中國(guó)和歐洲管道交流干擾腐蝕標(biāo)準(zhǔn)差異分析

孫芳芳 茹曉哲 王宏武 張軒軻 胡炎興 馬偉平

1中油管道建設(shè)工程有限公司

2中國(guó)石油新疆油田分公司采氣一廠

3中國(guó)石油青海油田分公司管道輸油處

4中國(guó)石油新疆油田分公司油氣儲(chǔ)運(yùn)公司

5中國(guó)石油管道科技研究中心

近年來(lái)，我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展[1]，但長(zhǎng)輸管道與高壓輸電線路、鐵路并行和交叉敷設(shè)的安全問(wèn)題日益突出[2]。影響管道交流腐蝕的主要因素有感應(yīng)的交流電壓、裸露金屬上的交流電流密度、管道直流電流的極化程度、防腐層破損點(diǎn)尺寸、周?chē)耐寥离娮杪屎椭車(chē)耐寥阑瘜W(xué)成分[3]。例如忠武輸氣管道宜昌—武漢段、武漢—黃石支線與三峽水電站外輸?shù)亩鄺l500 kV 高壓輸電線路存在并行和交叉問(wèn)題，管-地電位出現(xiàn)大幅度波動(dòng)（最高達(dá)到-230 mV），交流電壓也達(dá)到20 V[4]。輸電線路會(huì)對(duì)埋地金屬管道產(chǎn)生較強(qiáng)的交流干擾腐蝕，輸電線路故障所造成的瞬態(tài)高感應(yīng)電壓可能擊穿管道防腐層，毀壞陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備，并對(duì)操作人員人身安全造成威脅[5]。隨著750 kV 和1 000 kV特高壓輸電線路技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)管道設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行運(yùn)營(yíng)提出了更高的要求[6]。

國(guó)外基于大量實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、案例分析和工程應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了管道交、直流干擾防護(hù)的系列標(biāo)準(zhǔn)，其中較有代表性的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280—2013[7]。新版的EN 15280—2013 在交流腐蝕判定準(zhǔn)則、測(cè)試點(diǎn)選擇、減緩措施等方面進(jìn)行了修訂。

1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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)》，2011版修訂了交流腐蝕的識(shí)別、評(píng)估、調(diào)查與測(cè)試、監(jiān)測(cè)等方面內(nèi)容，以及減輕交流電和雷電對(duì)管道腐蝕控制系統(tǒng)影響的防護(hù)技術(shù)。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280—2013《Evaluation of A.C.Corrosion Likelihood of Buried Pipelines Applicable to Cathodically Protected Pipelines/埋地陰極保護(hù)管道交流腐蝕可能性評(píng)估》，由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)CEN/TC 219“陰極保護(hù)技術(shù)委員會(huì)”制定，上一版本是CEN/TS 15280—2006。該標(biāo)準(zhǔn)適用于受交流牽引系統(tǒng)和交流輸電線路影響的埋地管道（頻率在16.7～60 Hz），研究了由交流電力系統(tǒng)的感應(yīng)、傳導(dǎo)和耦合作用導(dǎo)致的干擾腐蝕及其影響的容許極限，規(guī)定了評(píng)價(jià)交流干擾可能性相關(guān)的測(cè)試技術(shù)，減緩交流腐蝕系統(tǒng)投運(yùn)的措施。

2 陰極保護(hù)人員資質(zhì)要求

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 規(guī)定從事陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝監(jiān)理、投運(yùn)、操作監(jiān)督、測(cè)量、監(jiān)控以及維修監(jiān)督的人員應(yīng)具備完成任務(wù)所要求的能力。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15257—2007《陰極保護(hù)人員能力水平認(rèn)證》給出了評(píng)價(jià)陰極保護(hù)人員的適用方法，陰極保護(hù)人員宜遵循EN 15257 或其他同等程序取得資質(zhì)證書(shū)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447 未規(guī)定陰極保護(hù)人員資質(zhì)要求。GB/T 21448規(guī)定應(yīng)在有資格的腐蝕工程師或具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的腐蝕專家指導(dǎo)下使用陰極保護(hù)。GB/T 50698規(guī)定從事交流干擾和雷電影響的防護(hù)設(shè)施安裝、調(diào)試、測(cè)試、維修的人員應(yīng)受過(guò)電氣安全培訓(xùn)，并掌握相關(guān)電氣安全知識(shí)。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)陰極保護(hù)人員資質(zhì)要求不如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 嚴(yán)格，歐洲還制定了專門(mén)的評(píng)價(jià)陰極保護(hù)人員能力水平的標(biāo)準(zhǔn)EN 15257，具有借鑒意義。

3 管道設(shè)計(jì)階段交流腐蝕評(píng)估

GB/T 50698規(guī)定在路徑受限區(qū)域，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮管道可能受到的交流干擾，并對(duì)管道上可能產(chǎn)生的交流腐蝕和對(duì)腐蝕控制系統(tǒng)的影響程度進(jìn)行分析和評(píng)估。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 規(guī)定應(yīng)根據(jù)EN 50443—2011《由于高壓交流牽引系統(tǒng)和輸電線路對(duì)管道造成的電磁干擾影響》，采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算干擾水平，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，以確定為保持接觸電壓在可接受安全水平所需的接地要求。計(jì)算結(jié)果也用來(lái)確定降低交流腐蝕所需的電壓，同時(shí)作為實(shí)施減緩措施的依據(jù)。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)管道設(shè)計(jì)階段交流腐蝕評(píng)估僅為原則性規(guī)定。歐洲制定了專門(mén)評(píng)估交流腐蝕影響的標(biāo)準(zhǔn)EN 50443，綜合利用數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定交流腐蝕影響，并作為設(shè)計(jì)、實(shí)施減緩措施的依據(jù)，理念更為合理，具有借鑒意義。

GIS使現(xiàn)狀的空間位置與屬性相對(duì)應(yīng)，并進(jìn)行可視化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)信息的快速查詢與分析，使管廊規(guī)劃更具科學(xué)性，同時(shí)提高設(shè)計(jì)與管理的工作效率。多規(guī)統(tǒng)籌，GIS緩沖區(qū)分析和疊合分析，配合因子權(quán)重和專家打分機(jī)制，使空間耦合，確定合理規(guī)劃方案[2]。管廊布置方案規(guī)劃如圖3所示。

4 交流腐蝕判定準(zhǔn)則

4.1 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)交流腐蝕判定準(zhǔn)則

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447 規(guī)定交流電對(duì)高性能防腐層埋地管道的干擾可按15 V 交流開(kāi)路電壓進(jìn)行判定，在有安全防護(hù)措施的情況下，判斷標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50698 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。管道受交流干擾程度的判斷準(zhǔn)則見(jiàn)表1。當(dāng)交流干擾程度判定為“強(qiáng)”時(shí)，應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施；判定為“中”時(shí)，宜采取交流干擾防護(hù)措施；判定為“弱”時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

4.2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)交流腐蝕判定準(zhǔn)則

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 使用多種指標(biāo)對(duì)交流腐蝕可能性及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（1）交流電壓。根據(jù)大量交流腐蝕案例數(shù)據(jù)，并考慮了不同國(guó)家預(yù)防控制交流腐蝕的差異性，EN 15280—2013 版修改了判定管道是否存在交流干擾的準(zhǔn)則，準(zhǔn)則考慮了兩種不同的情形：①管道在“低”通電電位（正于-1.2 V，相對(duì)飽和硫酸銅電極）時(shí)，允許交流電壓達(dá)到15 V；②管道在“高”通電電位（負(fù)于-1.2 V，管道存在雜散電流干擾）時(shí)，要求將交流電壓降至最低允許水平。

（2）交流電流密度。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 使用交流電流密度參數(shù)評(píng)價(jià)交流腐蝕的可能性準(zhǔn)則：交流電流密度低于30 A/m2時(shí)，不會(huì)發(fā)生交流腐蝕或者發(fā)生交流腐蝕的可能性較小；交流電流密度介于30～100 A/m2之間時(shí)，發(fā)生交流腐蝕的可能性為中等；交流電流密度大于100 A/m2時(shí)，發(fā)生交流腐蝕的可能性很高。

（3）交流電流密度Iac/直流電流密度Idc比值。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 提出根據(jù)交流電流密度Iac和直流電流密度Idc之比評(píng)估管道交流干擾腐蝕風(fēng)險(xiǎn)：Iac/Idc＜5，交流腐蝕可能性低；Iac/Idc＝5～10，存在交流腐蝕的可能性，需要結(jié)合極化特性、防腐層缺陷面積、土壤電阻率等陰極保護(hù)參數(shù)確定；Iac/Idc＞10，交流腐蝕可能性高，需要采取腐蝕減緩措施。

（4）土壤電阻率。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 規(guī)定土壤電阻率與發(fā)生交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為：電阻率低于25 Ω·m，極高風(fēng)險(xiǎn)；電阻率介于25～100 Ω·m 之間，高風(fēng)險(xiǎn)；電阻率介于100～300 Ω·m之間，中等風(fēng)險(xiǎn)；電阻率大于300 Ω·m，低風(fēng)險(xiǎn)。EN 15280 還規(guī)定了不同土壤電阻率條件下交流干擾電壓對(duì)管道的影響程度：管道附近局部土壤電阻率大于25 Ω·m時(shí)，交流干擾電壓不應(yīng)超過(guò)10 V；當(dāng)局部土壤電阻率小于25 Ω·m時(shí)，交流干擾電壓不應(yīng)超過(guò)4 V。

4.3 中歐交流腐蝕判定準(zhǔn)則差異

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 認(rèn)為埋地金屬管道的交流干擾源主要是高壓交流輸電線路和高壓交流牽引系統(tǒng)，在低電阻率土壤區(qū)域采用單一交流電流密度評(píng)估，以及在高電阻率土壤區(qū)域采用單一交流干擾電壓評(píng)估，均存在一定的局限性。因?yàn)榻涣鞲蓴_電壓與多種參數(shù)有關(guān)，如輸電線路電壓等級(jí)、輸電線路相導(dǎo)體和接地體的配置、輸電線路與管道的距離、交流輸電線路相導(dǎo)體的電流、管線涂層平均電阻、涂層厚度和土壤電阻率[10]。因此，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 指出交流腐蝕復(fù)雜多變，不應(yīng)使用單一閾值，應(yīng)使用多種指標(biāo)（電壓、電流、電流比值和土壤電阻率等）對(duì)交流腐蝕可能性及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其相對(duì)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)更為全面、合理。

5 交流腐蝕減緩效果評(píng)估

5.1 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)交流腐蝕減緩效果評(píng)估準(zhǔn)則

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50698 規(guī)定管道交流腐蝕防護(hù)應(yīng)遵循以下兩點(diǎn)：

（1）土壤電阻率不大于25 Ω·m的區(qū)域，管道交流干擾電壓低于4 V；土壤電阻率大于25 Ω·m 的區(qū)域，交流電流密度小于60 A/m2。

（2）管道上的持續(xù)干擾電壓和瞬間干擾電壓應(yīng)低于陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和測(cè)試樁的抗工頻干擾電壓和抗電強(qiáng)度指標(biāo)，并滿足安全接觸電壓的要求。

5.2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)交流腐蝕減緩效果評(píng)估準(zhǔn)則

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 規(guī)定應(yīng)實(shí)施管道交流腐蝕減緩措施，以降低至可接受水平，具體為：

（1）第一步，將管線上的交流電壓降至目標(biāo)值，宜小于等于15 V，該值為在代表性時(shí)間期段內(nèi)（如24 h）測(cè)量的均方根平均值。

（2）第二步，按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12954—2001《埋地或水下金屬結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)——一般原則和在管道中的應(yīng)用》實(shí)施交流腐蝕減緩措施，應(yīng)符合下列要求：①在代表性時(shí)間段內(nèi)（如24 h），使1 cm2的檢查片或探頭上的交流電密度均方根平均值小于30 A/m3；②如交流電流密度高于30 A/m3時(shí)，在代表性時(shí)間段內(nèi)，使1 cm2的檢查片或探頭上保持平均陰極電流密度低于1 A/m3；③在代表性時(shí)間段內(nèi)，保持交流電流密度和直流電流密度之比小于5。

此外，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 指出，電流密度比值在3～5 之間，表明發(fā)生交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較低。為了最大程度降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，最好保證電流密度比值小于3。測(cè)量腐蝕速率也可證明交流腐蝕減緩措施的有效性。

5.3 中歐交流腐蝕減緩效果評(píng)估準(zhǔn)則差異

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)交流腐蝕減緩效果評(píng)估中，交流干擾電壓和交流電流密度是并列關(guān)系，即優(yōu)先級(jí)是相同的，滿足其一即可。交流干擾電壓可接受水平為不能影響陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備電氣安全，以及滿足人員安全接觸電壓。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 交流腐蝕減緩效果評(píng)估中，交流干擾電壓優(yōu)先級(jí)最高，即首先降低交流干擾電壓，其次是交流電流密度，這體現(xiàn)了“以人為本”“生命至上”的理念。此外考慮管道交流腐蝕受多種因素影響，分別規(guī)定了交流電流密度、陰極保護(hù)電流密度和Iac/Idc比值應(yīng)滿足規(guī)范的要求。該理念更為合理、全面，避免了使用單一參數(shù)評(píng)價(jià)交流腐蝕減緩效果的局限性，也為制定交流腐蝕減緩措施提供了多種選擇，具有靈活性。

6 交流腐蝕測(cè)試點(diǎn)選擇原則

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50698 將交流腐蝕測(cè)試分為普查測(cè)試和詳細(xì)測(cè)試兩種類型，分別規(guī)定了普查測(cè)試點(diǎn)選定的原則，以及詳細(xì)測(cè)試的時(shí)間頻率要求。普查測(cè)試點(diǎn)應(yīng)選在與干擾源接近的管段，間隔宜為1 km，宜利用現(xiàn)有測(cè)試樁；與高壓交流輸電線路接近的管段，各點(diǎn)測(cè)試時(shí)間不短于5 min；與交流電氣化鐵路接近的管段，測(cè)試宜選擇在列車(chē)運(yùn)行的高峰時(shí)間段上。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 規(guī)定交流腐蝕測(cè)試應(yīng)結(jié)合陰極保護(hù)有效性測(cè)試，即定期測(cè)量測(cè)試樁的交流電壓。在疑似存在交流腐蝕的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行必要的測(cè)試，應(yīng)選擇的測(cè)試點(diǎn)包括：①土壤電阻率較低（例如低于25 Ω·m）的區(qū)域；②套管填充有較低電阻率物質(zhì)（如膨潤(rùn)土）的區(qū)域；③存在最高交流電干擾水平的區(qū)域；④先前發(fā)生過(guò)交流腐蝕的區(qū)域；⑤局部直流極化條件有利于交流腐蝕的區(qū)域，如存在直流雜散電流干擾的陰極區(qū)，或存在較高陰極保護(hù)水平的區(qū)域；⑥內(nèi)檢測(cè)工具已探測(cè)到外部金屬損失的區(qū)域。

針對(duì)交流腐蝕測(cè)試點(diǎn)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為原則性規(guī)定，例如接近干擾源，利用現(xiàn)有的測(cè)試樁。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 強(qiáng)調(diào)了在交流腐蝕高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，例如較低土壤電阻率土壤區(qū)域；此外還考慮管道運(yùn)行歷史和現(xiàn)狀因素，例如已發(fā)生交流腐蝕的區(qū)域以及內(nèi)檢測(cè)確定的腐蝕區(qū)域。研究表明，輸電線路、鐵路交通產(chǎn)生的電流是動(dòng)態(tài)變化的，應(yīng)用常規(guī)的管-地電位梯度法不能檢測(cè)雜散電流的規(guī)律和危害程度[11]。因此歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280規(guī)定的交流腐蝕測(cè)試點(diǎn)選擇原則更為全面、合理，具有借鑒意義。

7 交流腐蝕減緩措施

我國(guó)管道采用的交流腐蝕減緩措施包括電屏蔽、接地網(wǎng)、管道等電位跨接、分布式陽(yáng)極、套管、絕緣接頭、絕緣短接、接地電池和極化電池等其他措施[12]。在可能受到交流干擾影響的管道裸露部分進(jìn)行切割、換管或防腐層修復(fù)時(shí)，應(yīng)確定管-地交流電壓或電流，如超過(guò)人員安全接觸電壓限值應(yīng)采取防護(hù)措施，并在切割點(diǎn)或待拆除管段上做好等電位跨接。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 規(guī)定根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)條件采取適宜的施工和操作措施，施工措施包括改變墊層材料、安裝絕緣接頭和輸電線路調(diào)整優(yōu)化，操作措施包括接地、陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)整、修復(fù)涂層缺陷等。

針對(duì)交流腐蝕減緩措施，中歐標(biāo)準(zhǔn)基本一致。值得指出的是，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、管道標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了埋地管道與輸電線路的安全距離，而新版的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 刪除了埋地管道與輸電線路的安全距離的章節(jié)，其更傾向于通過(guò)增大管道與輸電線路之間的距離減緩交流干擾的影響。

8 結(jié)論

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50698 是基于多年來(lái)我國(guó)管道交流干擾腐蝕防護(hù)工程在設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上制定的，為應(yīng)對(duì)長(zhǎng)輸管道與輸電線路日益嚴(yán)峻的安全問(wèn)題，GB/T 50698 應(yīng)充分吸收、借鑒歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280 等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和新修訂信息，提高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平。

（1）制定從事管道陰極保護(hù)工作特別是管道交流腐蝕干擾工作的人員資質(zhì)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在管道設(shè)計(jì)階段通過(guò)數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定交流腐蝕影響，并作為管道設(shè)計(jì)、實(shí)施減緩措施的依據(jù)。

（3）應(yīng)使用多種指標(biāo)參數(shù)（例如交流電壓，電流密度，交、直流電流密度比值和土壤電阻率等），對(duì)交流腐蝕可能性及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（4）交流腐蝕減緩效果評(píng)估原則是首先降低交流干擾電壓，其次是降低電流密度。

（5）確定交流腐蝕測(cè)試點(diǎn)，除了應(yīng)在交流腐蝕高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，還應(yīng)考慮管道運(yùn)行歷史、現(xiàn)狀和內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)等因素。

（6）如條件允許（例如在人口密度較低的地區(qū)），在管道設(shè)計(jì)階段盡可能增大管道與輸電線路之間的距離，以減緩交流干擾的影響。