孫大偉

國家管網(wǎng)集團(tuán)山東公司

摘要：腐蝕是影響油氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行的主要危害因素之一。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷增速，受電氣化鐵路、高壓輸電線路、城市軌道交通等干擾影響，管道受到的雜散電流干擾日益加劇，造成管道腐蝕減薄、穿孔、氫脆、防腐層剝離、設(shè)備設(shè)施打火燒蝕等危害，直接威脅管道本體安全。從某管道雜散電流排查整治實(shí)際案例出發(fā)，對(duì)雜散電流干擾類型及成因進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：管道腐蝕；雜散電流；干擾評(píng)估；排查整治

2013年，青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東黃輸油管道因管道本體腐蝕穿孔，導(dǎo)致大量原油泄漏進(jìn)入市政排水暗渠，油氣在形成密閉空間的暗渠內(nèi)積聚，遇火花發(fā)生爆炸，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。近年來，隨著對(duì)管道腐蝕機(jī)理和雜散電流危害的研究不斷深入，雜散電流干擾防控作為一個(gè)重要課題，引起了越來越多國內(nèi)外學(xué)者的重視。

1  雜散電流干擾評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的雜散電流干擾評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）直流干擾評(píng)價(jià)。

GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》5.0.3條規(guī)定：已投運(yùn)陰極保護(hù)的管道，當(dāng)干擾導(dǎo)致管道不滿足最小保護(hù)電位要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取干擾防護(hù)措施。

AS 2832.1―2015《Cathodic protection of metals Part1: pipes and cables》規(guī)定，在評(píng)價(jià)牽引電流的影響時(shí)，應(yīng)記錄足夠長時(shí)間的電位以確保包含最大程度的雜散電流影響。短時(shí)間極化的構(gòu)筑物、防腐層性能良好的構(gòu)筑物或已證實(shí)對(duì)雜散電流的響應(yīng)為快速極化和去極化的構(gòu)筑物，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則（鋼鐵構(gòu)筑物電位﹣850 mV）的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的5%；

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則﹢50 mV（鋼鐵構(gòu)筑物電位為﹣800 mV）的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的 2%；

電位正于保護(hù)準(zhǔn)則﹢100 mV（鋼鐵構(gòu)筑物電位為﹣750 mV）的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的1%。

（2）交流干擾評(píng)價(jià)。

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)》3.0.5條規(guī)定，當(dāng)管道上的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。當(dāng)交流干擾程度判定為“強(qiáng)”時(shí)（＞100 A/㎡），應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施；判定為“中”時(shí)（30 A/㎡～ 100 A/㎡），宜采取交流干擾防護(hù)措施；判定為“弱”時(shí)（＜30 A/㎡），可不采取交流干擾防護(hù)措施。

2  雜散電流類型及成因分析

交流干擾源主要包括高壓交流電力線路和交流供電的電氣化鐵路等軌道交通系統(tǒng)。當(dāng)油氣管道與高壓交流輸電線路、電氣化鐵路并行、交叉或靠近電力系統(tǒng)接地極時(shí)，可能通過阻性耦合、感性耦合或容性耦合3種方式在管道中產(chǎn)生交流雜散電流。阻性耦合主要是由于電流通過高壓輸電線路接地體造成大地電位上升，對(duì)周圍較大范圍內(nèi)管道陰極保護(hù)狀態(tài)產(chǎn)生影響。輸電系統(tǒng)故障狀態(tài)下，引起的大地電位上升在接地極周圍形成一個(gè)強(qiáng)大電場(chǎng)，可能擊毀陰極保護(hù)設(shè)備，甚至在外防腐層缺陷處導(dǎo)致電弧形成，電弧作用集中在微小的防腐層漏點(diǎn)上，從而造成管道的迅速腐蝕。感性耦合是最為普遍的交流干擾方式，當(dāng)管道和強(qiáng)電線路近距離平行接近或斜接近時(shí)，由于電磁感應(yīng)原理在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小和平行于高壓輸電線路的管道長度、電力線與管道間距、輸電線路電壓及頻率、管道外防腐層絕緣性、土壤電阻率等有關(guān)。

直流干擾源主要包括直流電氣化鐵路、城市軌道交通（地鐵）、直流輸電線路接地極、直流電網(wǎng)及其他構(gòu)筑物陰極保護(hù)系統(tǒng)等。其中，地鐵干擾是最具代表性的動(dòng)態(tài)直流干擾類型。地鐵供電系統(tǒng)主要由直流牽引變電站、饋電線、接觸網(wǎng)、列車、走行軌、回流線六部分組成。直流牽引變電站將外接交流電源降壓整流為直流電流，通過饋電線、接觸網(wǎng)給地鐵列車供電，并由走行軌和回流線牽引電流回流。其中，直流牽引系統(tǒng)回流電流的泄漏是對(duì)埋地油氣管道形成雜散電流干擾的主要原因。回流電流從走行軌與道床之間絕緣性能較差的部位泄漏進(jìn)入大地，流入大地的一部分電流會(huì)進(jìn)入附近防腐層較差的埋地管道，通過管道這一低電阻通道向遠(yuǎn)處傳播，并在遠(yuǎn)端防腐層破損部位流出管道，經(jīng)土壤回流至牽引變電站（圖 1）。雜散電流的流入點(diǎn)為陰極區(qū)，管地電位負(fù)向偏移，管道本體存在氫脆及防腐層剝離風(fēng)險(xiǎn)；雜散電流流出點(diǎn)為陽極區(qū)，管道本體存在加劇腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

圖 1 雜散電流干擾示意  

3  雜散電流排查整治案例

針對(duì)青島地區(qū)某天然氣長輸管道受雜散電流干擾導(dǎo)致電位不達(dá)標(biāo)的問題，管道管理單位通過干擾源排查、電位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)開展雜散電流干擾專項(xiàng)評(píng)價(jià)，對(duì)管道所受雜散電流影響程度進(jìn)行了分析研判。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該管道受到明顯的交直流混合干擾，受干擾管道里程長達(dá)100余千米。其中，管道所受直流干擾尤為明顯，主要表現(xiàn)為管地電位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)周期性波動(dòng)較大，局部電位存在正向偏移。

利用uDL2數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行24 h長周期數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)有8處測(cè)試樁斷電電位不滿足﹣850 mV準(zhǔn)則和AS 2832.1標(biāo)準(zhǔn)，呈欠保護(hù)狀態(tài)，存在較大腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。隨后，利用電位采集數(shù)據(jù)繪制出了電位波動(dòng)曲線圖，管道電位曲線整體呈現(xiàn)白天劇烈波動(dòng)、夜間平緩，夜間電位明顯負(fù)于白天的趨勢(shì)，與青島地鐵13號(hào)線運(yùn)行規(guī)律高度吻合。

針對(duì)該管道所受雜散電流干擾情況，首先對(duì)全線陰保系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行了系統(tǒng)排查，維修故障老化的陽極接線和長效參比，調(diào)試恒電位儀參數(shù)至合理輸出值，確保線路陰保系統(tǒng)均處于有效工作狀態(tài)。其次，在8處干擾嚴(yán)重導(dǎo)致電位不達(dá)標(biāo)的位置，采取增設(shè)極性排流器+高電位型鎂陽極的方式，對(duì)管道中的直流雜散電流干擾進(jìn)行了排流治理。

排流實(shí)施后，利用試片法對(duì)管道沿線進(jìn)行直流雜散電流復(fù)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示管道電位波動(dòng)幅度明顯降低，其中K2處通電電位波動(dòng)由﹣4.364 V～4.06 V降低為﹣1.127 V～﹣3.318 V。管道斷電電位正于保護(hù)準(zhǔn)則的比例均小于5%（圖 2），符合《AS 2832  Cathodic protection of metals Part1: pipes and cables》和GB 50991―2014要求，管道處于有效保護(hù)狀態(tài)。雜散電流整治效果評(píng)估完成后，在雜散電流整治區(qū)域安裝1處ER腐蝕速率探頭，利用腐蝕速率采集儀每年對(duì)ER腐蝕速率探頭的試片厚度進(jìn)行采集，根據(jù)壁厚減薄量持續(xù)監(jiān)測(cè)管道的腐蝕速率，保證管道腐蝕情況安全受控。

圖 2 雜散電流整治前后管道電位數(shù)據(jù) 

4  建議

管道腐蝕是影響油氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行的一大隱形風(fēng)險(xiǎn)。為了避免腐蝕給管道本體安全帶來威脅，在后續(xù)針對(duì)雜散電流干擾的防護(hù)、排查和管控中，建議著重落實(shí)好以下四個(gè)方面的工作：

一是未雨綢繆，加強(qiáng)干擾源控制。積極與相關(guān)屬地管理部門、規(guī)劃部門溝通，在電氣化鐵路、交直流輸電線路、城市軌道交通建設(shè)初期或規(guī)劃階段提前介入，盡可能使接地極等干擾源遠(yuǎn)離埋地管道。應(yīng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段綜合考量地鐵干擾對(duì)油氣管道的影響，采取技術(shù)措施減少走行軌電阻，增加鐵軌與大地間絕緣，增設(shè)變電站縮短雜散電流回流距離，限制雜散電流向地鐵系統(tǒng)外部擴(kuò)散。

二是嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，扎實(shí)開展電位測(cè)試。針對(duì)干擾區(qū)域，定期開展管道電位監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確掌握管道極化電位、交流電壓、交直流電流密度等參數(shù)，密切跟蹤管道干擾情況，判斷管道保護(hù)狀態(tài)并制定相應(yīng)防護(hù)措施。

三是防微杜漸，重視防腐層修復(fù)。梳理雜散電流干擾范圍和程度，提高“嚴(yán)重干擾區(qū)”管段防腐層的完整性，通過外防腐層檢測(cè)及時(shí)排查并修復(fù)受干擾段的防腐層缺陷，從根本上降低外接雜散電流對(duì)埋地管道本體的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

四是防治結(jié)合，采取排流治理措施。針對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的交直流干擾，積極通過排流手段進(jìn)行問題整治，通常采用固態(tài)去耦合器、極性排流器配合鋅/鎂陽極，或經(jīng)過饋電實(shí)驗(yàn)，在合適位置增設(shè)恒電位儀進(jìn)行強(qiáng)制排流，抑制雜散電流對(duì)管道干擾影響。

作者簡介：孫大偉，1997年生，現(xiàn)任山東公司膠州作業(yè)區(qū)陰保工程師，CP2資格認(rèn)證，主要從事管道完整性管理、腐蝕防護(hù)、檢驗(yàn)檢測(cè)相關(guān)工作。聯(lián)系方式：15066873320，997066224@qq.com。