李明 張力 張冰 安明輝

北京管道北京輸油氣分公司

摘要：陜京三線(xiàn)良西段輸氣管道與多條地鐵交叉或靠近，使管道受到明顯的地鐵動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾；且部分閥室存在土層厚度偏薄及土壤電阻率偏大，腐蝕速率超過(guò)2 mm/a以上的情況。結(jié)合外檢測(cè)、智能測(cè)試樁及腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展雜散電流干擾專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試，并采取直流雜散電流干擾緩解措施，使管道達(dá)到有效陰極保護(hù)狀態(tài)，減緩腐蝕速率。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；陰極保護(hù)；地鐵干擾；腐蝕監(jiān)測(cè)

陜京三線(xiàn)良鄉(xiāng)—西沙屯段（簡(jiǎn)稱(chēng)良西段）主要沿北京市內(nèi)西六環(huán)鋪設(shè)，與燕房線(xiàn)、16號(hào)線(xiàn)、S1磁懸浮線(xiàn)、昌平線(xiàn)等多條地鐵交叉使管道受到明顯的地鐵動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾，嚴(yán)重影響管道陰極保護(hù)有效性及加速管道腐蝕，甚至出現(xiàn)ER腐蝕探頭不到三個(gè)月腐蝕殆盡，腐蝕速率超過(guò)2 mm/a以上情況。

良西段于2014年12月投產(chǎn)，全長(zhǎng)98.4 km，管徑1016 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，采用L485（X70）鋼。沿線(xiàn)設(shè)42#—49#共8座閥室。管道采用外加電流陰極保護(hù)和外防腐涂層聯(lián)合方式防腐，設(shè)2座陰極保護(hù)站，分別位于良鄉(xiāng)站與49#閥室。全線(xiàn)大部采用高溫型三層PE外防腐層，環(huán)氧底層厚度≥120 μm，普通級(jí)防腐層總厚度≥3.0 mm；加強(qiáng)級(jí)防腐層總厚度≥3.7 mm。結(jié)合管道內(nèi)檢測(cè)及腐蝕監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)展直流雜散電流干擾專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試，經(jīng)饋電實(shí)驗(yàn)，采取治理措施并提出合理化建議。

1  數(shù)據(jù)分析

圖 1為良西段ER腐蝕探頭監(jiān)測(cè)腐蝕速率與電位正于﹣0.85 VCSE的時(shí)間比例分布，測(cè)試時(shí)間為2020年8月至10月。由圖 1可知，45#—46#閥室段管道電位正于﹣0.85 VCSE時(shí)間比例遠(yuǎn)高于5%（參考AS 2832.1―2015《金屬的陰極保護(hù)》），均在20%以上，最高達(dá)95%以上，面臨嚴(yán)重的直流干擾風(fēng)險(xiǎn)及陰極保護(hù)失效隱患。管段兩端原始厚度500 μm的ER腐蝕探頭，在不足3個(gè)月時(shí)間內(nèi)腐蝕殆盡，基于此計(jì)算得知腐蝕速率超過(guò)2 mm/a以上，亟需治理。圖 2為良西段2019年內(nèi)檢測(cè)外部金屬損失深度分布。圖 3為2020年內(nèi)檢測(cè)時(shí)深度大于15%外部金屬損失分布。兩次內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的外部金屬損失均主要分布于45#—46#閥室段，為良西段主要腐蝕風(fēng)險(xiǎn)段。

圖 1 良西段監(jiān)測(cè)腐蝕速率與正于-0.85 Vcse時(shí)間比例分布

圖 2 良西段內(nèi)檢測(cè)外部金屬損失深度分布

圖 3 良西段內(nèi)檢測(cè)深度大于15%外部金屬損失分布

2  專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試

2.1  土壤電阻率測(cè)試

圖 4為位于良鄉(xiāng)站上游的琉璃河分輸站至西沙屯分輸站土壤電阻率測(cè)試結(jié)果。各測(cè)試樁處測(cè)試深度2～3 m，其中44#—47#閥室段測(cè)試間隔不低于500 m加密測(cè)試，共測(cè)試154處土壤電阻率。依據(jù)GB/T 21246―2020《埋地鋼制管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》，其中115處土壤電阻率大于50 Ω·m，腐蝕評(píng)價(jià)為“弱”；38處為20 Ω·m～50 Ω·m，腐蝕評(píng)價(jià)為“中”；1處小于20 Ω·m，腐蝕評(píng)價(jià)為“強(qiáng)”。44#—47#閥室段管道經(jīng)過(guò)門(mén)頭溝山區(qū)，附近土壤電阻率明顯高于其他管段，最高可達(dá)500 Ω·m，過(guò)高的土壤電阻率將影響及減小陰極保護(hù)電流在管道上的分布。

圖 4 琉璃河—西沙屯段土壤電阻率分布

2.2  與地鐵位置關(guān)系

良西段管道與地鐵燕房線(xiàn)及房山線(xiàn)呈90°交叉，與閻村車(chē)輛段距離在500 m內(nèi)。45#閥室與S1線(xiàn)垂直接近不交叉，與石廠車(chē)輛段距離6300 m。與16號(hào)線(xiàn)呈60°交叉，與北安河車(chē)輛段距離890 m；西沙屯站與昌平線(xiàn)垂直接近不交叉，最近距離2400 m，距離地鐵站3000 m。

2.3  干擾規(guī)律與分布

為研究管道直流雜散電流干擾規(guī)律與分布，進(jìn)行分段及全線(xiàn)特征點(diǎn)電位同步專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試，根據(jù)同步測(cè)試數(shù)據(jù)確定特征點(diǎn)并進(jìn)行相關(guān)性分析。

地鐵16號(hào)線(xiàn)是2677#—2714#測(cè)試樁管段的主要干擾源，干擾管段長(zhǎng)度4.881 km，共有8處測(cè)試樁；燕房線(xiàn)、房山線(xiàn)是對(duì)2197#—2263#管段影響較大的干擾源，長(zhǎng)度9.611 km，共有16處測(cè)試樁；S1磁懸浮線(xiàn)是2141#—2188#、2268#—2308#、2323#—2651#管段的主要干擾源，管段長(zhǎng)度合計(jì)65.555 km， 共有119處測(cè)試樁，全線(xiàn)17處欠保護(hù)位置均位于S1線(xiàn)干擾段。

16號(hào)線(xiàn)地鐵站鋼軌電位限制器（OVPD）運(yùn)行，造成2714#—2747#管段（5.8 km）波動(dòng)幅值大幅增大，以距離16號(hào)線(xiàn)最近的2727#測(cè)試樁增大最明顯，波動(dòng)幅值增大17.37 V； 2714#—2747#管段正于保護(hù)準(zhǔn)則時(shí)間比例大幅增高，由陰極保護(hù)達(dá)標(biāo)狀態(tài)變化為欠保護(hù)狀態(tài)。

3  排流緩解措施

3.1  饋電實(shí)驗(yàn)

斷開(kāi)沿線(xiàn)犧牲陽(yáng)極，選擇45#—46#閥室夜間斷電電位正于﹣0.85 VCSE，干擾處于高水平，且陰極保護(hù)電流匱乏位置為饋電實(shí)驗(yàn)的饋電點(diǎn)。

進(jìn)行饋電，臨時(shí)地床距管道約150 m，恒電位儀外部供電采用220 V居民用電，為尋找管段有效保護(hù)的最低電流，逐級(jí)饋入電流0.5 A、1.0 A、1.5 A、2.0 A、3.3 A、3.5 A、4.5 A。當(dāng)饋入4.5 A時(shí)，全線(xiàn)30處超標(biāo)點(diǎn)與內(nèi)檢測(cè)15%深度以上18處電位超標(biāo)點(diǎn)達(dá)到有效陰極保護(hù)。

3.2  新增陰極保護(hù)站

根據(jù)SY/T 0017―2016《埋地鋼制管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，陰極保護(hù)系統(tǒng)選用抗干擾恒電位儀+淺埋陽(yáng)極的方式，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，結(jié)合饋電實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和施工可實(shí)施性，選取2531#測(cè)試樁處新增陰保站，安裝于管道臨近的擋墻內(nèi)，陽(yáng)極地床位置距管道約80 m。

陽(yáng)極地床采用多支高硅鑄鐵陽(yáng)極并聯(lián)水平埋設(shè)，恒電位儀選型100 V/20A。依據(jù)GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》附錄A陰極保護(hù)給出的公式計(jì)算，40支預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極（Φ273 mm×2000 mm）按照2 m埋深、2 m中心間距的水平敷設(shè)方式時(shí)，陽(yáng)極總接地電阻約為4.6 Ω，可以滿(mǎn)足恒電位儀的運(yùn)行需要。

3.3  陰保治理效果

新增2531#陰保站已施工完成，采用太陽(yáng)能與市電聯(lián)合供電系統(tǒng)。圖 5為該陰保站恒位﹣1200 mVCSE輸出良西段管道陰極保護(hù)評(píng)價(jià)結(jié)果分布，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按AS 2832.1―2015執(zhí)行。可見(jiàn)，在恒位﹣1200 mVCSE輸出下，該段管道測(cè)試樁位置陰極保護(hù)均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到有效陰極保護(hù)狀態(tài)。

圖 5 新增陰保站恒位輸出良西段陰極保護(hù)評(píng)價(jià)結(jié)果

4  結(jié)論

陜京三線(xiàn)良西段45#—46#閥室管段因山區(qū)土層厚度偏薄及土壤電阻率偏大，造成管道陰極保護(hù)電流匱乏，面臨著很大的欠保護(hù)壓力。通過(guò)饋電實(shí)驗(yàn)，新增陰保站恒位﹣1200 mVCSE輸出，良西段管道測(cè)試樁位置陰極保護(hù)均滿(mǎn)足AS 2832.1―2015標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到有效陰極保護(hù)狀態(tài)。

作者簡(jiǎn)介：李明，1983年生，本科，北京輸油氣分公司琉璃河作業(yè)區(qū)管道工程師，現(xiàn)從事管道運(yùn)行維護(hù)工作。聯(lián)系方式：18519532118，40024644@qq.com。