埋地鋼質(zhì)管道交流雜散電流檢測(cè)及防護(hù)措施

郭艷偉

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院 佛山 528000）

埋地鋼質(zhì)管道交流雜散電流檢測(cè)及防護(hù)措施

郭艷偉

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院 佛山 528000）

本文介紹了埋地鋼質(zhì)管道交流雜散電流的形成原因及危害，并對(duì)其測(cè)試方法、干擾程度評(píng)價(jià)指標(biāo)、防護(hù)措施進(jìn)行了分析討論。比較了國內(nèi)外不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于交流干擾程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)比了交流雜散電流常見接地排流方式的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)實(shí)例闡述了交流干擾評(píng)價(jià)中存在的問題，希望管道檢測(cè)人員以及業(yè)主對(duì)此引起足夠的重視。

埋地鋼質(zhì)管道 交流雜散電流 檢測(cè)方法 評(píng)價(jià)指標(biāo) 防護(hù)措施

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的速度不斷加快，輸電線路、電氣化鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需求日益增加，考慮到地形，交通，距離和人員密集程度等條件，并遵循路權(quán)優(yōu)先原則，埋地鋼管和電氣化鐵路和高壓輸電線路共享走廊的可能性越來越大[1]。當(dāng)管道和干擾源共享走廊時(shí)，由于電感耦合，電阻耦合，電容耦合等原因，在埋地鋼質(zhì)管道中很容易產(chǎn)生交流雜散電流。若是管道的防腐層受損，交流電流將從防腐層受損處流出，加快管道腐蝕，會(huì)對(duì)管道的正常運(yùn)行、站場(chǎng)的陰保設(shè)施和維護(hù)人員造成很大的威脅[2]。因此，檢測(cè)出鋼質(zhì)管道上的交流雜散并進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)，采取防護(hù)措施減小交流雜散對(duì)管道的干擾影響，為油氣管道的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的敷設(shè)環(huán)境。

1 交流雜散干擾測(cè)試方法

GB/T 19285—2014給出了交流雜散干擾的三種測(cè)試方法，分別為管道交流干擾電壓測(cè)量法、交流電流密度測(cè)試法以及感應(yīng)電流測(cè)試法[3]。

GB/T 19285—2014給出了交流電壓檢測(cè)的連線圖和數(shù)據(jù)處理方法，根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以找到檢測(cè)點(diǎn)干擾電壓的最大值、最小值，并求得平均值，進(jìn)而可以得到檢測(cè)點(diǎn)干擾電壓隨時(shí)間變化的曲線以及檢測(cè)點(diǎn)干擾電壓最大值、最小值、平均值在距離上的分布情況。

交流電流密度測(cè)試法通常采取埋設(shè)腐蝕檢查片或者ER探針對(duì)管道的交流干擾及腐蝕程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查片的裸露面積為100mm2，通常三個(gè)一組安裝在靠近管線的土壤里，并與管道實(shí)現(xiàn)電連接，接受與管道相同的陰極保護(hù)電流和交流雜散干擾，將直接讀取的交流電流值除以檢查片或者ER探針的有效露出面積得到交流電流密度值[4]。

感應(yīng)電流測(cè)試法采用一定數(shù)量的感應(yīng)電流測(cè)試儀以一定的距離間隔和記錄時(shí)間間隔放置在目標(biāo)管線的正上方，可以測(cè)試出被監(jiān)測(cè)管段的動(dòng)態(tài)雜散電流的分布情況，并且可以精準(zhǔn)地確定雜散電流在什么部位流出和流入。

2 交流干擾程度評(píng)價(jià)指標(biāo)

交流電流密度是交流電流在防腐層受損部位單位面積的泄放值，它能客觀、精確地體現(xiàn)交流腐蝕狀況，下面總結(jié)了國內(nèi)外不同標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于交流干擾程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。德國在不同的交流雜散干擾項(xiàng)目檢測(cè)分析后得表1結(jié)論[5]；在DD CEN/TS 15280—2006標(biāo)準(zhǔn)中[6]，交流電流密度JAC的干擾評(píng)價(jià)指標(biāo)見表2；ISO 15589-1—2015中規(guī)定交流電流密度限值為30 A/m2，當(dāng)交流電流密度大于30A/m2時(shí)，很大概率產(chǎn)生交流腐蝕[7]。

表1 德國規(guī)定的交流電流密度評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 DD CEN/TS 15280—2006規(guī)定的電流密度指標(biāo)

在標(biāo)準(zhǔn)BS EN 12954—2001中，采用交流電流密度與直流電流密度的比值（JAC/JDC）來評(píng)價(jià)交流干擾，數(shù)值見表3[8]。

表3 BS EN 12954—2001中JAC/JDC評(píng)價(jià)指標(biāo)

GB/T 19285—2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，當(dāng)管道上任意位置的交流雜散電壓均小于4V時(shí)，可不采取保護(hù)手段，超過4V時(shí)，以交流電流密度的數(shù)值來評(píng)估干擾程度，數(shù)值按式（1）求得。

式中：

JAC——交流電流密度，A/m2；

V——取交流電壓有效值的平均值，V；

ρ——土壤電阻率，Ω·m；

d——破損點(diǎn)直徑，m。

ρ值取交流電壓測(cè)試點(diǎn)處與管道相同埋深的土壤電阻率測(cè)試值，d值按發(fā)生交流腐蝕最嚴(yán)重的情況下的值，為0.0113，交流雜散干擾程度的判據(jù)數(shù)值見表4。

3 交流干擾案例分析

某條天然氣管道與1000kV交流輸電線路共用走廊，伴行距離大概22km，管線中心位置距離高壓線塔約80m，對(duì)其管道的交流雜散電流干擾檢測(cè)分初步檢測(cè)和詳細(xì)檢測(cè)兩個(gè)階段，初步檢測(cè)為短時(shí)間（10 min）的交流干擾監(jiān)測(cè)，對(duì)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的交流干擾電壓大于4V的位置開展24h連續(xù)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)參數(shù)包括土壤電阻率、交流干擾電壓和電流密度。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果如圖1所示，在所檢測(cè)的22個(gè)測(cè)試樁處，交流干擾電壓超過4V的測(cè)試樁有18處，最大的達(dá)到16.75V，對(duì)其進(jìn)行24h連續(xù)電位監(jiān)測(cè)如圖2所示；交流電流密度超過30A/m2的有22處，最大達(dá)到143.6A/m2；管道沿線土壤為稻田中的黏土，土壤電阻率介于16.98～30.14Ω·m。由于沿線土壤電阻率較小，編號(hào)為CS030、CS032以及CS033測(cè)試樁處的交流干擾電壓分別為3.57V、3.81V和3.72V，雖然交流干擾電壓均小于4V，但是根據(jù)計(jì)算出來的交流電流密度分別為44.767A/m2、44.767A/m2和44.767A/m2。

GB/T 19285—2014中采用單一的交流電壓進(jìn)行干擾評(píng)價(jià)具有片面性，因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)這種情況：在某些位置交流電壓比較小，但是土壤電阻率也很小，這樣計(jì)算出的電流密度卻很大；或者交流電壓比較大，而實(shí)際從破損點(diǎn)處流出的雜散電流又很少，這種情況下對(duì)管道的腐蝕傷害卻不大。所以不能單一采用干擾電壓4V的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)是否存在交流干擾，目前國際上較多采用交流電流密度來進(jìn)行交流干擾評(píng)價(jià)。

表4 GB/T 19285—2014交流干擾程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖1 CS032～CS050測(cè)試樁交流干擾參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖2 CSZ049測(cè)試樁交流電壓24h監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 交流雜散干擾防護(hù)措施

目前，針對(duì)交流雜散電流干擾防護(hù)措施主要是采取排流措施，最基本的原則是降低管道的接地電阻，降低交流電壓，但不能影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。交流干擾防護(hù)措施主要形式有負(fù)電位接地、直接接地以及固態(tài)去耦合器等排流技術(shù)[9]，見表5。當(dāng)采用固態(tài)去耦合器排流方式時(shí)，目前較多的采用普通鋼管、扁鋼、鍍鋅角鋼等作為接地材料，在去耦合器失效時(shí)，可以很大程度上避免電偶腐蝕[10]。

對(duì)交流干擾防護(hù)效果的進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，符合下列要求：

1）干擾防護(hù)效果的評(píng)價(jià)位置至少應(yīng)有排流接地極、試片安裝點(diǎn)、緩解效果較好的點(diǎn)、緩解效果較差的點(diǎn)，其他評(píng)定位置可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選??；

2）在讀取干擾防護(hù)措施投用前后參數(shù)時(shí)，測(cè)試位置、讀數(shù)時(shí)間間隔、測(cè)試時(shí)間段、測(cè)量方法和儀器設(shè)備應(yīng)一致。

在防護(hù)措施實(shí)施以后，根據(jù)GB/T 19285—2014的規(guī)定，交流干擾防護(hù)效果應(yīng)符合表6的要求。

表5 交流雜散常見的接地排流方式[11-12]

表6 交流干擾防護(hù)效果評(píng)價(jià)[3]

5 結(jié)論

1）交流雜散電流的產(chǎn)生是由管道與干擾源之間的感性耦合、阻性耦合、電容耦合作用而引起的。

2）交流雜散干擾測(cè)試方法主要有交流干擾電壓測(cè)量法、交流電流密度測(cè)試法以及感應(yīng)電流測(cè)試法。

3）評(píng)價(jià)是否采取干擾防護(hù)措施不能單一采用交流電壓4V的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)，當(dāng)土壤電阻率較低時(shí)，計(jì)算出的交流電流密度可能很大，因此，使用交流電流密度指標(biāo)評(píng)價(jià)交流干擾程度較為合理。

4）采用固態(tài)去耦合器串聯(lián)在接地極中的交流干擾防護(hù)措施效果最佳，接地材料選用普通鋼管、扁鋼、鍍鋅角鋼，避免產(chǎn)生電偶腐蝕。

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[9] 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)[S].

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Testing Methods and Protective Measures for AC Stray Current in Buried Steel Pipelines

Guo Yanwei
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Foshan 528000)

In this paper, the causes and hazards of AC stray current in buried steel pipes were introduced, and testing methods, evaluation criteria, protective measures of AC stray current were discussed. This paper compared the evaluation indexes of different standards at home and abroad for the degree of AC interference, and the applicable conditions and advantages and disadvantages of the common ground discharge method of AC stray current. The problems in the evaluation of AC disturbances were expounded by field test cases. It is hoped that the pipeline inspectors and the owners will pay enough attention to it.

Buried steel pipeline AC stray current Testing method Evaluation criteria Protective measures

X924

B

1673-257X（2017）10-0032-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.10.008

郭艷偉（1987～)，男，碩士，初級(jí)工程師，從事埋地管道檢驗(yàn)評(píng)價(jià)工作。

郭艷偉，E-mail： xitu081@126.com。

2017-03-02）