淺談長輸管道雜散電流檢測分析及解決措施

鐘榮權(quán)

摘要：近年來，隨著高壓長距離輸電網(wǎng)絡(luò)及配電網(wǎng)絡(luò)越來越密集、電氣化鐵路網(wǎng)和城市直流軌道交通系統(tǒng)的不斷建設(shè)，雜散電流干擾和腐蝕問題越發(fā)突出，對管道安全運行構(gòu)成重大威脅，如何檢測分析管道雜散電流，制定相應(yīng)的解決措施是每個管道技術(shù)人員必備的技能。

關(guān)鍵詞：雜散電流;陰極保護;排流保護;交流干擾;直流干擾;腐蝕

管道運輸業(yè)是繼鐵路、公路、水運、航空運輸之后的第五大運輸業(yè)，它在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中起著十分重要的作用，管道運輸具有運量大、占地少、安全可靠、連續(xù)性強、能耗低等獨特的優(yōu)勢。截至2020年底，我國油氣管道總里程達(dá)到16.5萬公里，至2025年，我國長輸管道總里程預(yù)計將超24萬公里。

油氣長輸管道通常采用的是低碳類管線鋼，在土壤、潮濕大氣、水和海洋等腐蝕性環(huán)境中，易發(fā)生腐蝕，損害管道結(jié)構(gòu)和性能。為防止管道腐蝕，延長管道使用壽命，管道須施加陰極保護，就是給管道金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。

一、長輸管道陰極保護方式

實現(xiàn)管道陰極保護有兩種方式，即犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。

（1）犧牲陽極陰極保護是將電位更負(fù)的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護金屬，使整個被保護金屬處于一個較負(fù)的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護小型或處于低土壤電阻率環(huán)境下的短距離管道。

（2）外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從土壤中流向被保護金屬，使其陰極極化，被保護體與外加電源的負(fù)極相連，由外加電源通過與其正極相連的輔助陽極地床向被保護金屬提供陰極保護電流。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的管道。

二、雜散電流干擾影響

雜散電流是指在設(shè)計或規(guī)定回路以外流動的電流。它在土壤中流動，且與被保護管道系統(tǒng)無關(guān)。該電流從管道的某一點位進入管道，該點稱為陰極，電流沿管道流動一段距離后，又從管道另一點流出，該點稱為陽極，此處管道產(chǎn)生陽極氧化，發(fā)生雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕，陽極腐蝕嚴(yán)重。埋地管道雜散電流干擾主要有直流電流干擾、交流電流干擾和大地電流干擾三種。常見直流電流干擾源有直流電氣化鐵路、有軌電車、電解工廠的直流電源、直流高壓輸電系統(tǒng)、通信基站、施工中所使用的電焊機及被保護管道外的其他陰極保護系統(tǒng)等。常見交流干擾源有交流輸配電線路、交流輸電線路變電站和交流電氣化鐵路等。

三、雜散電流檢測判斷

（一）直流雜散電流判斷準(zhǔn)則

1.對在設(shè)計階段的新建管道可采用管道兩側(cè)的土壤直流電位梯度判斷，當(dāng)土壤直流電位梯度>0.5mV/m時，確認(rèn)存在直流雜散電流;當(dāng)土壤電位梯度≥2.5mV/m時，應(yīng)評估管道敷設(shè)后可能受到的直流干擾影響，根據(jù)評估結(jié)果預(yù)設(shè)干擾防護措施。

2.對已建管道采用在沒有陰極保護電流時管地電位相對于自然電位的偏移值進行判斷，當(dāng)任意點上的管地電位相對于自然電位正向或負(fù)向偏移超過20mV，應(yīng)確認(rèn)存在直流干擾;當(dāng)任意點上管地電位相對于自然電位正向偏移≥100mV時，應(yīng)及時采取干擾防護措施。

（二）交流雜散電流判斷準(zhǔn)則

當(dāng)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;高于4V時，采用交流電流密度進行評估，交流干擾程度的判斷指標(biāo)應(yīng)符合下表的規(guī)定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50698-2011 規(guī)定，交流電流密度計算公式如下：

當(dāng)交流干擾程度判定為“強”時，應(yīng)采取交流干擾防護措施;判定為“中”時，宜采取交流干擾防護措施;判定為“弱”時，可不采取交流干擾防護措施。

四、雜散電流干擾檢測分析治理案列解析

某條投運5年長輸管道有段站間距長120km，在距上游站30km前后存在陰保電位不達(dá)標(biāo)，內(nèi)檢測管道有38%-44%的局部金屬腐蝕，兩端站場設(shè)置有陰極保護站，分別為1用1備，每月1日切換，每天記錄兩次運行數(shù)據(jù)。為摸清管道遭受雜散電流干擾影響，開展了恒電位儀運行記錄檢測、陽極地床接地電阻測試、絕緣接頭性能測試、管道沿線測試樁處電位測試、直流雜散電流干擾測試、土壤電阻率測試、交流雜散電流干擾測試，通過測試數(shù)據(jù)分析判斷該段管道存在直流干擾，且直流干擾流出點為30#、36#附近，并制定了相應(yīng)的整治措施。具體檢測分析如下：

1.直流雜散電流干擾測試

對段間部分管道測試樁處進行管道的直流雜散電流專項檢測，直流雜散電流專項檢測包括：管道24小時通/斷電電位、直流電流密度測試。

（1）本次測試極化試片優(yōu)先采用6.5cm2極化試片，首先將極化試片埋設(shè)在管道附近，試片安裝于管道中心線以下，距離管道100～300mm，并澆水，然后將試片或探頭與管道用電纜相連，并充分極化24小時。

（2）試片充分極化后，在管道與試片或探頭的中間串接數(shù)據(jù)記錄儀。

（3）通斷周期設(shè)置：信號斷路器的通斷周期一般選為周期10s，斷電1s。

（4）萬用表和數(shù)據(jù)記錄儀直流通道的正極連接管道，另一端連接參比電極。如萬用表和數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)一致，則可摘除萬用表。

（5）數(shù)據(jù)記錄儀的采集頻率的設(shè)置：數(shù)據(jù)采集頻率一般為1s采集1個數(shù)據(jù)。

（6）測試時間：大于20小時。

2.交流雜散電流干擾專項測試

對于管道上存在持續(xù)交流干擾電壓的區(qū)域，進行交流干擾的專項測試。交流干擾專項檢測包括：長時間交流電壓測試，交流電流密度測試。

長時間交流電壓測試

長時間交流干擾電壓測試，利用數(shù)據(jù)記錄儀，設(shè)置儀器的數(shù)據(jù)記錄頻率為1s和記錄時間為24小時，記錄管道的交流電壓。

數(shù)據(jù)記錄儀的采集頻率的設(shè)置：數(shù)據(jù)采集頻率一般為1s采集1個數(shù)據(jù)。

測試時間：大于20小時。

（2）交流干擾電流密度測試

對于管道上存在持續(xù)交流干擾電壓的區(qū)域，采用試片法測試交流電流密度，其中電流密度可采用交流感應(yīng)電壓和土壤電阻率計算，也可通過數(shù)據(jù)記錄儀uDL2直流測試通過試片的電流量，兩種方法對比，以較保守的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

3.數(shù)據(jù)分析

對該段管道的通電電位和自然電位作圖分析，通過數(shù)據(jù)圖發(fā)現(xiàn)：

（1）27#～31#、35#樁通電電位相對偏正，30#樁通電電位最正為-0.63V（相對CSE，以下同）

（2）27#～36#樁段管道測試樁處自然電位偏正，最大值出現(xiàn)在36#處。

（3）測試樁處自然電位測試

對現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析后，在兩端恒電位儀停機24-48小時后進行26#～40#樁管道自然電位、試片自然電位和土壤電阻率測試。通過數(shù)據(jù)測試可得，該段30#、36#樁管道自然電位偏正，存在雜散電流流出點。

（4）通過交流電壓和交流電流密度進行評價，該段管道交流電流密度均小于30A/m2，根據(jù)GB/T50698-2011進行評價，交流干擾判斷為“弱”，可不采取交流干擾防護措施。

（5）管道缺陷點查找

通過雷迪8000檢測儀檢漏查找，一般3～5步插入一次A字架，500米管道共查找管道防腐層漏點100余處，每處防腐層漏點處存在不同程度的金屬腐蝕。

綜上分析：該段管道存在直流電流干擾，交流電流干擾弱，且直流干擾流出點在30#、36#樁附近，電位欠保護，通過管道防腐層修補后，該段30#樁電位仍然不達(dá)標(biāo)。整治措施為在30#、36#樁附近設(shè)置采用犧牲陽極組作為直流干擾排流地床。依據(jù)檢測數(shù)據(jù)，30#處土壤電阻率為138.16Ωm，36#處土壤電阻率為 94.2Ω m，排流地床選用鎂錳型鎂合金犧牲陽極，每組陽極 20 支，埋設(shè)于管道兩側(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]田中山，路民旭等.成品油管道腐蝕控制技術(shù)及應(yīng)用 科學(xué)出版社，2021.2

[2]GB/T21447-2018.鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范

[3]GB50991-2014.埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[4]GB/T 50698-2011.埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)