王成 吳翔 郭永 劉貴江

西部管道塔里木輸油氣分公司管道科

摘要：庫鄯輸油管道近年來受外部交流干擾日趨嚴(yán)重。為提升管道完整性管理水平，全面評(píng)價(jià)管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)庫鄯管道受電力輸送線路和牽引鐵路交流干擾程度開展檢測(cè)評(píng)價(jià)，對(duì)電氣化鐵路引起的沖擊式交流干擾進(jìn)行了研究，提出當(dāng)前國內(nèi)外交流干擾評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)電氣化鐵路干擾評(píng)價(jià)適用性存在問題。

關(guān)鍵詞：輸油管道；交流干擾；電氣化鐵路；評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

近年來國內(nèi)多條管道發(fā)生交流干擾造成管道腐蝕情況，交流干擾來源包括電氣化鐵路、交流輸電線路等[1-3]。在國內(nèi)外報(bào)道的埋地鋼質(zhì)管道交流干擾案例中，交流輸電線路干擾占多數(shù)，防腐層性能優(yōu)異的管道受到的干擾更強(qiáng)烈，比如3PE或FBE防腐層管道[4]。塔里木輸油氣分公司庫鄯輸油管道全長266 km，管徑610 mm，壁厚7.11 mm～11.1 mm，采用3PE防腐層和外加電流陰極系統(tǒng)保護(hù)，全線共設(shè)置2座站場(chǎng)和10座閥室，6座陰極保護(hù)站。

庫鄯管道沿線與多處交流輸電線路平行或交叉，與交流牽引鐵路長距離并行，在以往常規(guī)檢測(cè)中曾發(fā)現(xiàn)管道交流電壓較高現(xiàn)象。為了準(zhǔn)確評(píng)估庫鄯管道交流干擾風(fēng)險(xiǎn)，開展了雜散電流干擾檢測(cè)評(píng)價(jià)專項(xiàng)工作，本文介紹相關(guān)研究成果，為解決類似干擾問題提供借鑒。

1  交流干擾評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

本次交流干擾風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)依據(jù)國標(biāo)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)》和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 18086―2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria》。

GB/T 50698―2011規(guī)定，管道交流干擾電壓不高于4 V時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施；高于4 V時(shí)，應(yīng)采用交流電流密度進(jìn)行評(píng)估；管道受交流干擾程度“強(qiáng)”“中”“弱”判定指標(biāo)分別為：＞100 A/m2，30 A/m2～100 A/m2，＜30 A/m2；“強(qiáng)”應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施；“中”宜采取交流干擾防護(hù)措施；“弱”可不采取交流干擾防護(hù)措施。

ISO 18086―2019規(guī)定，陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)應(yīng)確保交流電壓水平不會(huì)引起交流腐蝕。因工況多變，不存在單個(gè)通用閾值。通過降低管道交流電壓和電流密度來實(shí)現(xiàn)交流腐蝕控制。

第一步，交流電壓應(yīng)該降到15 V（rms）以下。該電壓數(shù)值為某時(shí)間段內(nèi)測(cè)量值的平均值（24 h）；第二步，為了有效控制交流腐蝕，要滿足ISO 15589―1―2015《Petroleum，petrochemical and natural gas industries—Cathodic protection of pipeline systems—Part 1：On-land pipelines》陰極保護(hù)電位要求，且在1 cm2試片或探針上測(cè)量得到的有代表性時(shí)間段內(nèi)（24 h）的平均交流電流密度（rms）低于30 A/m2，或如果大于30 A/m2，在1 cm2試片或探針上測(cè)量得到的有代表性時(shí)間段內(nèi)（24 h）的平均直流電流密度低于1 A/m2，或在代表性時(shí)間段內(nèi)（24 h）交流電流密度（Ja.c.）與直流電流密度（Jd.c.）之比低于5。

2  檢測(cè)結(jié)果與討論

2.1  陰極保護(hù)有效性檢測(cè)結(jié)果

庫鄯管道共有4套陰極保護(hù)系統(tǒng)，分別位于庫爾勒原油站、4#閥室、馬蘭中間站、1#陰極保護(hù)站。表 1檢測(cè)結(jié)果表明，4臺(tái)恒電位儀實(shí)際輸出電流、輸出電壓、參比電位與儀表面板顯示基本一致，恒電位儀均正常。

表 1 庫鄯管道陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)

（1）測(cè)試樁通電電位普測(cè)結(jié)果

使用萬用表和銅/飽和硫酸銅參比電極，對(duì)庫鄯管道1#—65#、89#—158#和168#—250#測(cè)試樁管段通電電位進(jìn)行普測(cè)，測(cè)量5 min時(shí)長最大、最小及平均值。結(jié)果顯示，管道通電電位在﹣1.506 V～﹣0.950 V之間波動(dòng)，通電電位波動(dòng)范圍2 mV～380 mV，大部分測(cè)試樁的通電電位波動(dòng)幅度均小于200 mV。

（2）直流干擾詳測(cè)結(jié)果

基于普測(cè)結(jié)果，選取通電電位波動(dòng)大于200 mV和疑似存在直流干擾的位置進(jìn)行直流干擾詳細(xì)檢測(cè)（管道72小時(shí)通/斷電電位）。①首先將極化試片或測(cè)試探頭埋在管道中心線以下，距離管道100 mm～300 mm并澆水，然后將試片與管道用電纜相連充分極化（24 h）；②試片充分極化后，在管道與試片的中間安裝數(shù)據(jù)記錄儀（圖 1）；③通斷周期選為10 s，斷電1 s；④數(shù)據(jù)記錄儀采集頻率為1 s采集1個(gè)數(shù)據(jù)。

圖 1 直流干擾測(cè)試接線圖

對(duì)35#—249#管段56個(gè)測(cè)試樁進(jìn)行了直流雜散電流干擾詳細(xì)檢測(cè)，其試片斷電電位統(tǒng)計(jì)如圖 2所示。圖 3為36#和232#測(cè)試樁72小時(shí)通斷電電位圖，36#測(cè)試樁管道通電電位出現(xiàn)頻繁的正負(fù)向波動(dòng)，斷電電位隨著通電電位正負(fù)向波動(dòng)。 232#測(cè)試樁管道通電電位在﹣1.231 V～﹣0.899 V之間波動(dòng)，斷電電位在﹣1.196 V～﹣0.966 V之間波動(dòng)，管道通電電位整體波動(dòng)較小，斷電電位均負(fù)于﹣0.85 V（CSE），直流雜散電流干擾程度較小。

圖 2 庫鄯管道72小時(shí)斷電電位分布圖


圖 3 庫鄯管道36#和231#測(cè)試樁72 h通斷電電位圖

結(jié)果表明，庫鄯管道通電電位在﹣2.111 V～ ﹣0.193 V之間波動(dòng)，斷電電位皆負(fù)于﹣0.85 V。依據(jù)國標(biāo)GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，管道均處于有效保護(hù)狀態(tài)。

2.2  交流雜散電流檢測(cè)結(jié)果

（1）交流干擾源調(diào)查結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，庫鄯管道與輸電線路交叉26處、并行1處，交叉位置主要分布在測(cè)試樁0—136#，與輸電線路并行132 km；與1條電氣化鐵路交叉，交叉位置為63#測(cè)試樁，與電氣化鐵路并行70 km。

（2）交流干擾普測(cè)結(jié)果

對(duì)1#—249#管段交流雜散電流干擾普測(cè)結(jié)果見圖 4，顯示管道交流電壓在0 ～15.5 V之間，其中36#—180#和238#—250#管段交流干擾電壓高于4 V，受干擾時(shí)交流電壓波動(dòng)較大，需要對(duì)以上管段及附近有交流干擾源的管道進(jìn)一步進(jìn)行交流干擾專項(xiàng)檢測(cè)。

圖 4 庫鄯管道交流電壓普測(cè)分布圖

（3）交流干擾詳測(cè)結(jié)果

根據(jù)普測(cè)結(jié)果，對(duì)35#—197#和230#—249#段管道進(jìn)行交流雜散電流干擾專項(xiàng)檢測(cè)，內(nèi)容包括72 h交流干擾電壓和交流電流密度、土壤電阻率等，交流干擾檢測(cè)結(jié)果見圖 5和圖 6。此段管道交流電壓在0～71.9 V之間， 36處高于15 V，不滿足ISO 18086―2019標(biāo)準(zhǔn)要求。最大交流電流密度達(dá)到705.60 A/m2，其中150#和234#測(cè)試樁兩處交流電流密度平均值大于100 A/m2，交流干擾程度評(píng)價(jià)為“強(qiáng)”，應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施；19處平均值在30 A/m2～100 A/m2之間，交流干擾程度評(píng)價(jià)為“中”，宜采取交流干擾防護(hù)措施；其余41處平均值小于30 A/m2，交流干擾程度評(píng)價(jià)為“弱”。

圖 5 庫鄯管道72 h交流電壓分布圖

圖 6 庫鄯管道72 h交流電流密度分布圖

圖 7為庫鄯管道36#測(cè)試樁72 h交流電壓和交流電流密度波動(dòng)圖。可以看出管道交流電壓和交流電流密度不斷波動(dòng)，在部分時(shí)間點(diǎn)，交流電壓和交流電流密度明顯上升，然后再下降，判斷為電氣化鐵路造成的干擾。列車經(jīng)過時(shí)交流電壓和交流電流密度迅速上升，列車經(jīng)過后又降到較低水平。

圖 7 庫鄯管道36#測(cè)試樁72 h管道交流電壓和交流電流密度波動(dòng)圖

（4）結(jié)果分析

本次檢測(cè)評(píng)價(jià)的庫鄯輸油管道與電氣化鐵路并行管段受到強(qiáng)烈交流干擾。基于國內(nèi)外現(xiàn)有交流干擾評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該管道的交流干擾電壓和交流電流密度都較大，具有較高的交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。目前存在的問題是，現(xiàn)有國內(nèi)外交流干擾評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都是基于較穩(wěn)定的交流干擾而研究和制訂的，對(duì)于交流牽引鐵路造成的沖擊式干擾，標(biāo)準(zhǔn)適用性存在問題。這可能是未來交流干擾和交流腐蝕研究方面的一個(gè)重點(diǎn)方向。

3  結(jié)論

（1）庫鄯管道檢測(cè)管段的陰極保護(hù)處于有效狀態(tài)。管段受電氣化鐵路造成的動(dòng)態(tài)交流雜散電流干擾電壓和交流電流密度均超出標(biāo)準(zhǔn)限值。交流干擾為沖擊式干擾，列車臨近時(shí)干擾增大，列車離去后干擾逐步降低。

（2）目前國內(nèi)外交流干擾評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)均建立在穩(wěn)態(tài)交流干擾基礎(chǔ)上，對(duì)于庫鄯管道所受到的電氣化鐵路引起的沖擊式干擾，目前尚無成熟的評(píng)價(jià)方法。建議通過埋設(shè)交流腐蝕試片或?qū)�管道外防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證，核實(shí)管道發(fā)生交流腐蝕的嚴(yán)重程度。

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作者簡介：王成， 1976年生，1997年畢業(yè)于石河子大學(xué)，本科，工程師，從事埋地管道腐蝕與防護(hù)工作。聯(lián)系方式：13899018301，wangcheng06@pipechina.com.cn。