王 軍，吳 昀，張 響，杜艷霞，朱 敏，李自力

(1.浙江省白馬湖實(shí)驗(yàn)室有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江能源天然氣集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000；3.中國石油大學(xué)(華東) 儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580)

0 前 言

直流雜散電流主要由高壓直流輸電系統(tǒng)的接地極、陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極地床和地鐵等直流電流源產(chǎn)生，其加速了埋地管道的腐蝕，對(duì)管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅[1，2]。高壓直流輸電因具有輸送能力強(qiáng)、造價(jià)較低等眾多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，高壓直流輸電線路與埋地管道同處公共走廊的現(xiàn)象比較常見，當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，接地極在短時(shí)間內(nèi)能釋放大量電流，迅速抬高附近地電場。處于該電場的埋地管道防腐層和陰極保護(hù)設(shè)備可能被擊穿破壞，管道電位可能過高而威脅到管道工作人員的安全，強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得不到保證而影響管道正常運(yùn)行；由于管道并行或同溝敷設(shè)、油氣站場合建等帶來的陰極保護(hù)系統(tǒng)間的干擾，也加速了管道的腐蝕，給日常檢測及管理帶來諸多不便；由于地鐵長期處于運(yùn)行狀態(tài)，且多數(shù)時(shí)間為幾臺(tái)機(jī)車同時(shí)運(yùn)行，產(chǎn)生的地鐵動(dòng)態(tài)雜散電流導(dǎo)致管道中出現(xiàn)正、負(fù)極交替的復(fù)雜電位變化，使防護(hù)工作難度加大。因此，總結(jié)分析直流雜散電流對(duì)埋地管道的影響規(guī)律具有重要意義。

本文從直流雜散電流對(duì)金屬材料的腐蝕規(guī)律和對(duì)埋地管道的干擾影響兩個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)直流干擾下埋地管道腐蝕規(guī)律研究存在的不足進(jìn)行了探討，對(duì)未來的研究方向進(jìn)行了展望。

1 直流雜散電流對(duì)金屬材料的腐蝕規(guī)律

直流雜散電流按類型可以分為穩(wěn)態(tài)直流和動(dòng)態(tài)直流。Wang[3]對(duì)直流干擾下X70 鋼的極化特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明當(dāng)電流密度大于180 A/m2時(shí)，X70 鋼的電化學(xué)行為發(fā)生明顯改變。因此以下將大于180 A/m2的穩(wěn)態(tài)電流密度稱為穩(wěn)態(tài)大直流，反之稱為穩(wěn)態(tài)小直流。

1.1 穩(wěn)態(tài)小直流對(duì)金屬材料的腐蝕規(guī)律

1.1.1 電化學(xué)行為

穩(wěn)態(tài)小直流干擾下金屬材料的電化學(xué)行為研究相對(duì)成熟。研究者通過對(duì)直流干擾下金屬材料電位-時(shí)間曲線、極化曲線和交流阻抗譜的測試，得到腐蝕電位、腐蝕電流密度、塔菲爾斜率以及極化電阻等一系列電化學(xué)參數(shù)，進(jìn)一步表征出金屬材料的電化學(xué)行為。

譚錚輝等[4]對(duì)土壤中的Q235 鍍鋅扁鋼施加不同天數(shù)的50 A/m2恒定直流干擾，測試其電化學(xué)阻抗譜和弱極化曲線，與未施加直流干擾相比，Q235 鍍鋅扁鋼在直流干擾下的容抗弧更小，阻抗譜的擬合結(jié)果也顯示直流干擾下極化電阻值(結(jié)合層電阻與電荷轉(zhuǎn)移電阻之和)更小，表明直流干擾加速了Q235 鍍鋅扁鋼的腐蝕，由弱極化曲線擬合所得腐蝕電流密度也證實(shí)了這一點(diǎn)。在不同的干擾天數(shù)下，腐蝕電流密度呈現(xiàn)先快速減小后趨于穩(wěn)定的變化趨勢。這是由材料表面活性、含氧量以及腐蝕產(chǎn)物共同作用所致。當(dāng)達(dá)到平衡，就呈現(xiàn)出一個(gè)穩(wěn)定的腐蝕電流密度。

楊超等[5-7]基于三電極體系在土壤模擬溶液中施加0～2.5 A 的電流，對(duì)X65 鋼工作電極形成干擾電場以模擬雜散電流干擾。隨著干擾電場的加強(qiáng)，X65 鋼腐蝕電位先變正后變負(fù)，表面反應(yīng)電阻由于鈍化膜的形成與溶解表現(xiàn)出先增大后減小的變化，施加大于1 A的電流后，X65 鋼陽極與陰極塔菲爾斜率之比遠(yuǎn)大于1，腐蝕由陽極反應(yīng)控制。此外，楊超等還通過極化曲線研究了0～200 A/m2直流雜散電流對(duì)X65 鋼的影響，發(fā)現(xiàn)100 A/m2直流干擾(發(fā)生鈍化)除外，X65 鋼的腐蝕電位和腐蝕電流密度均隨著電流密度的增大而增大，腐蝕由陽極反應(yīng)控制。

張文博[8]研究了6 V 直流電不同干擾時(shí)間下(0 ～24 h)X70 鋼的電化學(xué)行為，不同干擾時(shí)間下測得的極化曲線形狀相似，自腐蝕電位和腐蝕電流均隨著時(shí)間的延長先增大后減小，其原因是腐蝕產(chǎn)物逐漸形成并堆積增加了界面電阻。不同干擾時(shí)間下的電化學(xué)阻抗譜的高頻和低頻區(qū)均出現(xiàn)容抗弧，低頻區(qū)容抗弧大小基本不變，而高頻區(qū)容抗弧大小呈無規(guī)律變化。

范玥銘[9]搭建室內(nèi)涂層破損模擬裝置，測試了涂層破損點(diǎn)及縫隙內(nèi)距破損點(diǎn)不同距離的測試點(diǎn)在0 ～10 V 直流干擾下的電位曲線、極化曲線和交流阻抗譜。研究發(fā)現(xiàn)直流干擾下縫隙內(nèi)金屬在不同陰極保護(hù)電位下的保護(hù)深度和腐蝕電流密度分別小于和明顯大于無干擾時(shí)。涂層破損點(diǎn)處陽極、陰極塔菲爾斜率之比隨干擾電壓的增大而增大，且都大于1，表明腐蝕是由陽極反應(yīng)控制?？p隙內(nèi)金屬的極化電阻隨干擾電壓的增大而減小，表明腐蝕速度增大。

曹阿林[10]研究了A3 鋼在土壤中直流雜散電流陰極極化下的剝離行為。陰極極化電流(40 ～120 A/m2)通過直流電源施加，陰極極化下A3 鋼電位負(fù)移，陰極反應(yīng)主要是析氫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)隨著陰極電流密度的增大，A3 鋼涂層剝離面積先增大后基本保持不變。崔艷雨等[11]搭建涂層剝離模擬裝置，對(duì)直流干擾1，5，9 d剝離點(diǎn)處的X80 鋼進(jìn)行電化學(xué)測試，干擾強(qiáng)度為0，1，2，3 V。研究表明不同剝離深度點(diǎn)處的腐蝕電流密度隨直流干擾強(qiáng)度的增大而增大。當(dāng)干擾強(qiáng)度為3 V時(shí)，腐蝕速度隨著剝離深度的增加而減小，隨著腐蝕時(shí)間的增加而增大。

此外，Wang 等[12]進(jìn)行了電化學(xué)測量和表面分析，研究了5～35 A/m2直流雜散電流和應(yīng)力對(duì)X80 鋼腐蝕的影響。Qian 等[13]發(fā)現(xiàn)施加0.1～10.0 A/m2直流雜散電流時(shí)，陽極和陰極區(qū)域鋼的陰極保護(hù)電位分別向正方向和負(fù)方向移動(dòng)。

1.1.2 腐蝕影響

直流雜散電流對(duì)金屬的腐蝕符合法拉第定律，金屬材料的腐蝕速率隨著干擾電流密度的增大而增大，腐蝕形式主要為點(diǎn)蝕。

余建飛等[14]將Q235 鋼試樣與直流電源正極相連，在鷹潭酸性土壤介質(zhì)中施加0 ～16 A/m2直流干擾，持續(xù)3 個(gè)星期。試樣發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕，腐蝕產(chǎn)物主要成分為Fe3O4和SiO2，結(jié)構(gòu)松散，已經(jīng)達(dá)不到保護(hù)試樣的效果。

李兆玲等[15]應(yīng)用失重法研究30 ～150 A/m2直流干擾電流對(duì)X65 鋼的腐蝕影響，同時(shí)改變土壤模擬溶液中氯離子濃度以研究影響雜散電流腐蝕的關(guān)鍵因素，結(jié)果證明隨著電流密度增大，X65 鋼的腐蝕速率和最大腐蝕坑深均隨之增大。隨著氯離子濃度增大，腐蝕速率幾乎不變，得出影響雜散電流腐蝕的關(guān)鍵因素是電流密度，與氯離子濃度無關(guān)。

祝酈偉等[16]利用直流電流源在含水率15.8%的土壤介質(zhì)中加載8 A 恒電流，2 個(gè)裸露面積為1 cm2的試片通過導(dǎo)線串聯(lián)放置在該土壤中，檢測到流過試片的電流僅有0.2～0.7 A。通電12 d 后，受到陽極干擾的試片腐蝕速率很大，是自然腐蝕的61 倍，而受到陰極干擾的試片得到了一定的保護(hù)，腐蝕速率只有自然腐蝕的16.7%，腐蝕產(chǎn)物為多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)X 射線衍射儀分析，主要成分為Fe2O3及Fe3O4。

曹阿林[10]通過電化學(xué)測試系統(tǒng)對(duì)X70、A3 和16Mn 鋼進(jìn)行動(dòng)電位掃描，模擬雜散電流干擾，掃描范圍-1.5～8.5 V，通過顯微鏡觀察雜散電流干擾后的腐蝕形貌，結(jié)果顯示3 種材料電極表面都產(chǎn)生黑色腐蝕產(chǎn)物，A3 鋼表面發(fā)生了點(diǎn)蝕。

范玥銘[9]在室內(nèi)模擬裝置研究破損點(diǎn)及縫隙內(nèi)距破損點(diǎn)不同距離的X80 鋼在0 ～10 V 直流干擾下的腐蝕形貌，發(fā)現(xiàn)當(dāng)干擾電壓大于5 V 時(shí)，縫隙內(nèi)各測試點(diǎn)X80 鋼表面出現(xiàn)很多點(diǎn)蝕坑，局部腐蝕比較嚴(yán)重。

有不少學(xué)者應(yīng)用分形理論研究直流雜散電流對(duì)金屬材料的腐蝕影響。王燕等[17]、王力偉等[18]的研究表明分形維數(shù)與腐蝕嚴(yán)重程度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，呈指數(shù)變化。應(yīng)用“盒子”維法計(jì)算直流干擾下Q235 鋼、X70 鋼腐蝕形貌的分形維數(shù)，分形維數(shù)隨干擾電流密度的增大而增大，表明腐蝕速率的增大，這也得到了浸泡試驗(yàn)的驗(yàn)證。

大多數(shù)研究者研究的雜散電流腐蝕介質(zhì)為土壤或者土壤模擬溶液，張明等[19]則研究了在SO2大氣介質(zhì)中Q235 鋼的直流雜散電流腐蝕行為，開展了室內(nèi)加速試驗(yàn)和戶外試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)直流電流對(duì)Q235 鋼SO2腐蝕影響較小。

1.2 穩(wěn)態(tài)大直流對(duì)金屬材料的腐蝕規(guī)律

目前針對(duì)穩(wěn)態(tài)大直流干擾下金屬材料腐蝕規(guī)律的研究較少，且主要集中在金屬材料腐蝕影響的研究，對(duì)金屬材料在穩(wěn)態(tài)大直流干擾下的電化學(xué)行為研究很稀缺。

在200 ～1 200 A/m2大直流對(duì)工作電極X70 鋼進(jìn)行干擾的同時(shí)，Wang 等[20]進(jìn)行了Tafel 極化曲線測試，結(jié)果表明E-I極化曲線是線性的，提出了線性擬合方法擬合直流干擾下Tafel 極化曲線的數(shù)據(jù)，建立了極化電阻Rp和電流密度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。X70 鋼的腐蝕電位隨著直流電流密度的增大而正移。用光學(xué)顯微鏡分析了鋼表面的變化，腐蝕形貌表明X70 鋼在直流干擾下發(fā)生了點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。

朱志平等[21]通過弱極化曲線測試、電化學(xué)阻抗譜測試和失重測試研究直流雜散電流和SO42-濃度對(duì)接地網(wǎng)材料在土壤的腐蝕行為，直流干擾強(qiáng)度為100，250，400 A/m2，電化學(xué)測試均在直流干擾30 d 后進(jìn)行。研究結(jié)果表明直流雜散電流的影響比SO42-更大，電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt和極化電阻RP均隨著SO42-濃度及直流干擾強(qiáng)度的增大而減小。

宋吟蔚[22]在室內(nèi)試驗(yàn)裝置中使用恒電流源產(chǎn)生0～1 500 A/m2大電流，模擬雜散電流對(duì)試片進(jìn)行陽極干擾，研究在不同的電流密度、土壤電導(dǎo)率和土壤酸堿度下，試片的腐蝕速率和腐蝕形貌特征。結(jié)果證明試片腐蝕速率隨電流密度線性增大，并通過回歸分析建立了三因素與腐蝕速率的數(shù)學(xué)關(guān)系。對(duì)于腐蝕形貌的研究，應(yīng)用分形理論中的計(jì)盒維數(shù)法，建立了分形維數(shù)與電流密度的指數(shù)關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)分形維數(shù)能夠表征腐蝕形貌的平整性，從而反映試片的腐蝕程度。

李長春等[23]在NaCl 溶液中對(duì)裸露面積為28 cm2的20 鋼分別施加0.1 ～3.0 A 的陽極電流，失重法計(jì)算所得腐蝕速率隨電流密度線性增大，符合法拉第電解定律。在直流干擾下，20 鋼(陽極)表面生成淺綠色腐蝕產(chǎn)物，銅電極(陰極)表面產(chǎn)生氣泡。王亞群[24]研究發(fā)現(xiàn)在300 A/m2直流電場中浸泡30 d 的X65 試片的流出點(diǎn)腐蝕明顯，但未觀察到點(diǎn)蝕。

秦潤之等[25]將X80 鋼與高壓直流電源正極相連，輔助電極與負(fù)極相連，在土壤中構(gòu)造成高壓直流干擾回路，對(duì)X80 鋼施加50～300 V 干擾測試X80 鋼電流-時(shí)間曲線，并將該曲線劃分為3 個(gè)階段，即:上升階段、下降階段和穩(wěn)定階段。電流密度值在幾秒內(nèi)便達(dá)到最大值，然后在較短時(shí)間內(nèi)快速下降，緊接著便達(dá)到了長時(shí)間的穩(wěn)定階段，電流密度只有小幅度的波動(dòng)。通過失重法計(jì)算了腐蝕速率，結(jié)果表明X80 鋼的腐蝕速率隨著干擾電壓的增大并不呈線性變化，而是先增大后減小。腐蝕產(chǎn)物經(jīng)光譜分析證實(shí)為α- Fe2O3。

林龍鑌[26]研究了地鐵雜散電流和氯離子共同作用對(duì)鋼纖維混凝土的影響，自制腐蝕試驗(yàn)裝置，對(duì)不同氯離子濃度下鋼纖維混凝土試件施加為期3 d 的60 V 的直流干擾，試件陽極側(cè)出現(xiàn)大量腐蝕產(chǎn)物，材料強(qiáng)度明顯降低，試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同直流干擾下，氯離子濃度越高，鋼纖維腐蝕越嚴(yán)重。

1.3 動(dòng)態(tài)直流對(duì)金屬材料的腐蝕規(guī)律

相較于穩(wěn)態(tài)直流，動(dòng)態(tài)直流干擾下金屬材料的腐蝕規(guī)律研究較少且不夠深入，腐蝕機(jī)理方面并未達(dá)成共識(shí)[27]。

王新華等[28]利用脈沖信號(hào)發(fā)生器結(jié)合功率放大器產(chǎn)生頻率為5 ～30 Hz、直流電流密度為5 ～35 A/m2的信號(hào)模擬地鐵動(dòng)態(tài)直流，動(dòng)態(tài)直流干擾下的浸泡試驗(yàn)證明，試片的腐蝕速率隨動(dòng)態(tài)干擾頻率的升高而增大，隨干擾電流密度線性增大。各因素影響試片腐蝕速率大小排序?yàn)?干擾電流密度＞土壤電導(dǎo)率＞動(dòng)態(tài)干擾頻率＞土壤pH 值。

張玉星等[29]將Q235 鋼連接直流電源正極，通過干擾回路里的斷路器的通斷產(chǎn)生脈沖電流，模擬地鐵動(dòng)態(tài)雜散電流，電源干擾電壓設(shè)為0.5 ～10.0 V，斷路器設(shè)置為通0.3 s 斷10.0 s，測試Q235 鋼的電位-時(shí)間曲線，并計(jì)算不同總試驗(yàn)天數(shù)的腐蝕速率。結(jié)果表明Q235 鋼的電位隨直流干擾電壓的增大而正移，動(dòng)態(tài)干擾下的腐蝕速率相對(duì)于恒電壓干擾要小很多，但隨著總試驗(yàn)天數(shù)增加到3.5 個(gè)月，Q235 鋼的腐蝕深度可達(dá)1 mm。改變斷路器接通的時(shí)間以模擬不同的干擾電流頻率，結(jié)果表明腐蝕速率不僅跟干擾電壓有關(guān)，還要考慮電流頻率。

以上兩位學(xué)者分別模擬了動(dòng)態(tài)干擾電壓和動(dòng)態(tài)干擾電流，但對(duì)金屬材料均為陽極干擾，沒有體現(xiàn)出地鐵動(dòng)態(tài)雜散電流的陰陽極交替干擾特性。Huo 等[30]以試片陰極保護(hù)電位為基準(zhǔn)，利用低頻正弦波作為動(dòng)態(tài)干擾信號(hào)疊加在試片陰極保護(hù)電位上，正弦波的周期是1 min，振幅為250 mV，觀察發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)干擾下主要發(fā)生了局部腐蝕。陳奔[31]也以正弦信號(hào)模擬動(dòng)態(tài)雜散電流，測試干擾2 h 后20 鋼的極化曲線和電化學(xué)阻抗譜，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)正弦信號(hào)頻率增加時(shí)，20 鋼的腐蝕速率減小，界面阻抗先大幅減小然后趨于穩(wěn)定。

2 直流雜散電流對(duì)埋地管道的干擾影響

2.1 金屬腐蝕

直流雜散電流會(huì)極大加劇埋地管道破損點(diǎn)處的金屬腐蝕。山東省天然氣管道淄青線受到直流雜散電流干擾比較嚴(yán)重，外檢測開挖發(fā)現(xiàn)有上百處管段金屬缺失超20%[32]。江西省九昌樟輸油管道僅在2012 年的5 個(gè)月內(nèi)就由于直流雜散電流干擾發(fā)生了3 次腐蝕穿孔事件[33]。不同來源的直流雜散電流均對(duì)管道產(chǎn)生了金屬腐蝕危害，很多研究者對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道。

高壓直流接地極放電對(duì)周邊大范圍內(nèi)的管道會(huì)產(chǎn)生腐蝕危害。西氣東輸二線管道與800 kV 高壓直流接地極最近距離約為55 km，仍受到了接地極的嚴(yán)重干擾。當(dāng)接地極放電5 000 A 時(shí)，5 處ER 腐蝕速率探頭的監(jiān)測結(jié)果表明有4 處的腐蝕速率超過ISO15589-1 標(biāo)準(zhǔn)的要求，最嚴(yán)重的一處腐蝕速率是標(biāo)準(zhǔn)允許值的50 多倍[34]；廣東某天然氣管道受到高壓直流接地極的嚴(yán)重干擾，10 多處的開挖檢測均發(fā)現(xiàn)了管道腐蝕坑和腐蝕產(chǎn)物，最嚴(yán)重的一處腐蝕坑深達(dá)到壁厚的14%左右，具有較大的安全隱患，電位監(jiān)測平臺(tái)也監(jiān)測到此處管道在高壓直流接地極陽極放電時(shí)的管地電位約為-175 V[35]。

陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極地床產(chǎn)生的直流雜散電流對(duì)美國一條輸水管道造成了干擾，導(dǎo)致腐蝕穿孔而泄露[36]。Cui 等[37]研究了有外加電流陰極保護(hù)的管道1以及管道1 附近沒有陰極保護(hù)的管道2，管道1 的部分陰極保護(hù)電流作為雜散電流影響管道2 的腐蝕。當(dāng)2 條管道交叉時(shí)，管道2 在交叉點(diǎn)的電位相對(duì)自腐蝕電位正向偏移了0.2 V，交叉點(diǎn)處腐蝕非常嚴(yán)重。當(dāng)2 條管道平行時(shí)，增加間距使得直流干擾程度降低，發(fā)生腐蝕減少。

地鐵產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)直流雜散電流給埋地金屬管道產(chǎn)生較大的干擾，是造成城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦毓艿栏g穿孔、防腐層剝離的主要因素，占比超過90%[38]。地鐵動(dòng)態(tài)雜散電流給受干擾的埋地管道的日常管理帶來一系列的挑戰(zhàn)。上海地鐵和上海天然氣管網(wǎng)交叉并行情況突出，在檢修天然氣管網(wǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)管道出現(xiàn)5.1 mm 的腐蝕缺陷，金屬損失達(dá)54%，動(dòng)態(tài)雜散電流給天然氣管道的安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)重危害[39]；還有報(bào)道指出上海地鐵二號(hào)線產(chǎn)生的雜散電流導(dǎo)致埋地鋼管腐蝕泄漏10 余次，造成高達(dá)200 萬元的經(jīng)濟(jì)損失[40]；東北輸油管網(wǎng)處撫順地區(qū)管道由于受到直流電氣化鐵路雜散電流干擾，多次發(fā)生腐蝕穿孔進(jìn)而導(dǎo)致漏油事故，對(duì)經(jīng)濟(jì)造成損失的同時(shí)，對(duì)環(huán)境也造成很大的不良影響[41]；戴舒等[42]在深圳供水管道受地鐵雜散電流干擾嚴(yán)重的管段進(jìn)行現(xiàn)場埋片試驗(yàn)，不與管道相連的試片模擬自然腐蝕，與管道相連的試片則受到動(dòng)態(tài)直流干擾，結(jié)果表明，自然腐蝕的試片的腐蝕速率僅為受動(dòng)態(tài)直流干擾試片的一半；北京地鐵產(chǎn)生的雜散電流導(dǎo)致隧道內(nèi)輸水管道發(fā)生50 多處腐蝕穿孔[43]；廣州地鐵1 號(hào)線1999 年開通后，與地鐵線路有大量并行、交叉的廣州燃?xì)庵袎汗芫W(wǎng)的腐蝕維搶修次數(shù)就開始大幅增加[44]。

2.2 陰極保護(hù)干擾

曹阿林[10]在室內(nèi)模擬裝置中利用直流電源產(chǎn)生雜散電流，研究直流雜散電流對(duì)管道陰極保護(hù)的干擾情況。對(duì)于犧牲陽極陰極保護(hù)，干擾電流的存在影響了管道和犧牲陽極之間的驅(qū)動(dòng)電壓，致使?fàn)奚枠O輸出電流偏大或偏小，縮短犧牲陽極的使用壽命或者導(dǎo)致管道得不到有效保護(hù)。對(duì)于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，管道的兩端管地電位偏移方向相反，管地電位偏移程度及地電位分布差異隨著干擾電流的增大而增大。很多學(xué)者就不同來源的直流雜散電流對(duì)管道的陰極保護(hù)干擾進(jìn)行了現(xiàn)場測試試驗(yàn)研究。

高壓直流接地極放電對(duì)埋地管道陰極保護(hù)干擾的程度極大。翁源高壓直流輸電接地極單極大地回路陰極運(yùn)行時(shí)，放電達(dá)1 200 A，孫建桄等[45]測試了該干擾下西氣東輸管道某管段的電位和管中電流，結(jié)果顯示靠近接地極的管道電位正移最嚴(yán)重，最正的電位接近90 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人的安全電壓，嚴(yán)重威脅工作人員的生命安全。周軍峰等[35]的測試表明，廣東某天然氣管道受到比較嚴(yán)重的高壓直流輸電系統(tǒng)的雜散電流干擾，有近30 處管道的陰極保護(hù)電位達(dá)不到要求。HVDC 系統(tǒng)接地極單極大地回路陽極運(yùn)行時(shí)，放電高達(dá)3 000 A，靠近接地極的管道電位負(fù)移最嚴(yán)重，最負(fù)的電位接近-180 V，管道的防腐層容易剝離。西南某輸氣管道與800 kV 高壓直流輸電接地極最近距離約15 km，當(dāng)接地極放電近2 300 A 時(shí)，張良等[46]對(duì)管地電位進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，結(jié)果表明接地極放電導(dǎo)致全線管道陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生異常，管地電位最大正向偏移了1.5 V，最大負(fù)向偏移量近4 V。還有更多高壓直流接地極放電對(duì)管道陰極保護(hù)產(chǎn)生干擾的報(bào)道:如向家壩-上海800 kV 高壓直流接地極對(duì)川氣東送管道[47]；三峽-上海500 kV 高壓直流接地極對(duì)西氣東輸管道[48]；武義接地極對(duì)西二線上海支線[49]；貴廣II 回500 kV 高壓直流輸電接地極對(duì)西南山區(qū)某天然氣管道[50]；永寧接地極對(duì)中緬管道[51]等。

陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極地床產(chǎn)生的雜散電流容易對(duì)附近的管道產(chǎn)生干擾。畢武喜等[52]測試了存在并行和交叉關(guān)系的2 條輸油管道的陰極保護(hù)電位，發(fā)現(xiàn)管道a受到管道b 陽極地床電流的干擾，管道a 越靠近陽極地床，其陰極保護(hù)電位負(fù)移的越多，最負(fù)為-1.76 V，斷掉管道b 的陰極保護(hù)后，管道a 的陰極保護(hù)電位表現(xiàn)在正常范圍，由此也證實(shí)了管道a 確實(shí)受到管道b 陰極保護(hù)電流的干擾。

更多的學(xué)者研究表明埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)容易受到地鐵動(dòng)態(tài)雜散電流的干擾?；莺＼姷萚53]報(bào)道某天然氣管道受到地鐵2 號(hào)線的影響，地鐵運(yùn)行時(shí)管道的通電電位在-2.9 ～0 V 范圍內(nèi)正負(fù)波動(dòng)，而地鐵停運(yùn)時(shí)，管道的通電電位趨于穩(wěn)定。北京地鐵里程長，其動(dòng)態(tài)雜散電流的干擾影響相應(yīng)有著大量報(bào)道[54-56]:北京地鐵15 號(hào)線與北京某石油管道有交叉，管道在交叉處電位波動(dòng)非常劇烈，最大波動(dòng)幅度達(dá)10 V[54]；北京地鐵某線路與北京燃?xì)夤芫W(wǎng)密集交匯，劉瑤等[55]的動(dòng)態(tài)直流干擾測試表明相比平行位置，交叉處的管道受干擾程度更大，約76%的測試點(diǎn)都存在風(fēng)險(xiǎn)。廣州機(jī)場航油管道受廣州地鐵雜散電流干擾，管道陰極保護(hù)系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生癱瘓[57]。國內(nèi)地鐵里程排名靠前的其他城市，如上海、深圳、南京、重慶、武漢、青島等，均有報(bào)道管道陰極保護(hù)受地鐵雜散電流干擾事件[58-64]。在歐美、俄羅斯等國家和地區(qū)也存在地鐵雜散電流干擾的問題[65-67]。

為了控制和減緩直流雜散電流對(duì)埋地管道的干擾影響，應(yīng)采取排流措施，直流排流主要有4 種方式:直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流及接地排流[68，69]。直接排流保護(hù)適用于干擾源(鐵軌)電位一直低于管道的情況，優(yōu)點(diǎn)是簡單經(jīng)濟(jì)，排流效果好，缺點(diǎn)是應(yīng)用條件較為苛刻，風(fēng)險(xiǎn)較大，一旦干擾源電位高于管道，電流將會(huì)流入管道，加劇干擾。極性排流保護(hù)解決了干擾電流反向流入管道的問題，只能單向排流，效果好，簡單便捷，動(dòng)態(tài)干擾下仍然適用，缺點(diǎn)是當(dāng)管道距離干擾源較遠(yuǎn)，排流效果就不明顯。強(qiáng)制排流保護(hù)范圍大，無干擾下對(duì)管道也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的效果，缺點(diǎn)是前期投資和后期維護(hù)費(fèi)用較高，對(duì)干擾源(鐵軌)和附近金屬構(gòu)筑物會(huì)產(chǎn)生干擾影響。接地排流適用于不能向干擾源排流的各種場合，簡單靈活，還起到犧牲陽極保護(hù)的功能，缺點(diǎn)是排流效果較差，需要定期更換陽極。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境、排流效果和經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)選出合適的排流方式。

3 總結(jié)與展望

(1)穩(wěn)態(tài)小直流對(duì)金屬材料的腐蝕規(guī)律研究相對(duì)成熟，針對(duì)穩(wěn)態(tài)大直流干擾的研究較少且主要集中在腐蝕影響，對(duì)金屬材料在穩(wěn)態(tài)大直流干擾下電化學(xué)行為的研究很稀缺，是未來需要進(jìn)行重點(diǎn)研究的方向之一。

(2)國內(nèi)外研究者對(duì)動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾下金屬材料的腐蝕規(guī)律研究涉及較少，也不夠深入，腐蝕機(jī)理方面并未達(dá)成共識(shí)。需要進(jìn)一步采用電化學(xué)等方法對(duì)動(dòng)態(tài)干擾下金屬材料的腐蝕規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究。

(3)不同類型的直流雜散電流均對(duì)埋地管道產(chǎn)生了影響，干擾了陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，加劇了金屬的腐蝕。陰極保護(hù)系統(tǒng)直流雜散電流影響最?。桓邏褐绷麟s散電流影響程度大，范圍廣；地鐵動(dòng)態(tài)直流雜散電流影響更廣泛，影響時(shí)間更長。亟需對(duì)后2 種直流干擾基于腐蝕規(guī)律研究而形成有效的防護(hù)技術(shù)。