齊光峰 劉海波 楊 超 王 凱 王凱月

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術(shù)檢測中心，山東 東營 257000）

0 引言

雜散電流是指在規(guī)定回路以外流動(dòng)的電流，雜散電流一旦在埋地管道中形成或通過防腐層破損點(diǎn)流入，當(dāng)從另一破損點(diǎn)流出時(shí)就會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕影響，而這種腐蝕的速率是自然腐蝕的幾十倍甚至上百倍[1]，同時(shí)會(huì)減弱陰極保護(hù)作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的輸油氣管道80%的腐蝕穿孔事故是由雜散電流腐蝕引起的[2]。因此，對(duì)埋地管道雜散電流干擾的檢測與評(píng)價(jià)，是管道外檢測的重要內(nèi)容。因此本文通過數(shù)值模擬方法對(duì)管道周圍雜散電流電磁場進(jìn)行模擬分析，可了解管道受雜散電流影響程度和分布情況，為管道的排流防護(hù)提供科學(xué)的決策依據(jù)，以最大限度地減少雜散電流對(duì)管道的危害。

1 參數(shù)設(shè)置

本文使用Ansoft軟件中的Maxwell模塊進(jìn)行埋地管道仿真，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下。

（1）空氣的參數(shù)設(shè)置：空氣的電導(dǎo)率為0siemens/m、相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)介電系數(shù)為1.0。

（2）管道的參數(shù)設(shè)置：管道的相對(duì)電阻率為10、相對(duì)磁導(dǎo)率為300，外徑89 mm、壁厚10 mm。

（3）土壤的參數(shù)設(shè)置：大地的電阻率為100Ω·m、相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)介電系數(shù)為1.0。

（4）雜散電流參數(shù)：為管道施加10A的電流源激勵(lì)，方向設(shè)置為正向，即垂直于紙面向里。

2 結(jié)果與討論

2.1 埋深

建立單根金屬導(dǎo)管在土壤介質(zhì)中的電磁場仿真模型，控制管道的尺寸、深度、土壤介質(zhì)參數(shù)施加的電流大小保持不變，改變管道的埋深深度，其中管道的埋深深度分別取0.8 m、1.0 m和1.2 m，分析仿真模型中地面的磁場變化，管道仿真模型周圍（土壤和地表面）的磁場感應(yīng)強(qiáng)度效果圖如圖1所示。

圖1 仿真的磁場感應(yīng)強(qiáng)度（B）的效果圖

表1為管道的埋深深度分別取0.8 m、1.0 m和1.2 m時(shí)，測量地表面高度1 m內(nèi)各點(diǎn)的磁場感應(yīng)強(qiáng)度（從管道外表面0~1 m，每隔0.1 m取一個(gè)點(diǎn)，總11個(gè)點(diǎn)）。從表中數(shù)據(jù)可以看出，在管道不同的埋深條件下，在給定電流干擾的條件下，相同的地下埋深電磁場強(qiáng)度相同，與深度成正比，形成的電磁場分布與管道的埋深無關(guān)。

表1 不同埋深（0.8 m、1.0 m和1.2 m）時(shí)地面各點(diǎn)磁場強(qiáng)度（B）的值

2.2 土壤電導(dǎo)率

土壤的電導(dǎo)率分別為0.01、0.1和1 seimens/m時(shí)，得出仿真模型中地面的磁場變化，結(jié)果如表2所示（從管道外表面0~1 m，每隔0.1 m取一個(gè)點(diǎn)，總共11個(gè)點(diǎn)）。從表中數(shù)據(jù)可以看出，在不同的土壤電導(dǎo)率下，地面的磁場感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)完全相同，因此地表面的磁場感應(yīng)強(qiáng)度（B）完全不受土壤電導(dǎo)率的影響。

表2 不同電導(dǎo)率（0.01、0.1和1 seimens/m）下地面各點(diǎn)磁場強(qiáng)度（B）的值

2.3 兩根平行導(dǎo)管不同間距

為了探究不同的金屬管道流過雜散電流時(shí)，它們之間相互影響對(duì)周圍電磁場干擾的規(guī)律，于是建立了兩根通入電流的平行金屬管道，其他影響因數(shù)保持不變，在相距不同的距離時(shí)的仿真模型。仿真模型中，其中兩根管道的距離分別為0.2 m、0.5 m和1 m，仿真模型管道的磁場感應(yīng)強(qiáng)度效果圖如圖2所示。

圖2 兩根平行導(dǎo)管不同距離條件下的磁場感應(yīng)強(qiáng)度（B）的效果圖

表3為兩根平行管道的間距不同時(shí)地面各點(diǎn)磁場強(qiáng)度（B）的值（從管道外表面0~1m，每隔0.1 m取一個(gè)點(diǎn)，總共11個(gè)點(diǎn)）。從表中數(shù)據(jù)可以看出，兩根通入同方向電流的平行管道相距不同距離時(shí)，地表面各點(diǎn)的磁場感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)存在差異，兩根管道越接近，管道正上方地面各點(diǎn)的磁場感應(yīng)強(qiáng)度就越大，反之磁場感應(yīng)強(qiáng)度的值越小。

表3 兩根平行管道的不同間距時(shí)地面各點(diǎn)磁場強(qiáng)度（B）的值

3 結(jié)論

本文通過數(shù)值模擬方法，對(duì)雜散電流在管道不同埋深、土壤電導(dǎo)率以及兩條平行管不同間距條件下雜散電流在核“地中磁場”中的分布變化，研究結(jié)果表明，管道埋深和土壤電導(dǎo)率對(duì)地中雜散電流形成的磁場強(qiáng)度無影響，而兩條管線的間距越小，管道上方的磁場強(qiáng)度越大。