燃?xì)夤艿赖碾s散電流腐蝕防護(hù)監(jiān)測與預(yù)警研究

杜霖 高銘 孫寶鎮(zhèn)

摘要：埋地鋼質(zhì)管道面臨嚴(yán)峻的雜散電流腐蝕是常見的典型的電解腐蝕，危害極大。例如地鐵采用750V或1500V高壓直流供電，泄漏的電流是直流雜散電流，對地下鋼構(gòu)物而言，這種電流在流入的地方不腐蝕，而在流出的地方會產(chǎn)生劇烈的電化學(xué)腐蝕，即雜散電流腐蝕，經(jīng)計(jì)算1A電流一年時(shí)間即可腐蝕9kg鋼鐵。而且隨著城市地鐵的快速發(fā)展和地下管道的“老齡化”，使得雜散電流腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)大大增加了。

關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿?雜散電流;腐蝕防護(hù);監(jiān)測

引言

環(huán)境問題已成為一個國家和全球問題。天然氣作為清潔能源，已成為工業(yè)和生活的主要能源，也是人們生產(chǎn)和生活的催化劑。因此，管道安全尤為重要。但是城市地鐵產(chǎn)生的泄漏電流給城市燃?xì)夤艿缼砹司薮蟮奶魬?zhàn)盡管在人行橫道和地鐵床之間采取了隔離措施，但在地鐵運(yùn)營期間，由于濕度和污染、地面隔離惡化或事先保護(hù)措施效率低下等環(huán)境因素，一些泄漏電流擴(kuò)散到了地面.

1項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容

1.1測量傳感器

測量傳感器包括偏振探頭、參考電極、采樣電阻等偏振探頭由試驗(yàn)和壽命較長的銅/硫酸銅基準(zhǔn)電極（CSE）組成，安裝在管側(cè)，鋪設(shè)深度低于管中線，主要用于監(jiān)測通道和斷電電平。試驗(yàn)用電線連接管道，管道提供的電流由試驗(yàn)極化。測試探針可以監(jiān)測管道的通電等級、斷電等級和交流電干擾電壓。由于管道不易斷開犧牲陽極的連接，因此試驗(yàn)件與試驗(yàn)件之間的導(dǎo)線在測量過程中使用試驗(yàn)件測量，通過試驗(yàn)件與管道之間的快速導(dǎo)線斷開，將測量道上的下行降到最低，從而使由于試驗(yàn)與管道連接，兩者的極化程度基本相同，因此試驗(yàn)探針中的試驗(yàn)斷電等級可能與管道斷電等級相似。根據(jù)GB/T21246埋地鋼管陰極保護(hù)參數(shù)的測量方法，試驗(yàn)探頭適用于泄漏電流干擾或不能立即切斷保護(hù)電流的管道，并且測試探針用于測量放置管線的電氣切斷程度，測試探針不僅能有效地消除IR下降，測量埋管斷電的電氣水平，還能在一定程度上消除輸出直流干擾對結(jié)果的影響關(guān)于試驗(yàn)探針中試樣尺寸的選擇，可參考埋鋼控制試樣應(yīng)用技術(shù)規(guī)范SY/T0029，其中規(guī)定試驗(yàn)探針中試樣的外露面積應(yīng)根據(jù)土壤腐蝕性和沉降時(shí)間確定，并且因此，由于3PE管道的防腐層具有較高的強(qiáng)度和較少的泄漏點(diǎn)，因此最好采用下限;對于裸露和腐蝕層較低的管線，選擇試驗(yàn)零件的時(shí)間上限。使用更大的藥片必須提前驗(yàn)證。

1.2智能數(shù)據(jù)收集

由于要監(jiān)測的輸氣線靠近地鐵線，并受到泄漏電流的嚴(yán)重干擾，需要在更換線的起點(diǎn)建立管道電氣位置監(jiān)測點(diǎn)，在監(jiān)測點(diǎn)試驗(yàn)臺上安裝智能數(shù)據(jù)采集器（每個采集器一個偏振探頭和一個長期硫酸銅基準(zhǔn)電極），實(shí)時(shí)監(jiān)測管道陰極保護(hù)狀態(tài)和漏電電流的實(shí)際影響。智能數(shù)據(jù)采集由電氣位置測量模塊、通信模塊、無線模塊、電池模塊、定位模塊等組成。它連接到測試探針并安裝在測試支架上。其主要功能是對通信電源位置進(jìn)行監(jiān)控和存儲，并通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。電氣位置測量模塊主要包括斷路器和伏特計(jì)，可控制試驗(yàn)零件與管道之間的通信中斷，然后用伏特計(jì)測量試驗(yàn)零件的陰極保護(hù)參數(shù)和漏電干擾參數(shù);通信模塊，通過GPRS/4G系統(tǒng)（部分使用NB-10T和北斗3技術(shù)）向服務(wù)器傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，檢測管道泄漏電流的危害;無線模塊旨在確保通信信號的正常傳輸;電池模塊為整個遠(yuǎn)程傳輸終端供電，定位模塊能夠準(zhǔn)確響應(yīng).

2防腐方面

2.1外加電流陰極保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

所謂陰極電流保護(hù)技術(shù)實(shí)際上是一種保護(hù)技術(shù)，它利用高壓直流電源和其他輔助陽極電源控制地面上額外電流的總流動，主要目的是防止地面環(huán)境中額外電流的存在此保護(hù)技術(shù)有助于防止結(jié)構(gòu)金屬表面沒有陽極或陽極，并可通過導(dǎo)電支架快速將陽極電流傳遞到由陽極保護(hù)的結(jié)構(gòu)金屬表面。在準(zhǔn)備利用技術(shù)設(shè)施保護(hù)氣體排放管路和氣體排放管路的接地時(shí)，必須在所用碳酸鹽陽極周圍填土填土一層碳酸鹽陽極，以便在地下形成陽極的地下床大量石墨填充材料的選擇將對石墨陽極的正常壽命產(chǎn)生直接和嚴(yán)重的影響，因此通常需要盡可能多地選擇惰性材料，如石墨顆粒和金屬冶金中的焦炭，以有效降低接地率.

2.2設(shè)計(jì)方面

（1）關(guān)于防腐層的等級，大部分舊燃?xì)夤艿谰醚訒r(shí)帶防腐層進(jìn)行了試驗(yàn)，帶防腐層便于長時(shí)間使用，去除鼓包，造成防腐層的破裂點(diǎn)。泄漏電流腐蝕集中在當(dāng)?shù)兀?jīng)常發(fā)生在防腐層的缺陷部位，導(dǎo)致管井腐蝕，并可能在短時(shí)間內(nèi)造成管道穿孔和泄漏事故。具體而言，長距離埋有防腐層的金屬管道具有大量分散電流，集中在管道內(nèi)部，當(dāng)泄漏電流脫離防腐層缺陷時(shí)，就會發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕。（2）犧牲陽極排列較多。管道施工開始時(shí)，管道保存的主要影響因素是管道的自然腐蝕，其中大部分是原電池類型，驅(qū)動電位差只有幾百毫米，腐蝕電流只有幾十毫米。由于低為了保證陽極壽命的犧牲，在設(shè)計(jì)初期有更多的犧牲陽極布局，通常隨著時(shí)間的推移采用，犧牲陽極的一部分已經(jīng)用盡，這將產(chǎn)生防腐層的斷點(diǎn)，為地鐵色散電流提供良好的輸入輸出通道（3）設(shè)計(jì)中缺乏必要的監(jiān)測機(jī)制。由于地鐵泄漏電流具有廣泛的影響和強(qiáng)的隨機(jī)性，因此需要更多的測試樁和監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。但是，最初設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到這些因素，因此沒有足夠的檢測設(shè)備來有效監(jiān)測漏電對管道的影響。（4）管道與地鐵設(shè)施之間的安全距離不符合GB50028城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于城市地鐵建設(shè)的區(qū)域規(guī)模，不可避免地與地鐵設(shè)施平行，無法再滿足最初設(shè)想的安全距離。

2.3緩蝕劑防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

緩蝕劑金屬防護(hù)劑該技術(shù)的廣泛應(yīng)用在具有腐蝕性的環(huán)境中，也就是通過應(yīng)用金屬緩蝕劑技術(shù)阻止或大大減緩其對金屬腐蝕的反應(yīng)速度。而由于使用空氣緩蝕劑涂層防護(hù)處理技術(shù)可以防止大量燃?xì)膺M(jìn)入管道內(nèi)壁受到空氣腐蝕，具有防護(hù)收效快、投資少和使用方便的三大特點(diǎn)，所以目前已經(jīng)得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用。從工作原理上來講，就是通過利用管道緩蝕劑金屬分子上的各個極性基本能團(tuán)的電荷吸附相互作用將這些緩蝕劑分子吸附在整個管道金屬表面，從而可以改變管道金屬表面的極性電荷運(yùn)動狀態(tài)，繼而可以使金屬腐蝕化學(xué)反應(yīng)的活化能力也得到大大增加。同時(shí)，緩蝕劑管道中的非穩(wěn)定極性金屬基團(tuán)也因?yàn)槟軌蛟趦蓚€金屬表面之間形成一層極性保護(hù)膜，從而有效阻止金屬電荷或極性物質(zhì)的快速轉(zhuǎn)移，所以它們能夠有效減少比管道小的抗腐蝕劑的速度。而金屬緩蝕劑的化學(xué)吸附靜電作用又可以分成是一種物理上的吸附靜電作用和化學(xué)靜電吸附兩種作用，分別認(rèn)為是由兩個電荷反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)靜電作用吸引力和金屬分子與其他金屬的兩個配拉電力鍵反應(yīng)產(chǎn)生的靜電作用。

結(jié)束語

目前，針對地鐵等城市軌交系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流對燃?xì)夤芫W(wǎng)的腐蝕問題，結(jié)合雜散電流及燃?xì)夤芫W(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)測試結(jié)果，以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換器及智慧化上位管理服務(wù)系統(tǒng)，研究并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對地鐵雜散電流的監(jiān)測及針對性監(jiān)測、防護(hù)及預(yù)警。城市埋地鋼制燃?xì)夤芫W(wǎng)的地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)與預(yù)警系統(tǒng)項(xiàng)目研究成果具備良好的推廣前景，隨著國內(nèi)建設(shè)軌道交通體系的城市越來越多、越來越復(fù)雜，該項(xiàng)防護(hù)預(yù)警技術(shù)愈發(fā)值得廣泛應(yīng)用，尤其在安全領(lǐng)域值得眾多燃?xì)馄髽I(yè)采納該種防護(hù)，從而可在軌道交通運(yùn)行區(qū)域加強(qiáng)燃?xì)夤芫W(wǎng)的管控，延長鋼制埋地燃?xì)夤艿赖膲勖?，減少事故的發(fā)生，為智慧燃?xì)庀到y(tǒng)增添更加可靠的支撐。

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