雍信實

國家管網(wǎng)集團(tuán)東部儲運公司南京輸油處

摘要：長輸管道受交流雜散電流干擾影響日趨增多。介紹了交流干擾類型、危害、腐蝕特征及識別方法，比較了國內(nèi)外對交流干擾的評定指標(biāo)，通過案例分析了不同干擾源對長輸管道交流干擾的特征規(guī)律，提出了干擾防護(hù)措施及相關(guān)建議，經(jīng)對比排流前后管道交流干擾電壓和交流電流密度，證明排流效果良好。

關(guān)鍵詞：長輸管道；交流雜散電流；干擾特征； 防護(hù)措施

電力系統(tǒng)、交通運輸設(shè)施與油氣管道交叉相遇的現(xiàn)象比較普遍，因此產(chǎn)生大量的交流干擾加快了金屬管道局部腐蝕速度，管道高絕緣涂層的使用也加重了雜散電流的危害。通過案例分析闡述高壓輸電線與電氣化鐵路對管道交流干擾的特征規(guī)律，同時提出交流雜散電流干擾防護(hù)措施及相關(guān)建議。

1  交流干擾影響

交流干擾源對埋地金屬管道的影響主要有兩方面：一是長期存在的感應(yīng)電壓對金屬管道造成干擾腐蝕；二是電力線路故障狀態(tài)下瞬態(tài)感應(yīng)電壓干擾，需采用干擾防護(hù)措施，詳情如表 1所示。

表 1 交流雜散電流對管道干擾危害及防護(hù)措施

管道交流干擾腐蝕特征：在腐蝕坑上形成堅硬的腐蝕產(chǎn)物丘；腐蝕形態(tài)呈凹陷的半球狀；腐蝕坑比防腐層破損面積更大；腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)分層或含大量碳酸鈣，清除后金屬表面有明顯的的硬而黑的層狀痕跡，存在四氧化三鐵；腐蝕坑處pH值一般大于10。如圖 1所示。

圖 1 埋地管道交流干擾腐蝕情況

2  交流干擾判定

交流干擾評價指標(biāo)，不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下。NACE SP 0177―2007《交流電和雷電對金屬結(jié)構(gòu)和腐蝕的影響》規(guī)定：高壓交流輸電線路對管道產(chǎn)生的干擾電壓應(yīng)小于15 VAC，以保證相關(guān)工作人員的人身安全。德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 50925―1992《金屬腐蝕.敷設(shè)在地下的設(shè)備陰極防腐蝕作用的驗證》規(guī)定，如果均方根（RMS）交流電流密度低于30 A/㎡，可以認(rèn)為管道免于交流腐蝕，有學(xué)者建議將30 A/㎡限值改為20 A/㎡，貝克曼《陰極保護(hù)手冊》中也引用了20 A/㎡限值。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)》規(guī)定：當(dāng)管道上的交流干擾電壓不高于4 V時，可不采取交流干擾防護(hù)措施；高于4 V時，應(yīng)采用交流電流密度進(jìn)行評估，交流電流密度分別為＜30 A/㎡、30 A/㎡～100 A/㎡、＞100 A/㎡時，交流干擾程度分別判定為弱、中、強(qiáng)。SY/T 0087.6―2021 《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn) 第6部分：埋地鋼質(zhì)管道交流干擾腐蝕評價》規(guī)定，當(dāng)交流電流密度在30 A/㎡～100 A/㎡時，管道無IR降保護(hù)電位（或斷電電位）應(yīng)滿足﹣1.15  VCSE≦EIR-free≦﹣0.9 VCSE或直流電流密度不大于1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

3  應(yīng)用案例

3.1  交流干擾識別判定

南方某原油管道75#～80#測試樁監(jiān)測點管段同時受500 kV高壓輸電線與電氣化鐵路交流雜散電流干擾影響，其中76#、77#距高壓電線直線距離僅100 m左右；79#～80#管段與電氣化鐵路在100 m內(nèi)伴行。該管段24 h交流干擾電壓、交流電流密度、陰保斷電電位監(jiān)測數(shù)據(jù)及干擾源描述詳見表 2。 干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線如圖 2所示。

表 2 排流前75#~80#樁管段24 h交流干擾監(jiān)測數(shù)據(jù)及干擾源描述

圖 2 排流前干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線圖

由表 2及圖 2可見，76#、78#、79#、80#監(jiān)測點交流干擾電流密度均值均超過30 A/㎡，77#監(jiān)測點超過100 A/㎡，根據(jù)GB/T 50698判定交流干擾程度分別為 “中”“強(qiáng)”。78#、79#、80#監(jiān)測點交流干擾電壓峰值超出NACE SP 0177―2007規(guī)定的15 V人體安全電壓限值，會威脅現(xiàn)場操作人員安全。該干擾管段陰極保護(hù)斷電電位普遍負(fù)于﹣1.15 VCSE，根據(jù)SY/T 0087.6中規(guī)定應(yīng)適當(dāng)減小鄰近陰保站恒電位儀輸出，使該管段陰保斷電電位處于合理區(qū)間。

穩(wěn)態(tài)下的高壓輸電線路對管道交流干擾主要為感性耦合方式，其特征曲線在一定時間段內(nèi)相對平穩(wěn)，交流干擾電壓24 h監(jiān)測均值與峰值差值不會太大。電氣化鐵路對管道交流干擾主要以阻性耦合為主，部分疊加感性耦合，其特征曲線呈現(xiàn)動態(tài)變化特點，管道交流干擾電壓的變化規(guī)律與列車運行規(guī)律具有明顯的相關(guān)性，伴隨列車每次經(jīng)過時管道出現(xiàn)瞬時脈沖峰值干擾電壓（為監(jiān)測均值的數(shù)倍至幾十倍），而且電氣化鐵路對管道的干擾與其負(fù)載有明顯的相關(guān)性，負(fù)載越大，管道瞬時峰值電壓越大，交流干擾越嚴(yán)重。如圖 3、圖 4所示。

圖 3 77#樁（近500 kV高壓線）交流干擾電壓24 h監(jiān)測曲線

圖 4 79#樁（京滬鐵路橋旁）交流干擾電壓24 h監(jiān)測曲線

由圖 3、圖 4可見，77#、79#監(jiān)測點受京滬鐵路交流干擾影響特征明顯，監(jiān)測過程中伴隨列車通過管道上頻繁出現(xiàn)瞬時高峰值干擾電壓，在夜間（22:00～次日6:00）京滬鐵路線上列車車次很少，故出現(xiàn)瞬時峰值電壓也很少；而79#監(jiān)測點在京滬鐵路橋旁，列車經(jīng)過時管道出現(xiàn)瞬時峰值交流電壓明顯大。由于79#樁周邊除京滬鐵路外無其他干擾源（該點遠(yuǎn)離500 kV高壓線），故夜間22:00～次日6:00時間段（京滬鐵路上無列車經(jīng)過）該點基本無干擾；77#監(jiān)測點（近高壓線）疊加了周邊500 kV高壓線交流干擾，在夜間京滬鐵路列車停運時間段該點交流干擾電壓依然存在，且夜間曲線走勢相對平穩(wěn)。

3.2  緩解措施

選用固態(tài)去耦合器+負(fù)極接地極兩種互補(bǔ)聯(lián)合排流方式，采用規(guī)格ZR-2帶狀鋅陽極作為接地體，根據(jù)現(xiàn)場土壤電阻率測試值，排流地床設(shè)置鋅帶100 m，與管道平行敷設(shè)（圖 5）。在76#～80#干擾嚴(yán)重管段沿線設(shè)置5處交流排流點，同時減小干擾管段上下游陰保站恒電位儀輸出，使該管段陰保斷電電位處于合理區(qū)間。排流檢測結(jié)果如表 3所示。

（a）縱斷面

（b）橫斷面
圖 5 水平鋅帶敷設(shè)示意圖

表 3 采取排流措施后75#~80#樁管段交流干擾24 h監(jiān)測數(shù)據(jù)及效果判定

4  結(jié)語

目前國內(nèi)外對交流干擾的判定標(biāo)準(zhǔn)及排流標(biāo)準(zhǔn)不一致，交流腐蝕機(jī)理尚無定論，有待進(jìn)一步研究。實踐中，僅采用交流干擾電壓準(zhǔn)則或交流電流密度評價準(zhǔn)則并不適宜，基于交、直流電流密度和保護(hù)電位評價準(zhǔn)則更為合理。

當(dāng)管道交流或直流電流密度很高時，陰極保護(hù)可能對交流腐蝕起不到緩解作用，反而偏負(fù)會加快交流腐蝕速率。建議管道在交流干擾情況下將陰保電位（消除IR降后）控制在﹣0.90 VCSE～﹣1.15 VCSE或直流電流密度≦1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

當(dāng)管道裝有交流排流裝置時，PCM檢測的混頻信號容易通過排流接地極流失消耗，為保障測試精度，管道外防腐層檢測時需要斷開管道排流裝置接線。在排流防護(hù)設(shè)計時，采用專業(yè)模擬計算軟件對排流設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化配置，可以做到精準(zhǔn)科學(xué)排流，避免過度排流浪費資源。

作者簡介：雍信實，1970年生，本科，高級工程師，主要從事管道腐蝕與防護(hù)管理工作。聯(lián)系方式：18552278061，yongxs1970@163.com。