鐘榮權(quán)

摘要：近年來(lái)，隨著高壓長(zhǎng)距離輸電網(wǎng)絡(luò)及配電網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越密集、電氣化鐵路網(wǎng)和城市直流軌道交通系統(tǒng)的不斷建設(shè)，雜散電流干擾和腐蝕問(wèn)題越發(fā)突出，對(duì)管道安全運(yùn)行構(gòu)成重大威脅，如何檢測(cè)分析管道雜散電流，制定相應(yīng)的解決措施是每個(gè)管道技術(shù)人員必備的技能。

關(guān)鍵詞：雜散電流;陰極保護(hù);排流保護(hù);交流干擾;直流干擾;腐蝕

管道運(yùn)輸業(yè)是繼鐵路、公路、水運(yùn)、航空運(yùn)輸之后的第五大運(yùn)輸業(yè)，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起著十分重要的作用，管道運(yùn)輸具有運(yùn)量大、占地少、安全可靠、連續(xù)性強(qiáng)、能耗低等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。截至2020年底，我國(guó)油氣管道總里程達(dá)到16.5萬(wàn)公里，至2025年，我國(guó)長(zhǎng)輸管道總里程預(yù)計(jì)將超24萬(wàn)公里。

油氣長(zhǎng)輸管道通常采用的是低碳類(lèi)管線鋼，在土壤、潮濕大氣、水和海洋等腐蝕性環(huán)境中，易發(fā)生腐蝕，損害管道結(jié)構(gòu)和性能。為防止管道腐蝕，延長(zhǎng)管道使用壽命，管道須施加陰極保護(hù)，就是給管道金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。

一、長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)方式

實(shí)現(xiàn)管道陰極保護(hù)有兩種方式，即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

（1）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型或處于低土壤電阻率環(huán)境下的短距離管道。

（2）外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬，使其陰極極化，被保護(hù)體與外加電源的負(fù)極相連，由外加電源通過(guò)與其正極相連的輔助陽(yáng)極地床向被保護(hù)金屬提供陰極保護(hù)電流。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的管道。

二、雜散電流干擾影響

雜散電流是指在設(shè)計(jì)或規(guī)定回路以外流動(dòng)的電流。它在土壤中流動(dòng)，且與被保護(hù)管道系統(tǒng)無(wú)關(guān)。該電流從管道的某一點(diǎn)位進(jìn)入管道，該點(diǎn)稱(chēng)為陰極，電流沿管道流動(dòng)一段距離后，又從管道另一點(diǎn)流出，該點(diǎn)稱(chēng)為陽(yáng)極，此處管道產(chǎn)生陽(yáng)極氧化，發(fā)生雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕，陽(yáng)極腐蝕嚴(yán)重。埋地管道雜散電流干擾主要有直流電流干擾、交流電流干擾和大地電流干擾三種。常見(jiàn)直流電流干擾源有直流電氣化鐵路、有軌電車(chē)、電解工廠的直流電源、直流高壓輸電系統(tǒng)、通信基站、施工中所使用的電焊機(jī)及被保護(hù)管道外的其他陰極保護(hù)系統(tǒng)等。常見(jiàn)交流干擾源有交流輸配電線路、交流輸電線路變電站和交流電氣化鐵路等。

三、雜散電流檢測(cè)判斷

（一）直流雜散電流判斷準(zhǔn)則

1.對(duì)在設(shè)計(jì)階段的新建管道可采用管道兩側(cè)的土壤直流電位梯度判斷，當(dāng)土壤直流電位梯度>0.5mV/m時(shí)，確認(rèn)存在直流雜散電流;當(dāng)土壤電位梯度≥2.5mV/m時(shí)，應(yīng)評(píng)估管道敷設(shè)后可能受到的直流干擾影響，根據(jù)評(píng)估結(jié)果預(yù)設(shè)干擾防護(hù)措施。

2.對(duì)已建管道采用在沒(méi)有陰極保護(hù)電流時(shí)管地電位相對(duì)于自然電位的偏移值進(jìn)行判斷，當(dāng)任意點(diǎn)上的管地電位相對(duì)于自然電位正向或負(fù)向偏移超過(guò)20mV，應(yīng)確認(rèn)存在直流干擾;當(dāng)任意點(diǎn)上管地電位相對(duì)于自然電位正向偏移≥100mV時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取干擾防護(hù)措施。

（二）交流雜散電流判斷準(zhǔn)則

當(dāng)管道上的交流干擾電壓不高于4V時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施;高于4V時(shí)，采用交流電流密度進(jìn)行評(píng)估，交流干擾程度的判斷指標(biāo)應(yīng)符合下表的規(guī)定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50698-2011 規(guī)定，交流電流密度計(jì)算公式如下：

當(dāng)交流干擾程度判定為“強(qiáng)”時(shí)，應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施;判定為“中”時(shí)，宜采取交流干擾防護(hù)措施;判定為“弱”時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

四、雜散電流干擾檢測(cè)分析治理案列解析

某條投運(yùn)5年長(zhǎng)輸管道有段站間距長(zhǎng)120km，在距上游站30km前后存在陰保電位不達(dá)標(biāo)，內(nèi)檢測(cè)管道有38%-44%的局部金屬腐蝕，兩端站場(chǎng)設(shè)置有陰極保護(hù)站，分別為1用1備，每月1日切換，每天記錄兩次運(yùn)行數(shù)據(jù)。為摸清管道遭受雜散電流干擾影響，開(kāi)展了恒電位儀運(yùn)行記錄檢測(cè)、陽(yáng)極地床接地電阻測(cè)試、絕緣接頭性能測(cè)試、管道沿線測(cè)試樁處電位測(cè)試、直流雜散電流干擾測(cè)試、土壤電阻率測(cè)試、交流雜散電流干擾測(cè)試，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)分析判斷該段管道存在直流干擾，且直流干擾流出點(diǎn)為30#、36#附近，并制定了相應(yīng)的整治措施。具體檢測(cè)分析如下：

1.直流雜散電流干擾測(cè)試

對(duì)段間部分管道測(cè)試樁處進(jìn)行管道的直流雜散電流專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)，直流雜散電流專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)包括：管道24小時(shí)通/斷電電位、直流電流密度測(cè)試。

（1）本次測(cè)試極化試片優(yōu)先采用6.5cm2極化試片，首先將極化試片埋設(shè)在管道附近，試片安裝于管道中心線以下，距離管道100～300mm，并澆水，然后將試片或探頭與管道用電纜相連，并充分極化24小時(shí)。

（2）試片充分極化后，在管道與試片或探頭的中間串接數(shù)據(jù)記錄儀。

（3）通斷周期設(shè)置：信號(hào)斷路器的通斷周期一般選為周期10s，斷電1s。

（4）萬(wàn)用表和數(shù)據(jù)記錄儀直流通道的正極連接管道，另一端連接參比電極。如萬(wàn)用表和數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)一致，則可摘除萬(wàn)用表。

（5）數(shù)據(jù)記錄儀的采集頻率的設(shè)置：數(shù)據(jù)采集頻率一般為1s采集1個(gè)數(shù)據(jù)。

（6）測(cè)試時(shí)間：大于20小時(shí)。

2.交流雜散電流干擾專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試

對(duì)于管道上存在持續(xù)交流干擾電壓的區(qū)域，進(jìn)行交流干擾的專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試。交流干擾專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)包括：長(zhǎng)時(shí)間交流電壓測(cè)試，交流電流密度測(cè)試。

長(zhǎng)時(shí)間交流電壓測(cè)試

長(zhǎng)時(shí)間交流干擾電壓測(cè)試，利用數(shù)據(jù)記錄儀，設(shè)置儀器的數(shù)據(jù)記錄頻率為1s和記錄時(shí)間為24小時(shí)，記錄管道的交流電壓。

數(shù)據(jù)記錄儀的采集頻率的設(shè)置：數(shù)據(jù)采集頻率一般為1s采集1個(gè)數(shù)據(jù)。

測(cè)試時(shí)間：大于20小時(shí)。

（2）交流干擾電流密度測(cè)試

對(duì)于管道上存在持續(xù)交流干擾電壓的區(qū)域，采用試片法測(cè)試交流電流密度，其中電流密度可采用交流感應(yīng)電壓和土壤電阻率計(jì)算，也可通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀uDL2直流測(cè)試通過(guò)試片的電流量，兩種方法對(duì)比，以較保守的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

3.數(shù)據(jù)分析

對(duì)該段管道的通電電位和自然電位作圖分析，通過(guò)數(shù)據(jù)圖發(fā)現(xiàn)：

（1）27#～31#、35#樁通電電位相對(duì)偏正，30#樁通電電位最正為-0.63V（相對(duì)CSE，以下同）

（2）27#～36#樁段管道測(cè)試樁處自然電位偏正，最大值出現(xiàn)在36#處。

（3）測(cè)試樁處自然電位測(cè)試

對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析后，在兩端恒電位儀停機(jī)24-48小時(shí)后進(jìn)行26#～40#樁管道自然電位、試片自然電位和土壤電阻率測(cè)試。通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)試可得，該段30#、36#樁管道自然電位偏正，存在雜散電流流出點(diǎn)。

（4）通過(guò)交流電壓和交流電流密度進(jìn)行評(píng)價(jià)，該段管道交流電流密度均小于30A/m2，根據(jù)GB/T50698-2011進(jìn)行評(píng)價(jià)，交流干擾判斷為“弱”，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

（5）管道缺陷點(diǎn)查找

通過(guò)雷迪8000檢測(cè)儀檢漏查找，一般3～5步插入一次A字架，500米管道共查找管道防腐層漏點(diǎn)100余處，每處防腐層漏點(diǎn)處存在不同程度的金屬腐蝕。

綜上分析：該段管道存在直流電流干擾，交流電流干擾弱，且直流干擾流出點(diǎn)在30#、36#樁附近，電位欠保護(hù)，通過(guò)管道防腐層修補(bǔ)后，該段30#樁電位仍然不達(dá)標(biāo)。整治措施為在30#、36#樁附近設(shè)置采用犧牲陽(yáng)極組作為直流干擾排流地床。依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，30#處土壤電阻率為138.16Ωm，36#處土壤電阻率為 94.2Ω m，排流地床選用鎂錳型鎂合金犧牲陽(yáng)極，每組陽(yáng)極 20 支，埋設(shè)于管道兩側(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]田中山，路民旭等.成品油管道腐蝕控制技術(shù)及應(yīng)用 科學(xué)出版社，2021.2

[2]GB/T21447-2018.鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范

[3]GB50991-2014.埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[4]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)