孫芳芳 茹曉哲 王宏武 張軒軻 胡炎興 馬偉平

1中油管道建設工程有限公司

2中國石油新疆油田分公司采氣一廠

3中國石油青海油田分公司管道輸油處

4中國石油新疆油田分公司油氣儲運公司

5中國石油管道科技研究中心

近年來，我國長輸油氣管道實現(xiàn)跨越式發(fā)展[1]，但長輸管道與高壓輸電線路、鐵路并行和交叉敷設的安全問題日益突出[2]。影響管道交流腐蝕的主要因素有感應的交流電壓、裸露金屬上的交流電流密度、管道直流電流的極化程度、防腐層破損點尺寸、周圍的土壤電阻率和周圍的土壤化學成分[3]。例如忠武輸氣管道宜昌—武漢段、武漢—黃石支線與三峽水電站外輸?shù)亩鄺l500 kV 高壓輸電線路存在并行和交叉問題，管-地電位出現(xiàn)大幅度波動（最高達到-230 mV），交流電壓也達到20 V[4]。輸電線路會對埋地金屬管道產生較強的交流干擾腐蝕，輸電線路故障所造成的瞬態(tài)高感應電壓可能擊穿管道防腐層，毀壞陰極保護系統(tǒng)設備，并對操作人員人身安全造成威脅[5]。隨著750 kV 和1 000 kV特高壓輸電線路技術的應用，對管道設計和安全運行運營提出了更高的要求[6]。

國外基于大量實驗、現(xiàn)場測量、案例分析和工程應用的實踐經驗，制定了管道交、直流干擾防護的系列標準，其中較有代表性的是歐洲標準EN 15280—2013[7]。新版的EN 15280—2013 在交流腐蝕判定準則、測試點選擇、減緩措施等方面進行了修訂。

1 國內外標準

國家標準GB/T 50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》，2011版修訂了交流腐蝕的識別、評估、調查與測試、監(jiān)測等方面內容，以及減輕交流電和雷電對管道腐蝕控制系統(tǒng)影響的防護技術。

歐洲標準EN 15280—2013《Evaluation of A.C.Corrosion Likelihood of Buried Pipelines Applicable to Cathodically Protected Pipelines/埋地陰極保護管道交流腐蝕可能性評估》，由歐洲標準化委員會CEN/TC 219“陰極保護技術委員會”制定，上一版本是CEN/TS 15280—2006。該標準適用于受交流牽引系統(tǒng)和交流輸電線路影響的埋地管道（頻率在16.7～60 Hz），研究了由交流電力系統(tǒng)的感應、傳導和耦合作用導致的干擾腐蝕及其影響的容許極限，規(guī)定了評價交流干擾可能性相關的測試技術，減緩交流腐蝕系統(tǒng)投運的措施。

2 陰極保護人員資質要求

歐洲標準EN 15280 規(guī)定從事陰極保護系統(tǒng)的設計、安裝監(jiān)理、投運、操作監(jiān)督、測量、監(jiān)控以及維修監(jiān)督的人員應具備完成任務所要求的能力。歐洲標準EN 15257—2007《陰極保護人員能力水平認證》給出了評價陰極保護人員的適用方法，陰極保護人員宜遵循EN 15257 或其他同等程序取得資質證書。

國家標準GB/T 21447 未規(guī)定陰極保護人員資質要求。GB/T 21448規(guī)定應在有資格的腐蝕工程師或具有實踐經驗的腐蝕專家指導下使用陰極保護。GB/T 50698規(guī)定從事交流干擾和雷電影響的防護設施安裝、調試、測試、維修的人員應受過電氣安全培訓，并掌握相關電氣安全知識。

我國標準針對陰極保護人員資質要求不如歐洲標準EN 15280 嚴格，歐洲還制定了專門的評價陰極保護人員能力水平的標準EN 15257，具有借鑒意義。

3 管道設計階段交流腐蝕評估

GB/T 50698規(guī)定在路徑受限區(qū)域，設計時應充分考慮管道可能受到的交流干擾，并對管道上可能產生的交流腐蝕和對腐蝕控制系統(tǒng)的影響程度進行分析和評估。

歐洲標準EN 15280 規(guī)定應根據(jù)EN 50443—2011《由于高壓交流牽引系統(tǒng)和輸電線路對管道造成的電磁干擾影響》，采用數(shù)學模型計算干擾水平，結合現(xiàn)場測試結果，以確定為保持接觸電壓在可接受安全水平所需的接地要求。計算結果也用來確定降低交流腐蝕所需的電壓，同時作為實施減緩措施的依據(jù)。

我國標準針對管道設計階段交流腐蝕評估僅為原則性規(guī)定。歐洲制定了專門評估交流腐蝕影響的標準EN 50443，綜合利用數(shù)學模型和現(xiàn)場測試確定交流腐蝕影響，并作為設計、實施減緩措施的依據(jù)，理念更為合理，具有借鑒意義。

GIS使現(xiàn)狀的空間位置與屬性相對應，并進行可視化表達，實現(xiàn)信息的快速查詢與分析，使管廊規(guī)劃更具科學性，同時提高設計與管理的工作效率。多規(guī)統(tǒng)籌，GIS緩沖區(qū)分析和疊合分析，配合因子權重和專家打分機制，使空間耦合，確定合理規(guī)劃方案[2]。管廊布置方案規(guī)劃如圖3所示。

4 交流腐蝕判定準則

4.1 我國標準交流腐蝕判定準則

國家標準GB/T 21447 規(guī)定交流電對高性能防腐層埋地管道的干擾可按15 V 交流開路電壓進行判定，在有安全防護措施的情況下，判斷標準可適當放寬。

國家標準GB/T 50698 規(guī)定當管道上的交流干擾電壓不高于4 V 時，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V 時，應采用交流電流密度進行評估。管道受交流干擾程度的判斷準則見表1。當交流干擾程度判定為“強”時，應采取交流干擾防護措施；判定為“中”時，宜采取交流干擾防護措施；判定為“弱”時，可不采取交流干擾防護措施。

4.2 歐洲標準交流腐蝕判定準則

歐洲標準EN 15280 使用多種指標對交流腐蝕可能性及風險進行綜合評價。

（1）交流電壓。根據(jù)大量交流腐蝕案例數(shù)據(jù)，并考慮了不同國家預防控制交流腐蝕的差異性，EN 15280—2013 版修改了判定管道是否存在交流干擾的準則，準則考慮了兩種不同的情形：①管道在“低”通電電位（正于-1.2 V，相對飽和硫酸銅電極）時，允許交流電壓達到15 V；②管道在“高”通電電位（負于-1.2 V，管道存在雜散電流干擾）時，要求將交流電壓降至最低允許水平。

（2）交流電流密度。歐洲標準EN 15280 使用交流電流密度參數(shù)評價交流腐蝕的可能性準則：交流電流密度低于30 A/m2時，不會發(fā)生交流腐蝕或者發(fā)生交流腐蝕的可能性較小；交流電流密度介于30～100 A/m2之間時，發(fā)生交流腐蝕的可能性為中等；交流電流密度大于100 A/m2時，發(fā)生交流腐蝕的可能性很高。

（3）交流電流密度Iac/直流電流密度Idc比值。歐洲標準EN 15280 提出根據(jù)交流電流密度Iac和直流電流密度Idc之比評估管道交流干擾腐蝕風險：Iac/Idc＜5，交流腐蝕可能性低；Iac/Idc＝5～10，存在交流腐蝕的可能性，需要結合極化特性、防腐層缺陷面積、土壤電阻率等陰極保護參數(shù)確定；Iac/Idc＞10，交流腐蝕可能性高，需要采取腐蝕減緩措施。

（4）土壤電阻率。歐洲標準EN 15280 規(guī)定土壤電阻率與發(fā)生交流腐蝕風險的經驗關系為：電阻率低于25 Ω·m，極高風險；電阻率介于25～100 Ω·m 之間，高風險；電阻率介于100～300 Ω·m之間，中等風險；電阻率大于300 Ω·m，低風險。EN 15280 還規(guī)定了不同土壤電阻率條件下交流干擾電壓對管道的影響程度：管道附近局部土壤電阻率大于25 Ω·m時，交流干擾電壓不應超過10 V；當局部土壤電阻率小于25 Ω·m時，交流干擾電壓不應超過4 V。

4.3 中歐交流腐蝕判定準則差異

歐洲標準EN 15280 認為埋地金屬管道的交流干擾源主要是高壓交流輸電線路和高壓交流牽引系統(tǒng)，在低電阻率土壤區(qū)域采用單一交流電流密度評估，以及在高電阻率土壤區(qū)域采用單一交流干擾電壓評估，均存在一定的局限性。因為交流干擾電壓與多種參數(shù)有關，如輸電線路電壓等級、輸電線路相導體和接地體的配置、輸電線路與管道的距離、交流輸電線路相導體的電流、管線涂層平均電阻、涂層厚度和土壤電阻率[10]。因此，歐洲標準EN 15280 指出交流腐蝕復雜多變，不應使用單一閾值，應使用多種指標（電壓、電流、電流比值和土壤電阻率等）對交流腐蝕可能性及風險進行綜合評價，其相對國內標準更為全面、合理。

5 交流腐蝕減緩效果評估

5.1 我國標準交流腐蝕減緩效果評估準則

國家標準GB/T 50698 規(guī)定管道交流腐蝕防護應遵循以下兩點：

（1）土壤電阻率不大于25 Ω·m的區(qū)域，管道交流干擾電壓低于4 V；土壤電阻率大于25 Ω·m 的區(qū)域，交流電流密度小于60 A/m2。

（2）管道上的持續(xù)干擾電壓和瞬間干擾電壓應低于陰極保護系統(tǒng)設備和測試樁的抗工頻干擾電壓和抗電強度指標，并滿足安全接觸電壓的要求。

5.2 歐洲標準交流腐蝕減緩效果評估準則

歐洲標準EN 15280 規(guī)定應實施管道交流腐蝕減緩措施，以降低至可接受水平，具體為：

（1）第一步，將管線上的交流電壓降至目標值，宜小于等于15 V，該值為在代表性時間期段內（如24 h）測量的均方根平均值。

（2）第二步，按照歐洲標準EN 12954—2001《埋地或水下金屬結構的陰極保護——一般原則和在管道中的應用》實施交流腐蝕減緩措施，應符合下列要求：①在代表性時間段內（如24 h），使1 cm2的檢查片或探頭上的交流電密度均方根平均值小于30 A/m3；②如交流電流密度高于30 A/m3時，在代表性時間段內，使1 cm2的檢查片或探頭上保持平均陰極電流密度低于1 A/m3；③在代表性時間段內，保持交流電流密度和直流電流密度之比小于5。

此外，歐洲標準EN 15280 指出，電流密度比值在3～5 之間，表明發(fā)生交流腐蝕風險較低。為了最大程度降低腐蝕風險，最好保證電流密度比值小于3。測量腐蝕速率也可證明交流腐蝕減緩措施的有效性。

5.3 中歐交流腐蝕減緩效果評估準則差異

我國標準交流腐蝕減緩效果評估中，交流干擾電壓和交流電流密度是并列關系，即優(yōu)先級是相同的，滿足其一即可。交流干擾電壓可接受水平為不能影響陰極保護系統(tǒng)設備電氣安全，以及滿足人員安全接觸電壓。

歐洲標準EN 15280 交流腐蝕減緩效果評估中，交流干擾電壓優(yōu)先級最高，即首先降低交流干擾電壓，其次是交流電流密度，這體現(xiàn)了“以人為本”“生命至上”的理念。此外考慮管道交流腐蝕受多種因素影響，分別規(guī)定了交流電流密度、陰極保護電流密度和Iac/Idc比值應滿足規(guī)范的要求。該理念更為合理、全面，避免了使用單一參數(shù)評價交流腐蝕減緩效果的局限性，也為制定交流腐蝕減緩措施提供了多種選擇，具有靈活性。

6 交流腐蝕測試點選擇原則

國家標準GB/T 50698 將交流腐蝕測試分為普查測試和詳細測試兩種類型，分別規(guī)定了普查測試點選定的原則，以及詳細測試的時間頻率要求。普查測試點應選在與干擾源接近的管段，間隔宜為1 km，宜利用現(xiàn)有測試樁；與高壓交流輸電線路接近的管段，各點測試時間不短于5 min；與交流電氣化鐵路接近的管段，測試宜選擇在列車運行的高峰時間段上。

歐洲標準EN 15280 規(guī)定交流腐蝕測試應結合陰極保護有效性測試，即定期測量測試樁的交流電壓。在疑似存在交流腐蝕的區(qū)域應進行必要的測試，應選擇的測試點包括：①土壤電阻率較低（例如低于25 Ω·m）的區(qū)域；②套管填充有較低電阻率物質（如膨潤土）的區(qū)域；③存在最高交流電干擾水平的區(qū)域；④先前發(fā)生過交流腐蝕的區(qū)域；⑤局部直流極化條件有利于交流腐蝕的區(qū)域，如存在直流雜散電流干擾的陰極區(qū)，或存在較高陰極保護水平的區(qū)域；⑥內檢測工具已探測到外部金屬損失的區(qū)域。

針對交流腐蝕測試點，我國標準為原則性規(guī)定，例如接近干擾源，利用現(xiàn)有的測試樁。歐洲標準EN 15280 強調了在交流腐蝕高風險區(qū)域進行測試，例如較低土壤電阻率土壤區(qū)域；此外還考慮管道運行歷史和現(xiàn)狀因素，例如已發(fā)生交流腐蝕的區(qū)域以及內檢測確定的腐蝕區(qū)域。研究表明，輸電線路、鐵路交通產生的電流是動態(tài)變化的，應用常規(guī)的管-地電位梯度法不能檢測雜散電流的規(guī)律和危害程度[11]。因此歐洲標準EN 15280規(guī)定的交流腐蝕測試點選擇原則更為全面、合理，具有借鑒意義。

7 交流腐蝕減緩措施

我國管道采用的交流腐蝕減緩措施包括電屏蔽、接地網、管道等電位跨接、分布式陽極、套管、絕緣接頭、絕緣短接、接地電池和極化電池等其他措施[12]。在可能受到交流干擾影響的管道裸露部分進行切割、換管或防腐層修復時，應確定管-地交流電壓或電流，如超過人員安全接觸電壓限值應采取防護措施，并在切割點或待拆除管段上做好等電位跨接。

歐洲標準EN 15280 規(guī)定根據(jù)實際情況和經濟條件采取適宜的施工和操作措施，施工措施包括改變墊層材料、安裝絕緣接頭和輸電線路調整優(yōu)化，操作措施包括接地、陰極保護系統(tǒng)調整、修復涂層缺陷等。

針對交流腐蝕減緩措施，中歐標準基本一致。值得指出的是，我國國家標準、管道標準和電力行業(yè)標準均規(guī)定了埋地管道與輸電線路的安全距離，而新版的歐洲標準EN 15280 刪除了埋地管道與輸電線路的安全距離的章節(jié)，其更傾向于通過增大管道與輸電線路之間的距離減緩交流干擾的影響。

8 結論

國家標準GB/T 50698 是基于多年來我國管道交流干擾腐蝕防護工程在設計、施工和維護方面的實踐經驗基礎上制定的，為應對長輸管道與輸電線路日益嚴峻的安全問題，GB/T 50698 應充分吸收、借鑒歐洲標準EN 15280 等國外標準的先進經驗和新修訂信息，提高標準的技術水平。

（1）制定從事管道陰極保護工作特別是管道交流腐蝕干擾工作的人員資質認證標準。

（2）在管道設計階段通過數(shù)學模型和現(xiàn)場測試確定交流腐蝕影響，并作為管道設計、實施減緩措施的依據(jù)。

（3）應使用多種指標參數(shù)（例如交流電壓，電流密度，交、直流電流密度比值和土壤電阻率等），對交流腐蝕可能性及風險進行綜合評價。

（4）交流腐蝕減緩效果評估原則是首先降低交流干擾電壓，其次是降低電流密度。

（5）確定交流腐蝕測試點，除了應在交流腐蝕高風險區(qū)域，還應考慮管道運行歷史、現(xiàn)狀和內檢測數(shù)據(jù)等因素。

（6）如條件允許（例如在人口密度較低的地區(qū)），在管道設計階段盡可能增大管道與輸電線路之間的距離，以減緩交流干擾的影響。