會(huì )對鄰近的埋地鋼制管道產(chǎn)生腐蝕威脅，需要采取一定的措施進(jìn)行排流，以減小雜散電流干擾。

（1）排流點(diǎn)不同，排流效果差異明顯。安裝排流防護設施時(shí)需要進(jìn)行詳細的測試試驗，選擇合適的排流防護點(diǎn)，才能最大限度發(fā)揮排流設施的作用，達到提高管道保護效果的作用。

（2）負電位接地排流、極性排流器排流與智能排流器排流都能有效抑制地鐵直流干擾，同時(shí)不同排流方式或設施排流效果存在差異，排流前需要對于各種排流設施進(jìn)行對比試驗，綜合考慮各種因素后進(jìn)行排流方式或排流設施的選型。

（3）此次試驗分別在地鐵與管道交叉點(diǎn)及交叉點(diǎn)上下游進(jìn)行排流試驗，試驗結果顯示在交叉點(diǎn)排流效果最差，在交叉點(diǎn)兩側排流存在明顯差異。當然，試驗僅為個(gè)例，管道排流點(diǎn)與地鐵的相對位置對于排流效果的影響是否存在某種規律，還需要后續研究論證。

作者簡(jiǎn)介：馬雪莉，1987年生，西南石油大學(xué)油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，本科，工程師，一級造價(jià)工程師，主要從事管道工程、管道腐蝕防護等工作。聯(lián)系方式：18660136323，maxl@pipechina.com.cn。