沈光霽,趙建濤,劉振斌,王健新,王洪林

(1. 沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心，沈陽(yáng) 110034； 2. 中石油山東輸油有限公司，日照 276800)

電氣化鐵路對(duì)長(zhǎng)輸管道的交流干擾及防護(hù)

沈光霽1,趙建濤2,劉振斌2,王健新2,王洪林2

(1. 沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心，沈陽(yáng) 110034； 2. 中石油山東輸油有限公司，日照 276800)

我國(guó)電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)采用單相工頻(50 Hz)25 kV交流制式，當(dāng)長(zhǎng)輸管道與其近距離并行或交越時(shí)，電氣化鐵路會(huì)通過(guò)電阻耦合的方式對(duì)臨近埋地段管道產(chǎn)生不同程度的交流干擾，加劇管道交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。固態(tài)去耦合器接地排流是近年來(lái)國(guó)內(nèi)廣泛流行的防護(hù)方法，日東線排流工程實(shí)踐表明：采用適當(dāng)規(guī)格的固態(tài)去耦合器、以及合理的接地材料和施工方式，可以有效抑制管道的交流干擾，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

管道；電氣化鐵路；交流干擾；固態(tài)去耦合器；排流

目前，長(zhǎng)輸管道均采用外防腐蝕層和陰極保護(hù)相結(jié)合的防腐蝕體系，這種措施可有效防止管道外腐蝕的發(fā)生。但是，當(dāng)存在交流干擾時(shí)，即使陰極保護(hù)系統(tǒng)提供有效保護(hù)，在管道的防腐蝕層缺陷處也可能發(fā)生交流腐蝕；當(dāng)管道交流干擾電壓過(guò)大時(shí)，還有可能對(duì)附屬設(shè)備及操作人員的安全造成威脅；此外，交流干擾還會(huì)影響陰保系統(tǒng)恒電位儀的正常運(yùn)行，使管道得不到有效的陰極保護(hù)。因此，減緩管道的交流干擾，及時(shí)開展排流防護(hù)工程就顯得尤為重要。

目前，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道的交流干擾源主要可分為電氣化鐵路和高壓輸電線兩大類[1]。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)通過(guò)電阻耦合的方式，高壓輸電線通過(guò)電磁耦合(感應(yīng)耦合)的方式對(duì)臨近的埋地管道產(chǎn)生交流干擾[2]。本工作根據(jù)GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)日東線受干擾管段的干擾狀況進(jìn)行調(diào)查與檢測(cè)；然后，根據(jù)調(diào)查和檢測(cè)的結(jié)果，制定有針對(duì)性的干擾防護(hù)方案并加以實(shí)施及調(diào)整；最后，全部防護(hù)工程完成后，對(duì)管道及保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)效果評(píng)定。

1 管線概況

日東線(原油管線)平邑清管站至兗州輸油站管段與新石線(交流電氣化鐵路)存在近距離并行、交越情況，如圖1所示。并行段(K185～K245)長(zhǎng)度接近60 km，交越點(diǎn)有2處(K188、K240)，平均間距為500 m，最近間距為20 m(K233),最遠(yuǎn)間距約為1 500 m(K224)。該地段沿線地貌以山地、平原為主，土壤類型主要為黏土、沙土，周圍環(huán)境多為農(nóng)田，山地管段土壤電阻率較高。

圖1 日東線與新石線的示意圖Fig. 1 Sketch map of Ridong pipeline and Xinshi railway line

2 干擾測(cè)試

2.1 測(cè)試方法

管道交流電位采用儲(chǔ)存式雜散電流測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)利用現(xiàn)有管道測(cè)試樁(102個(gè))，間距約1 km，數(shù)據(jù)采樣頻率1次/s，測(cè)試時(shí)間24 h，參比電極采用鋼棒電極，與管道距離大于10 m。由于與鐵路并行的原油管段已有65個(gè)管道測(cè)試樁，且在特殊位置點(diǎn)均增設(shè)了測(cè)試樁(包括并行段的起始點(diǎn)、交叉點(diǎn)、間距最大及最小點(diǎn)等)，因此，測(cè)試樁處的管道交流電位分布即可以代表整個(gè)并行段管道的交流干擾情況，無(wú)需增加其它測(cè)試位置，后期防護(hù)設(shè)計(jì)也只考慮測(cè)試樁位置。

管道沿線土壤電阻率測(cè)試采用溫納四極法，測(cè)量深度為2 m，具體方法參照GB/T 21246-2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》。

管道交流電流密度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量較難，因此，參照GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，按公式(1)計(jì)算得到。

式中：JAC為評(píng)估的交流電流密度，A/m2；U為交流干擾電壓有效值的平均值，V；ρ為土壤電阻率，Ω·m，取交流干擾電壓測(cè)試時(shí)，測(cè)試點(diǎn)與管道埋深相同的土壤電阻率實(shí)測(cè)值；d為破損點(diǎn)直徑，m，按發(fā)生交流腐蝕最嚴(yán)重考慮，取0.011 3。

2.2 判定指標(biāo)

交流干擾判定參照GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。當(dāng)管道的交流干擾電壓不大于4 V時(shí)，交流干擾程度為弱，可不采取交流干擾防護(hù)措施。當(dāng)交流干擾電壓大于4 V時(shí)，應(yīng)采用交流電流密度指標(biāo)判定：JAC<30 A/m2時(shí)，交流干擾程度為弱，可不采取交流干擾防護(hù)措施；30 A/m2100 A/m2時(shí)，交流干擾程度為強(qiáng)，干擾程度為中或強(qiáng)時(shí)，應(yīng)排查干擾來(lái)源，采取措施或提出建議消除干擾。

2.3 測(cè)試結(jié)果

管道交流電位分布曲線見圖2，管道交流電流密度分布曲線見圖3，典型測(cè)試點(diǎn)管道交流電位-時(shí)間曲線見圖4。測(cè)試結(jié)果顯示：測(cè)試管段存在明顯的交流干擾，且總體干擾程度相對(duì)較強(qiáng)，交流干擾程度統(tǒng)計(jì)見表1，干擾程度為強(qiáng)的測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)見表2。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在列車通過(guò)時(shí)段，管道交流電壓明顯增大，而列車通過(guò)后，管道交流電壓又保持相對(duì)平穩(wěn)，因此判斷干擾源為臨近的新石線交流電氣化鐵路。

圖2 管道交流電位分布Fig. 2 AC potential distribution of pipeline

3 排流設(shè)計(jì)

綜合考慮管道沿線的交流干擾程度、土壤電阻率、地形地貌及周邊環(huán)境等情況，本次排流工程以兼顧效率、經(jīng)濟(jì)為原則，采用固態(tài)去耦合器接地排流方式[3]，主要由排流接地體、排流引線、排流器等組成，

圖3 管道交流電流密度分布Fig. 3 AC current density distribution of pipeline

見圖5。干擾管段共安裝11處防護(hù)設(shè)施，分為兩期進(jìn)行安裝：第一期安裝10組，第二期根據(jù)第一期防護(hù)效果再安裝1組，具體位置及參數(shù)見表3。

4 效果評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

排流效果評(píng)價(jià)參照GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，在土壤電阻率不大于25 Ω·m的地方，管道交流干擾電壓低于4 V；在土壤電阻率大于25 Ω·m的地方，交流電流密度小于60 A/m2。

圖4 典型測(cè)試點(diǎn)(K200+494 m)管道交流電位-時(shí)刻曲線Fig. 4 AC potential of pipeline vs time curve of the typical test point (K200+494 m)

表1 交流干擾程度統(tǒng)計(jì)Tab. 1 Statistics of AC interference degree

表2 交流干擾程度為強(qiáng)的測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)
Tab. 2 Data of test points with strong AC interference degree

測(cè)試樁號(hào)測(cè)試點(diǎn)位置交流電位/V電流密度/(A·m-2)交流電流密度頻次比最大值平均值最大值平均值<3030～100>100261K186+491m88.438.591356.77131.805%43%52%262K187+530m79.118.931173.65132.486%42%52%275K196+510m81.0212.93600.9995.9110%52%38%277K198+464m99.7512.54832.85104.7014%46%40%278K199+485m82.3613.58717.70118.3411%44%45%280K200+494m86.3913.781062.19169.433%36%61%285K204+521m100.2411.43873.5199.6015%53%32%299K214+579m104.1414.491090.97150.354%45%51%303K217+552m100.6113.541121.78150.977%43%50%

圖5 固態(tài)去耦合器接地排流示意圖Fig. 5 Sketch map of electrical drainage by grounding using solid-state decoupler

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

4.2.1 管道交流電位對(duì)比

第一期防護(hù)設(shè)施安裝前后管道交流電位分布曲線見圖6，典型測(cè)試點(diǎn)管道交流電位曲線見圖7。檢測(cè)結(jié)果顯示：第一期排流設(shè)施安裝后，各測(cè)試點(diǎn)管道交流電位最大值及平均值均明顯減小，排流效果顯著，防護(hù)設(shè)施有效抑制了管道的交流干擾；僅在K189～K195管段交流電位平均值大于4 V，需在K194+396 m處安裝第二期的1組排流設(shè)施。

表3 干擾管段防護(hù)工程設(shè)計(jì)
Tab. 3 Protection engineering design of AC interference section

工期序號(hào)排流點(diǎn)位置(測(cè)試樁)固態(tài)去耦合器閥值范圍/V排流接地體材料數(shù)量鋪設(shè)方式周圍環(huán)境1K187+530m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地2K193+442m?50mm×5mm×2500mm無(wú)縫鋼管36立式農(nóng)田3K196+510m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地4K200+494m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地第一期5K204+521m-2～2?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地6K208+486m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地7K213+530m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式林地8K217+552m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地9K224+589m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地10K234+616m?50mm×5mm×7500mm無(wú)縫鋼管11臥式農(nóng)田+山地第二期11K194+396m?50mm×5mm×2500mm無(wú)縫鋼管36立式農(nóng)田

(a) 交流電位最大值

(b) 交流電位平均值圖6 第一期防護(hù)設(shè)施安裝前后管道交流電位分布對(duì)比Fig. 6 Comparison of maximum (a) and average (b) AC potential distributions of pipeline before and after installing safeguard of the first stage

4.2.2 防護(hù)效果評(píng)價(jià)

在兩期防護(hù)設(shè)施安裝后典型測(cè)試點(diǎn)處管道交流電位、電流密度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見4。由表4可見，測(cè)試管段沿線土壤電阻率小于25 Ω·m的測(cè)試點(diǎn)區(qū)域，典型測(cè)試點(diǎn)管道交流電位平均值都小于4 V；而土壤電阻率小于25 Ω·m的測(cè)試點(diǎn)區(qū)域，典型測(cè)試點(diǎn)管道交流電流密度平均值均小于60 A/m2。所有測(cè)試點(diǎn)均滿足管道交流干擾防護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的要求。

(a) 安裝前

(b) 安裝后圖7 第一期防護(hù)設(shè)施安裝前后典型測(cè)試點(diǎn)(K215+549 m)管道交流電位-時(shí)刻曲線Fig. 7 AC potential vs time curves of typical test point (K215+549 m) before (a) and after (b) installing safeguard of the first stage

5 結(jié)論與建議

(1) 當(dāng)長(zhǎng)輸管道與交流電氣化鐵路近距離并行或交越時(shí)，臨近埋地段管道會(huì)受到交流干擾影響，干擾程度與鐵路牽引電流大小、兩者位置關(guān)系等因素有關(guān)；受電氣化鐵路干擾的管道交流電位產(chǎn)生間隔性波動(dòng)，具有明顯的時(shí)間特征，與鐵路機(jī)車運(yùn)行時(shí)間相對(duì)應(yīng)。

表4 兩期防護(hù)設(shè)施安裝后典型測(cè)試點(diǎn)處管道交流電位、電流密度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
Tab. 4 Data statistics of pipeline AC potential and current density after 2 phase protection engineering(typical test points)

序號(hào)測(cè)試點(diǎn)位置土壤電阻率/(Ω·m)管道交流電位/V交流電流密度/(A·m-2)最大值最小值平均值最大值最小值平均值1K185+471m102.26.770.080.8314.930.181.832K187+534m15.28.040.030.72---3K194+396m58.311.930.021.8146.150.087.004K196+510m30.418.330.162.86135.971.1921.215K198+464m27.032.760.103.79273.530.8331.646K200+494m18.332.870.082.24---7K204+521m25.99.670.041.4684.270.3512.728K210+492m134.616.860.052.5428.230.084.259K213+530m47.617.150.032.3581.230.1411.1310K217+552m20.222.5102.35---11K229+598m25.89.680.090.8184.760.797.0912K235+616m24.26.320.351.49---

(2) 日東線排流工程結(jié)果表明，固態(tài)去耦合器接地排流是成熟的長(zhǎng)輸管道交流干擾防護(hù)方式，采用適當(dāng)規(guī)格的固態(tài)去耦合器,以及合理的接地材料和施工方式，排流效果顯著，可以有效抑制管道的交流干擾，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3) 日東線排流工程實(shí)踐過(guò)程中，總結(jié)出“邊施工邊測(cè)試邊調(diào)整”的工程經(jīng)驗(yàn)；可以采取分期施工方式，每期施工結(jié)束后開展防護(hù)效果測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案再進(jìn)行施工。

(4) 固態(tài)去耦合器接地排流設(shè)施在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中有可能會(huì)發(fā)生排流器斷路、接地極接地電阻過(guò)高、連接電纜斷線等故障，導(dǎo)致排流設(shè)施功能失效或性能降低，因此，應(yīng)定期對(duì)防護(hù)設(shè)施進(jìn)行維護(hù)管理[4]。

[1] 沈光霽,姜有文,王猛善,等. 閥室管道雜散電流干擾分析研究[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2014,26(1):92-94.

[2] NACE SP0177-2007 Standard practice mitigation of alternating current and lighting effects on metallic structures and corrosion control systems[S].

[3] 茅斌輝,王勝炎,胡士信,等. 強(qiáng)電線路下的陰極保護(hù)管道交流干擾防護(hù)措施[J]. 腐蝕與防護(hù),2015,36(3):281-285.

[4] NACE SP0169-2013 Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systems[S].

AC Interference of Electric Railway with Long Transmission Pipeline and Protection

SHEN Guang-ji1, ZHAO Jian-tao2, LIU Zhen-bin2, WANG Jian-xin2, WANG Hong-lin2

(1. Shenyang Longchang Pipeline Inspection Center, Shenyang 110034, China;2. PetroChina Shandong Oil Transportation Co., Ltd., Rizhao 276800, China)

The traction power supply system of the electrified railway is based on 25 kV AC-mode of single phase operating frequency (50 Hz) in China. When long distance pipelines and electrified railways are parallel or cross closely, electric railways produce AC interference in different degrees with adjacent buried pipelines by resistive coupling, which increases the risk of pipeline corrosion. The electrical drainage by grounding using solid-state de-couplers is a domestic popular protection method for AC interference in recent years. The electrical drainage engineering practice of Rizhao-Dongming oil pipeline shows that a proper solid-state de-coupler, correct ground material and reasonable construction could inhibit AC interference with pipeline effectively, which fully meets the requirements of relevant standards.

pipeline; electric railway; AC interference; solid-state de-coupler; electrical drainage

2015-08-21

沈光霽(1984-)，工程師，碩士，主要從事管道腐蝕檢測(cè)與防護(hù)技術(shù)工作，18602484842，1150984611@qq.com

10.11973/fsyfh-201612013

TG174.41

A

1005-748X(2016)12-1010-05