某在役航油管道陰極保護追加及排流防護技術應用

於 朋 胡松青 田 力

(1. 上海艾思其工程技術有限公司，上海 200131；2.中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

0 引言

某機場航油管道始建于2003年，建設先后分為一期、二期兩部分完成，長度分別約為20km和30km，管道外防腐層均為3層PE。一期管道建設同期實施了外加電流陰極保護(1座陰保站)，二期管道于2009年建成，與一期管道對接后，影響了整個管網的陰極保護效果。為此對整個在役管道的陰極保護運行情況進行了檢測，并根據檢測結果制定了相應的陰極保護追加改造方案，改造后陰極保護系統(tǒng)運行良好，使得管道得到了有效的保護。

然而，改造后的陰保系統(tǒng)在正常運行一年之后，保護電位出現異常波動，陰保系統(tǒng)近乎失效，導致管道運行存在隱患。經過現場檢測和分析，確認管道受到了新開通的機場地鐵的直流雜散電流干擾，從而對管道采取了雜散電流排流措施，排流效果良好，目前管道陰保系統(tǒng)運行正常。

1 陰極保護追加改造

1.1 陰極保護運行情況檢測

對在役管網陰極保護運行情況進行了以下檢測：保護電位測試、管網分布及電連接性測試、饋電試驗。檢測結果表明：

(1)保護電位測試：管道大部分測試點的陰保電位達不到保護要求。

(2)通過RD-PCM對管網的路由分布情況進行了檢測：整個管網由主管道和機坪支管構成，主管道呈環(huán)狀形態(tài)、部分對稱分布，支管分布分散、不均勻，主管和支管的管徑不一致，部分機坪管網防腐層是環(huán)氧煤瀝青(主管為3PE)，從而造成整個管網保護電流分布不均勻；整個管網的電連接性良好。

(3)選取不同點進行饋電實驗，距通電點較遠點電位達不到保護要求，單一的陰保站不足以保護整個管網。

1.2 陰極保護追加改造措施

由于被保護管網分布的復雜性，陰極保護采取區(qū)域性保護的方法。根據不同點的饋電實驗結果，綜合管網的分布情況設置幾套陰保系統(tǒng)，各個陰保系統(tǒng)有其保護重點但又相互補充，以達到保護電流均勻分布的目的，盡量消除保護盲點。

本工程在原有的1套陰保系統(tǒng)基礎上再增加設置2套新的外加電流陰保系統(tǒng)，根據饋電實驗結果合理設置通電點位置。為減小輔助陽極地床對周圍金屬構筑物的影響，并考慮到在機場內設置地床的占地情況，本工程采用占地小、干擾小、輸出電流更為均勻的深井陽極地床，輔助陽極采用MMO鈦基貴金屬氧化物陽極。追加的陰保系統(tǒng)投運后，管網陰極保護電位均達到保護要求(-0.85～-1.25V，CSE)。圖1為改造后不同測試點保護電位測試圖，圖2為改造后某測點24h不間斷電位測試圖。從圖1和圖2中的數據可以看出，陰保系統(tǒng)運行良好，陰保電位達到了保護要求，管道得到了有效的保護。

圖1 改造后不同測試點保護電位測試圖

圖2 改造后某測點24h不間斷電位測試圖

2 雜散電流干擾檢測及排除

2.1 雜散電流干擾檢測

管道陰保系統(tǒng)正常運行一段時間后，管道保護電位開始出現嚴重漂移現象，電位波動頻率大，幅度高，疑似受到外界雜散電流的干擾。在管道的正常運行中，管道的管地電位是監(jiān)測雜散電流干擾最直觀的參數，當管道受到雜散電流干擾時，管道管地電位會出現異常(如電位波動大、正負大范圍偏移等)，雜散電流分為交流和直流。為了確定雜散電流干擾類型、干擾源及干擾程度，對管道的干擾情況進行了以下檢測：(1)管地交流電位測試，見表1；(2)管地直流電位測試(見表1)，并對個別測點進行1h不間斷測試(如圖3所示)；(3)土壤電位梯度測試，見表2。

表1 陰極保護異常前后數據(保護電位相對于CSE)

由表1中的交流電位的測試結果可知，管道交流電壓均小于1V，根據GB/T50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》規(guī)定：“當管道上的交流干擾電壓不高于4V時，可不采取交流干擾防護措施”，可基本排除交流干擾[1]。

表1和圖3的直流電位測試結果表明：管道直流電位波動較大，已超出陰極保護正常保護范圍(-0.85～-1.25V)，陰極保護運行受到影響，且波動電位均出現正電位，管道受到加速腐蝕的威脅。地中若存在大量的直流雜散電流，必然會引起大地電位梯度的變化，從而可以判斷土壤中是否存在雜散電流及其干擾強度。根據《埋地鋼制管道直流排流保護技術標準》(SY/T0017-2006)規(guī)定[2]，當管道附近土壤電位梯度大于0.5mv/m時，確認為直流干擾，當管道附近土壤電位梯度大于2.5mv/m時，管道應及時采取直流排流保護或其他防護措施[4]。因此，在陰保系統(tǒng)異常的情況下進一步對管道土壤電位梯度進行了測量，相應的測試數據見表2。由表2中的數據可知，管道受到了較強的直流雜散電流干擾，需要進行直流排流保護。

圖3 直流電位1h不間斷測試圖

表2 陰極保護異常后土壤電位梯度

直流干擾源一般為直流電氣化鐵路或直流輸電線路，根據現場的調研情況，管網陰保系統(tǒng)出現異常的節(jié)點與機場地鐵開通的時間點相吻合，初步懷疑直流雜散電流干擾源為機場地鐵。由于地鐵的運行和停運有一定的規(guī)律性，可以通過連續(xù)監(jiān)測管地電位的變化判定地鐵雜散電流對管道的干擾情況。圖4是管道某測點24h不間斷電位測試圖。從圖中的監(jiān)測數據可以看出，在地鐵運行過程中管地電位在量程為0～-2V的數據采集器中滿區(qū)間波動，波動非常劇烈，直流干擾相當嚴重，導致陰保系統(tǒng)不能正常運行；然而，在凌晨23:00～6:00地鐵停運階段，管地電位波動明顯減小，趨于平穩(wěn)。因此進一步確認了雜散電流干擾源為機場地鐵。

2.2 雜散電流排流措施

2.2.1 地鐵雜散電流的腐蝕機理和危害

地鐵供電方式一般采用直流牽引方式[3]，在這種供電方式中，列車直流牽引系統(tǒng)采用正極接接觸網，走行軌作為負回流線，由于走行軌和道床之間往往絕緣不充分，有一部分電流會從走行軌泄露至大地，形成直流雜散電流。當鐵軌附近有埋地金屬管道時，這部分雜散電流就有可能流入管道，雜散電流流入部分為陰極區(qū)，雜散電流流出部位為陽極區(qū)，管道發(fā)生氧化反應生成鐵離子溶于周圍介質中，造成管道發(fā)生電化學腐蝕[4]。與金屬的自然腐蝕相比，直流雜散電流腐蝕一般具有腐蝕激烈、腐蝕部位集中、有防腐層時往往集中于防腐層的缺陷部位，大的雜散電流可能會使被干擾管道在短時間內發(fā)生點狀坑蝕，造成泄漏事故。此外，雜散電流還會對管道陰極保護系統(tǒng)造成影響，嚴重時會造成管道陰保系統(tǒng)癱瘓。

2.2.2 地鐵雜散電流干擾的排流措施

圖4 地鐵雜散電流干擾下管道對地電位監(jiān)測數據

(1)針對管道電位出現正移的情況，管線需要增加外加電流強排陰保站，通過強制排流使管道電位負移。管道電位負移可能會造成過保護，但過保護的危害與干擾腐蝕的危害相比是次要的，在排流保護中應以盡可能降低正的管地電位抑制干擾腐蝕為主。

(2)目前管道雜散電流的防護主要采取排流措施，將管道中的干擾電流人為的使之回流到鐵軌或排流到大地中，依據電連接回路不同，分為直接、極性、強制和接地排流。前三種方法要把電流排放到軌道上，往往都需要地鐵干擾源方的協調支持，而且這些方法的缺點是有可能會對鐵路傳輸信號造成干擾，影響到地鐵的安全運行，國內應用不多。而接地排流是將電流直接通過接地地床排出管道，不需要與地鐵連接，而且施工方便，是一種較為實用的排流方法。實際應用中通常采用排流器加排流地床的組合，排流地床的接地電阻原則上要小于管道接地電阻，根據排流需要可選用不同形式的陽極地床，如淺埋式或排流井，排流接地極可采用鋼管、鋅、鎂犧牲陽極等。排流器正極接管道，負極接排流地床，這樣可以保證電流單方向從管道排出，有效的阻止了保護電流的散失。本工程采用排流器+淺埋排流地床的接地排流措施對地鐵雜散電流進行防護。

排流整改之后，經過近一個月的運行監(jiān)測，雜散電流基本排除，管道保護電位基本恢復到正常有效范圍，確保了管道的正常安全運行。

3 結論

(1)針對在役機場輸油管網分布的復雜性及保護電流分布不均勻等特點，通過饋電實驗合理布置區(qū)域性外加電流陰極保護系統(tǒng)，使整個管網得到充分有效保護。

(2)對輸油管網的雜散電流干擾進行有效的檢測，確定了雜散電流干擾類型、干擾源及干擾程度。并針對地鐵對管道的雜散電流干擾，采取了強排站+接地排流的聯合排流措施，雜散電流基本排除，管道保護電位基本恢復到正常有效范圍。

[1]GB/T50698-2011, 埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準[S].

[2]SY/T0017-2006, 埋地鋼制管道直流排流保護技術標準[S].

[3]李月俊. 地鐵雜散電流防護技術措施[J]. 科技信息, 2009, 6:603.

[4]劉愛芳. 地鐵中金屬管道雜散電流腐蝕的防護[J]. 鐵道勘察,2004, 3:49-50.