甬臺(tái)溫管道雜散電流干擾防治措施*

羅勇 周斌 張海雷

1浙江省天然氣開(kāi)發(fā)有限公司

2中國(guó)石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司

甬臺(tái)溫天然氣管道與甬臺(tái)溫成品油管道從天然氣春曉首站至瑞安站段并線敷設(shè)，并線長(zhǎng)度341.47 km。甬臺(tái)溫天然氣管道外防腐采用三層PE涂層，陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流保護(hù)法。并線段管道的線路陰極保護(hù)站為春曉首站、奉化分輸站、寧海分輸站、臨海分輸站、溫嶺分輸站、龍灣分輸站、瑞安分輸站。甬臺(tái)溫成品油管道與甬臺(tái)溫天然氣管道從成品油管道2#咸祥閥室至瑞安飛云油庫(kù)段并線敷設(shè)，并線長(zhǎng)度341.47 km。甬臺(tái)溫成品油管道外防腐采用三層PE 涂層，陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流保護(hù)法。并線段管道的線路陰極保護(hù)站為2#咸祥閥室、寧海分輸泵站、臨海分輸泵站、11#清北閥室、靈昆清管站、瑞安末站。由于甬臺(tái)溫天然氣和成品油管道與高鐵和高壓輸電線路存在多處的伴行和交叉，導(dǎo)致管道出現(xiàn)了交流、直流雜散電流的干擾[1-4]。埋地管道防腐層和管體會(huì)被瞬時(shí)強(qiáng)大的電流擊穿，導(dǎo)致管道外防腐層出現(xiàn)破損。腐蝕性物質(zhì)通過(guò)破損點(diǎn)接觸管道金屬，出現(xiàn)腐蝕。同時(shí)電流也經(jīng)過(guò)破損點(diǎn)流入管道，干擾陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常工作，進(jìn)一步加速腐蝕。另外，這些雜散電流和電壓會(huì)嚴(yán)重威脅周?chē)藛T的安全。因此，采取措施減少雜散電流干擾，十分必要和緊迫[5-6]。

1 高鐵和高壓輸電線的干擾

1.1 天然氣管道雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域

經(jīng)過(guò)對(duì)《甬臺(tái)溫天然氣管道雜散電流及陰極保護(hù)檢測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)的分析，交流干擾區(qū)域集中在以下區(qū)域：莼湖閥室—江瑤閥室—寧海分輸站段，該段管線與甬臺(tái)溫高鐵、輸電線路伴行、交叉；澄江閥室附近，該處管線周邊存在輸電線路；南樂(lè)閥室—樂(lè)成閥室之間南岳鎮(zhèn)段管線周邊存在高壓線。

從陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)前的地電位梯度、管道直流電位檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，整條管道均受到了一定的直流干擾，但位置不同其干擾規(guī)律也不同：陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)前，D01～FA21段、CA05～CB30 段、DC19～DC35 段、1553～2D 段、1283～1251 段 管線直流電位正向、負(fù)向波動(dòng)，電位波動(dòng)幅度較大，其余管段直流電位以負(fù)向波動(dòng)為主。陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，直流干擾受到了抑制，干擾程度有所減弱。斷電電位的波動(dòng)小于通電電位的波動(dòng)程度。從37處24h的通/斷電檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，F(xiàn)A4、FA3、FA2、FA12、FA13-2、FA22-1、FA17、FA20、FA22-1 處的斷電電位波動(dòng)，其余位置斷電電位較為穩(wěn)定，但尚未達(dá)到陰極保護(hù)要求，主要表現(xiàn)為欠保護(hù)。

1.2 成品油管道雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域

經(jīng)過(guò)對(duì)《甬臺(tái)溫成品油管道雜散電流及陰極保護(hù)檢測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)的分析，交流干擾區(qū)域集中在以下區(qū)域：咸祥閥室—寧海分輸站段，該段管線與甬臺(tái)溫高鐵、輸電線路伴行、交叉；莼湖閥室—西店閥室之間的管線周邊存在高壓輸電線路；澄江閥室附近，該處管線周邊存在輸電線路。從陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)前的地電位梯度、管道直流電位檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，整條管道均受到了一定的直流干擾，但位置不同其干擾規(guī)律也不同：陰保系統(tǒng)投運(yùn)前，D01～CB60 段、DC24～DC35 段、1553～3D 段、1291～1251 段管線直流電位正向、負(fù)向波動(dòng)，電位波動(dòng)幅度較大；陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，直流干擾程度有所減弱。從全線近期的通/斷電檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，通、斷電位均有波動(dòng)，但波動(dòng)幅度與系統(tǒng)投運(yùn)前的檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)相比較小，D06～SL10 段、CA2～CB10 段的斷電電位未達(dá)到陰極保護(hù)要求，主要表現(xiàn)為欠保護(hù)。

1.3 雜散電流干擾的危害

雜散電流干擾會(huì)導(dǎo)致管道產(chǎn)生腐蝕，甚至威脅人員的生命安全。直流雜散電流干擾的存在極大地影響管道的運(yùn)行安全，會(huì)造成絕緣器件（如閥室絕緣卡套）的損壞，影響相關(guān)設(shè)備（如恒電位儀）的正常運(yùn)行，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致管道出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕。盡管交流干擾引起的腐蝕強(qiáng)度要比直流干擾小得多，大約為直流干擾的2%或更?。坏墙涣鞲蓴_對(duì)管道具有去極化作用，會(huì)加劇腐蝕，形成一定數(shù)量的穿孔，同時(shí)加速絕緣層的老化，引起防腐層的剝離脫落，陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到影響，特殊情況下，產(chǎn)生的高感應(yīng)電壓會(huì)迅速擊穿絕緣層，擊毀陰極保護(hù)設(shè)施，甚至嚴(yán)重威脅人員安全。

1.4 雜散電流干擾的防護(hù)方式

本工程管道沿線與甬臺(tái)溫高鐵以及多條高壓輸電線路伴行或交叉，部分管段交流干擾較為嚴(yán)重，因此要采取相應(yīng)的干擾防護(hù)措施。

管道交流干擾防護(hù)措施主要有以下幾類(lèi)：①屏蔽：如金屬格柵、防護(hù)棚洞等；②隔離：如在被干擾段設(shè)置絕緣接頭或絕緣法蘭；③接地：通過(guò)排流接地體將干擾產(chǎn)生的電流引入大地，減輕交流干擾。

目前，較為常用的還是采用接地排流的方式，GB/T 50698《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中提到了相關(guān)的排流接地方式：直接接地、負(fù)電位接地和固態(tài)去耦合器接地。

直接接地適用于陰極保護(hù)站保護(hù)范圍小的被干擾管道，具有簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、減輕干擾效果好的優(yōu)點(diǎn)；應(yīng)用范圍小，漏失陰極保護(hù)電流。

負(fù)電位接地適用于受干擾區(qū)域管道與強(qiáng)制電流保護(hù)段電隔離，且土壤環(huán)境適宜采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的干擾管道，具有減輕干擾效果好、向管道提供陰極保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)；管道進(jìn)行瞬間斷電測(cè)量與評(píng)價(jià)陰極保護(hù)有效性實(shí)施困難。

固態(tài)去耦合器接地適用范圍廣，能有效隔離陰極保護(hù)電流，減輕干擾效果好；額定雷電沖擊及故障電流通流容量大，裝置抗雷電或故障電流強(qiáng)電沖擊性能好。

2 干擾防治措施

2.1 管道交流雜散電流

由于天然氣管道、成品油管道均采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，為防止陰極保護(hù)電流流失，干擾防護(hù)采用固態(tài)去耦合器。與電氣化鐵路交叉處的排流點(diǎn)的接地體采用帶狀鋅合金陽(yáng)極及棒狀鋅合金犧牲陽(yáng)極，鋅帶沿管道敷設(shè)；其余排流點(diǎn)的接地體采用棒狀鋅合金犧牲陽(yáng)極。

2.1.1 固態(tài)去耦器和鋅陽(yáng)極的技術(shù)性能要求

固態(tài)去耦合器是一種集嵌位式排流與浪涌保護(hù)器于一體的交流干擾防護(hù)裝置，具有較高的交流故障電流、雷電電流通流能力和極低的電壓保護(hù)水平。它可安裝在管道附近的高壓輸電線路鐵塔及其接地系統(tǒng)附近、高壓輸電線路與管道并行段的公共走廊內(nèi)、管道與輸電線路交叉位置處的兩側(cè)，用來(lái)降低管道上感應(yīng)的交流雜散電流及部分直流雜散電流對(duì)埋地管道的影響。

去耦器供貨商應(yīng)提供獨(dú)立第三方權(quán)威檢測(cè)（認(rèn)證）機(jī)構(gòu)出具的技術(shù)性能檢測(cè)報(bào)告，確保其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。固態(tài)去耦器技術(shù)及性能要求見(jiàn)表1。

鋅合金犧牲陽(yáng)極成分中鋅的含量應(yīng)不小于99.314%，高純鋅合金中鋅的含量應(yīng)不小于99.99%，其他元素含量應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.1.2 施工要求

每處干擾排流點(diǎn)設(shè)1 臺(tái)固態(tài)去耦合器，固態(tài)去耦合器應(yīng)設(shè)有混凝土基礎(chǔ)，以增強(qiáng)其安裝的牢固性和安全性。供貨商應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)，固態(tài)去耦合器的安裝、接線和調(diào)試等必須在供貨商的指導(dǎo)下進(jìn)行。

與電氣化鐵路交叉處的排流點(diǎn)沿管道敷設(shè)2 根鋅帶、6 支ZP-8 棒狀鋅陽(yáng)極，鋅帶與管道間距不小于2.5 m，埋深與管道中心平齊；其余排流點(diǎn)埋設(shè)30 支ZP-3 棒狀鋅陽(yáng)極。若由于征地困難等因素導(dǎo)致分布式排流無(wú)法實(shí)施，在征得業(yè)主、設(shè)計(jì)同意后可以考慮采用深井式排流，但要結(jié)合地質(zhì)條件確定。

棒狀鋅合金犧牲陽(yáng)極的埋設(shè)必須采用化學(xué)填包料，填包料厚度大于100 mm，應(yīng)采用布袋包裝回填，嚴(yán)禁使用化纖織品預(yù)包裝，填包料包裝可在室內(nèi)進(jìn)行。填包料應(yīng)調(diào)拌均勻，不得混入石塊、泥土和雜草等。填包料配方為石膏粉∶膨潤(rùn)土∶工業(yè)硫酸鈉=75∶20∶5。

表1 固態(tài)去耦合器主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of solid state decoupler

固態(tài)去耦合器與管道的連接采用銅焊，電纜截面積不小于35 mm2。焊接完成后采用黏彈體膠帶+聚丙烯膠帶對(duì)破損的防腐層進(jìn)行修復(fù)。

2.2 天然氣管道直流雜散電流

甬臺(tái)溫天然氣管道直流電位正向、負(fù)向波動(dòng)較為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)镈01～FA21 段、CA5～CB30 段、DC19～DC35 段、1553～2D 段、1283～1251 段，其 中FA26～FA17-1 段、DC26～DC29 段、1288～1261 段交流干擾較為嚴(yán)重，考慮到固態(tài)去耦合器在交流排流的同時(shí)，超過(guò)閾值電壓后同樣可以進(jìn)行直流排流，因此在交/直流共存段采用固態(tài)去耦合器進(jìn)行排流，但固態(tài)去耦合器的閾值電壓應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行確定；其余干擾嚴(yán)重段采用極性排流器進(jìn)行排流，排流接地體采用鋅帶、棒狀鋅陽(yáng)極。

其余段管道受到的干擾較弱，陰極保護(hù)系統(tǒng)投運(yùn)后，檢測(cè)單位對(duì)SL7、SL13 進(jìn)行了24 h 的通電、極化電位檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。從圖中可以看出，SL7、SL13 的極化電位未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，主要表現(xiàn)為欠保護(hù)，目前尚不能確定該問(wèn)題是否可以通過(guò)調(diào)節(jié)線路陰極保護(hù)系統(tǒng)的輸出來(lái)解決，因此方案階段暫考慮沿線設(shè)置鎂合金犧牲陽(yáng)極作為陰極保護(hù)補(bǔ)充措施，具體根據(jù)檢測(cè)情況確定。

2.3 成品油管道直流雜散電流

甬臺(tái)溫成品油管道直流電位正向、負(fù)向波動(dòng)較為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)镈01～CB60 段、DC24～DC35 段、1553～3D 段、1291～1251 段，其中FA26～FA17-1段、DC26～DC29 段、1288～1261 段交流干擾較為嚴(yán)重，在交/直流共存段采用交/直流排流器進(jìn)行排流，在交流干擾嚴(yán)重段采用固態(tài)去耦合器進(jìn)行排流，在直流干擾嚴(yán)重段采用極性排流器進(jìn)行排流。

2.3.1 極性排流器和鎂合金犧牲陽(yáng)極的技術(shù)性能要求

極性排流器供貨商應(yīng)提供獨(dú)立第三方權(quán)威檢測(cè)（認(rèn)證）機(jī)構(gòu)出具的技術(shù)性能檢測(cè)報(bào)告，確保其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。極性排流器技術(shù)及性能要求見(jiàn)表2。

鎂合金陽(yáng)極為梯形（每支22 kg），鎂合金陽(yáng)極化學(xué)成分及化學(xué)性能滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 SL7 的通電、極化電位曲線Fig.1 Power-on，polarization potential curve of SL7

圖2 SL13 的通電、極化電位曲線Fig.2 Power-on，polarization potential curve of SL13

表2 極性排流器主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Main technical parameters of polarity drainager

2.3.2 施工要求

極性排流器參考固態(tài)去耦合器進(jìn)行安裝，接地體為30 支棒狀鋅陽(yáng)極（每支25 kg）。甬臺(tái)溫天然氣管道的梯形鎂陽(yáng)極暫考慮10 組，每組包含6 支陽(yáng)極，利用沿線測(cè)試樁同管道相連。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)埋地金屬管道受到直流、交流雜散電流干擾將造成嚴(yán)重腐蝕，并危害人員安全，應(yīng)根據(jù)工程具體情況采取有效措施。

（2）通過(guò)采取不同措施，有針對(duì)性地解決了交流和直流雜散電流對(duì)天然氣管道和成品油管道的干擾，使得雜散電流及時(shí)排出，降低了腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。