(惠州市大亞灣華德石化有限公司，惠州 516081)

近年來，我國城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，地鐵總里程相應(yīng)增長。然而，在我國發(fā)達(dá)地區(qū)(華東區(qū)域、華南區(qū)域等)由于受到土地限制，埋地鋼質(zhì)管道不可避免會(huì)與地鐵鄰近或交叉。雜散電流會(huì)導(dǎo)致埋地鋼質(zhì)管道發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，一般集中于電阻小的局部位置，如防腐蝕層破損處，強(qiáng)度大，可使金屬溶解量大大增加，在短時(shí)間內(nèi)引發(fā)管道腐蝕穿孔。雜散電流的存在給城市埋地輸氣、輸油、輸水等金屬管線的安全運(yùn)行帶來了巨大隱患。

國內(nèi)于1988年開始提出埋地鋼質(zhì)管道與雜散電流排流與陰極保護(hù)技術(shù)[1]；于2000年前后開始研究直流雜散電流特別是地鐵造成的直流雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道造成干擾的機(jī)理、腐蝕問題和防護(hù)方法[2-5]；于2010年前后出現(xiàn)了地鐵直流雜散電流對(duì)埋地鋼質(zhì)管道特別是城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿涝斐筛蓴_的腐蝕防護(hù)案例[6-8]，但對(duì)地鐵開通前后埋地鋼質(zhì)管道受干擾情況的對(duì)比分析較少。本工作對(duì)地鐵開通前后，附近埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)電位的波動(dòng)和干擾規(guī)律進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取了防護(hù)措施，以期為受直流雜散電流干擾的埋地鋼質(zhì)管道的測(cè)試、評(píng)價(jià)和緩解防護(hù)提供新思路。

1 問題提出

某城市地鐵于2017年底投入運(yùn)營，經(jīng)過測(cè)算，地鐵軌道距離所研究的管道最近處不到800 m，并行長度約11 km。在地鐵投入運(yùn)營后，立即開展了受干擾段埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)電位的檢測(cè)和長期監(jiān)測(cè)，并與地鐵投運(yùn)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見表1，本文中所使用的參比電極均為Cu/飽和CuSO4參比電極(CSE)。

由圖1可見：地鐵運(yùn)營后，管道通電電位波動(dòng)幅度變大，波幅最大值達(dá)到6.37 V，而地鐵運(yùn)營前的管道通電電位波幅最大值僅為1.84 V，這說明2017年底前該段管道受較小的直流干擾，而新建地鐵運(yùn)營后該段埋地管道受到的直流干擾大大增加。

表1 地鐵投運(yùn)前后的管道通電電位Tab. 1 On-potential of the pipeline before and after the operation of subway V

圖1 地鐵運(yùn)營前后的管道通電電位波動(dòng)幅度Fig. 1 Fluctuation range of on-potential of pipeline before and after subway operation

為了進(jìn)一步研究地鐵對(duì)埋地鋼質(zhì)管道通電電位和斷電電位的影響，采用6.5 cm2圓柱形試片和數(shù)據(jù)記錄儀(uDL2)對(duì)距離地鐵最近的兩處測(cè)試樁7#和8#的電位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見圖2。

由圖2可見：7#和8#測(cè)試樁處的通電/斷電電位在夜間0∶00～5∶30時(shí)是平穩(wěn)的，而在其他時(shí)間段內(nèi)波動(dòng)劇烈，符合受地鐵直流雜散電流干擾的管道電位變化特征。同時(shí)查閱該地鐵運(yùn)營時(shí)間，地鐵停止運(yùn)行的時(shí)間段與測(cè)試樁處電位恢復(fù)平穩(wěn)的時(shí)間段基本吻合。

2 國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)

GB/T 21447—2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》中指出，在一般土壤和水環(huán)境中，無IR降陰極保護(hù)電位EIRFree，應(yīng)處于-0.85～-1.20 V，直流干擾防護(hù)措施及防護(hù)效果應(yīng)滿足GB 50991—2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定：已投運(yùn)陰極保護(hù)的管道，當(dāng)干擾導(dǎo)致管道不滿足最小保護(hù)電位要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取干擾防護(hù)措施。

(a) 測(cè)試樁7#

(b) 測(cè)試樁8#圖2 測(cè)試樁7#和8#處的電位監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig. 2 Potential monitoring results at piles 7# and 8#

采用數(shù)據(jù)記錄儀和試片，對(duì)受地鐵影響的管段進(jìn)行長時(shí)間斷電電位測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該段管道除通電電位劇烈波動(dòng)外，斷電電位亦劇烈波動(dòng)，波幅最大值達(dá)0.770 V，見表2。對(duì)于受直流雜散電流特別是動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾的管道，斷電電位亦劇烈波動(dòng)的情況，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)未能明確提出判斷其陰極保護(hù)達(dá)標(biāo)與否的標(biāo)準(zhǔn)[9]。

GB 50991—2014的附錄中，列出了澳大利亞國家標(biāo)準(zhǔn)《Cathodic protection of metals Part 1:Pipes and cables》AS2832.1—2004中關(guān)于受雜散電流干擾的埋地結(jié)構(gòu)的保護(hù)準(zhǔn)則，供使用者參考。

目前，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)更新至AS2832.1—2015，該標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于動(dòng)態(tài)直流干擾的評(píng)價(jià)如下：

在評(píng)價(jià)牽引電流的影響時(shí)，應(yīng)記錄足夠長時(shí)間的電位以確保所得數(shù)據(jù)包含最大程度的雜散電流影響。這個(gè)時(shí)間段包括早晚用電高峰，一般為20 h。如果用數(shù)據(jù)記錄儀監(jiān)測(cè)電位，采樣頻率應(yīng)每分鐘至少4次。受牽引電流影響構(gòu)筑物的陰極保護(hù)電位準(zhǔn)則根據(jù)構(gòu)筑物極化時(shí)間的不同而異。

表2 受地鐵影響管道的斷電電位測(cè)量結(jié)果Tab. 2 Measurement results of the off-potential of pipeline affected by the subway V

對(duì)于短時(shí)間極化的構(gòu)筑物，防腐蝕層性能良好的構(gòu)筑物或已證實(shí)對(duì)雜散電流的響應(yīng)為快速極化和去極化的構(gòu)筑物，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則(鋼鐵構(gòu)筑物電位為-850 mV )的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的5%；

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則+50 mV(鋼鐵構(gòu)筑物電位為-800 mV)的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的2%；

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則+100 mV(鋼鐵構(gòu)筑物電位為-750 mV)的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)時(shí)間的1%；

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則+850 mV(鋼鐵構(gòu)筑物電位為0 mV)的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的0.2%。

考慮到本次雜散電流的實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用AS2832.1—2015標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行直流干擾評(píng)價(jià)，并進(jìn)行效果評(píng)定。

3 直流干擾防護(hù)措施

GB50991—2014提出了四種直流排流保護(hù)方式，即直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流和接地排流?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用了接地排流方式作為該管道的直流干擾防護(hù)措施，采用在距離地鐵最近的7#和8#測(cè)試樁處埋設(shè)10支高電位鎂陽極和極性排流器的方式。

4 直流干擾防護(hù)效果評(píng)價(jià)

在防護(hù)措施施工完成后，利用數(shù)據(jù)記錄儀長時(shí)間監(jiān)測(cè)測(cè)試樁處的陰極保護(hù)電位，結(jié)果見圖3。采用AS2832.1—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流干擾防護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，直流干擾防護(hù)措施完工后，斷電電位正于-850 mV 數(shù)據(jù)百分比均小于5%，滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求，見表3。但通過數(shù)據(jù)仍可以看到，防護(hù)施工后斷電電位正于-850 mV的比例較多，考慮到后期地鐵機(jī)車頻次的增加會(huì)導(dǎo)致管道受干擾的強(qiáng)度增大，本工程將會(huì)繼續(xù)對(duì)強(qiáng)制排流的方式進(jìn)行研究。

表3 防護(hù)施工前后正于-850 mV的斷電電位百分比Tab. 3 The percentage of off-potential above -850 mV before and after protection construction

(a) 7#樁

(b) 8#樁圖3 防護(hù)施工后測(cè)試樁7#和8#處的電位監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig. 3 Potential monitoring results at piles 7# and 8# after protection construction

5 結(jié)論

(1)地鐵運(yùn)營后，附近埋地鋼質(zhì)管道的通電電位與運(yùn)營前的相比波動(dòng)加劇，斷電電位亦有較大波動(dòng)；

(2)鑒于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中未明確提出受動(dòng)態(tài)直流干擾管道斷電電位劇烈波動(dòng)的情形下，直流干擾評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，本工程借鑒采用AS2832.1—2015標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行直流干擾評(píng)價(jià)，并進(jìn)行效果評(píng)定；

(3)實(shí)施鎂陽極排流措施后，管道陰極保護(hù)水平明顯提升，可滿足AS2832.1—2015標(biāo)準(zhǔn)要求；

(4)建議國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)制定者，適時(shí)修訂GB 50991中的有關(guān)條款，增加有關(guān)直流干擾評(píng)定的描述；

(5)由于采取直流干擾排流措施后，兩處測(cè)試樁均存在斷電電位正于-850mV的情況，建議增加該處的監(jiān)測(cè)頻率，并在合適的時(shí)候增設(shè)強(qiáng)制排流措施進(jìn)行排流。