某機(jī)坪管道直流雜散電流排流技術(shù)探討

曹 政 王 瓅 王 薇 王 相

（中國(guó)航空油料有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

我國(guó)早期建設(shè)的機(jī)坪管道已服役幾十年，近年來(lái)在運(yùn)行維護(hù)中存在著以下問(wèn)題：管道自身防腐層的老化、城市發(fā)展建設(shè)對(duì)管道路由的占?jí)浩茐?、城市軌道交通?duì)管道的雜散電流干擾腐蝕等，管道存在的泄漏風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著管道的安全運(yùn)行[1-4]。

現(xiàn)實(shí)情況是，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地鐵（含輕軌，以下均同）作為城市重要的交通工具正得到迅速的發(fā)展。地鐵作為城市重要的交通工具，截止2022年2月中國(guó)大陸已開(kāi)通地鐵運(yùn)營(yíng)51個(gè)城市，投運(yùn)長(zhǎng)度大于8800km。在所有威脅管道的安全運(yùn)行的因素中，地鐵雜散電流造成的直流干擾尤為嚴(yán)重[5,6]。

早前建設(shè)的機(jī)坪管道一般采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)，在直流雜散電流干擾的情況下，犧牲陽(yáng)極作為低電阻通道為雜散電流進(jìn)出管道提供路徑，一般情況下機(jī)坪管道存在多個(gè)不同的干擾回路，陰極保護(hù)電位分布很不均勻，不是通常陽(yáng)極井由近-遠(yuǎn)的平緩線性分布。這種情況下，除了有效實(shí)施雜散電流排流外，如何準(zhǔn)確測(cè)量現(xiàn)有雜散電流的干擾狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排流，成為排流工程成功與否的關(guān)鍵。

1 機(jī)坪管道地鐵直流雜散電流干擾現(xiàn)狀

某機(jī)場(chǎng)機(jī)坪管道一期2000年建設(shè)投產(chǎn)，管徑DN200～DN350，管道長(zhǎng)度12.33Km，采用環(huán)氧煤瀝青防腐層。二期于2012年建設(shè)投產(chǎn)，管徑DN150～DN350，管道長(zhǎng)度6.3Km，采用3PE防腐層。通過(guò)前期調(diào)研測(cè)試發(fā)現(xiàn)，機(jī)坪管道測(cè)試井空間不足，無(wú)法滿足測(cè)試人員下井測(cè)試，部分測(cè)試井直徑僅8cm，管道電位測(cè)試僅能通過(guò)建設(shè)初期埋設(shè)的長(zhǎng)效硫酸銅參比電極引線進(jìn)行測(cè)量。由于埋地長(zhǎng)效參比電極無(wú)法進(jìn)行校準(zhǔn)，無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量機(jī)坪管道的電位，此外由于沒(méi)有預(yù)埋檢查片，現(xiàn)有的測(cè)試井又無(wú)法保證檢查片在全部埋入測(cè)試井底的土壤中，因此無(wú)法測(cè)量管道的斷電電位。

通過(guò)前期測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，部分測(cè)試井處機(jī)坪管道通電電位波動(dòng)明顯。以B601測(cè)試井為例，測(cè)得的通電電位自0.1～-1.8V波動(dòng)，說(shuō)明此處機(jī)坪管道受直流雜散電流干擾明顯，需對(duì)此處管道開(kāi)展更為詳細(xì)的測(cè)量與評(píng)估工作，B601測(cè)試井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)試圖如圖1所示。

圖1 B601測(cè)試井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)試圖

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，機(jī)坪管道原采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)，犧牲陽(yáng)極作為低電阻通道為雜散電流進(jìn)出管道提供通道，因此機(jī)坪管道存在多個(gè)不同的干擾回路，陰極保護(hù)電位分布很不均勻。一般管道對(duì)于直流雜散電流干擾，采取的措施是摘除陽(yáng)極區(qū)的犧牲陽(yáng)極或者在犧牲陽(yáng)極與管道之間增加排流器或者增加新的犧牲陽(yáng)極地床，在電流流出區(qū)修復(fù)防腐層。在機(jī)坪上開(kāi)挖摘除陽(yáng)極與修復(fù)防腐層因?yàn)槌杀咎?、不停航施工比較困難，在機(jī)坪區(qū)域難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)坪管道上除消耗即將完畢或已完畢的45組犧牲陽(yáng)極外，還有加油栓井346套、高低排放井63套，這些均為管道的防腐漏電點(diǎn)，這些漏電點(diǎn)顯著增大管道需要保護(hù)電流。

綜合以上情況，雜散電流防護(hù)繼續(xù)采用犧牲陽(yáng)極方案既不經(jīng)濟(jì)也不合理，且不停航施工大面積開(kāi)挖機(jī)坪也不現(xiàn)實(shí)。因此，本次機(jī)坪管道雜散電流治理采取強(qiáng)制排流站防護(hù)方式，并且改進(jìn)極化探頭，使其能夠適用于機(jī)坪管道的工況條件。

2 機(jī)坪管道直流雜散電流治理

針對(duì)機(jī)場(chǎng)施工的特殊性，有些工程一旦安裝很難維修。特別的，隨著地鐵鋼軌絕緣組件磨損，泄漏電流會(huì)逐年增多，并且機(jī)坪管道防腐層逐年老化會(huì)導(dǎo)致本來(lái)電位達(dá)標(biāo)的區(qū)域出現(xiàn)欠保護(hù)情況。因此不但考慮目前的排流需要，還對(duì)后期雜散電流趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，充分考慮余量。

為了收集強(qiáng)制排流站的輸出電流及排流效果，在北一指廊位置采取實(shí)驗(yàn)性排流，實(shí)驗(yàn)性排流采用深井陽(yáng)極地床形式，如圖2所示。通過(guò)調(diào)節(jié)電流輸出大小，不斷測(cè)量機(jī)坪管道電位，最終確定最大的有效保護(hù)距離，測(cè)試結(jié)果顯示利用1處強(qiáng)制排流設(shè)施，無(wú)法有效解決大范圍雜散電流波動(dòng)、局部屏蔽、近端過(guò)保護(hù)的實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)過(guò)大的保護(hù)電流會(huì)導(dǎo)致對(duì)周邊機(jī)場(chǎng)其他地下構(gòu)筑物干擾增大。

圖2 強(qiáng)制排流站深井陽(yáng)極地床示意圖

為了更有效地保護(hù)機(jī)坪管道，根據(jù)管道線性路由，通過(guò)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)排站設(shè)備的輸出調(diào)節(jié)，劃出斷電電位變化分布圖，對(duì)于明顯區(qū)別于線性規(guī)律的屏蔽點(diǎn)或者雜散電流特征點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)布局整體，適當(dāng)增加局部排流地床進(jìn)行防護(hù)，最終確定了利用5套強(qiáng)排站進(jìn)行機(jī)坪管道全方位防護(hù)的措施、

針對(duì)機(jī)坪的現(xiàn)狀，改進(jìn)極化探頭結(jié)構(gòu)，使其適用于小型測(cè)試井的工況現(xiàn)狀，新型極化探頭較傳統(tǒng)極化探頭的區(qū)別在于能在狹小空間免開(kāi)挖安裝，測(cè)試精度優(yōu)于常規(guī)極化探頭，具備防短路功能。新的測(cè)試探頭能精確測(cè)量老舊機(jī)坪下管道雜散電流排流的效果，無(wú)需在機(jī)坪下增加輔助試片、參比電極等測(cè)量工具，同時(shí)，為了更有效、直觀、全面監(jiān)控雜散電流的波動(dòng)，需要增加高頻、無(wú)線、高穿透性電位自動(dòng)采集傳輸設(shè)備。

3 排流治理效果評(píng)價(jià)

為了全面地反映目前機(jī)坪管道受地鐵雜散電流干擾情況，我們選取了本次選取受雜散電流干擾較為嚴(yán)重的B601、B603和B613測(cè)試井作為檢測(cè)對(duì)象。

本次評(píng)價(jià)對(duì)3個(gè)測(cè)試點(diǎn)的通電電位、斷電電位、交流電壓。測(cè)量方式選擇24h不間斷測(cè)量，通電電位、斷電電位的測(cè)量結(jié)果選擇最大值與最小值進(jìn)行記錄；交流干擾電壓選擇最大值進(jìn)行記錄[7,8]，其結(jié)果如表1和圖4所示。

表1 機(jī)坪管道雜散電流干擾情況統(tǒng)計(jì)表

圖4 機(jī)坪管道未排流前24h不間斷測(cè)試結(jié)果

通過(guò)表1和圖4可以看出，三處測(cè)試井處管道受交流雜散電流影響較小，但是通電電位波動(dòng)大，斷電電位均大于-0.85V，未達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，管道受到直流雜散電流干擾，必須采取防護(hù)措施。

針對(duì)現(xiàn)狀，利用5套強(qiáng)排站進(jìn)行直流雜散電流干擾防護(hù)，調(diào)節(jié)5套強(qiáng)排站的輸出電流。根據(jù)排流實(shí)施后24h的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三處測(cè)試井?dāng)嚯婋娢辉?0.85～-1.20Vcse之間，斷電電位正于-0.85Vcse準(zhǔn)則百分比均小于5%，達(dá)到陰極保護(hù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。其結(jié)果如表2和圖5所示。

圖5 機(jī)坪管道排流后24h不間斷測(cè)試結(jié)果

表2 機(jī)坪管道雜散電流治理后檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)機(jī)坪管道沿線管道進(jìn)行實(shí)地考察與測(cè)試，系統(tǒng)分析機(jī)坪管道現(xiàn)行雜散電流干擾和維護(hù)情況，針對(duì)復(fù)雜的機(jī)坪管道情況制定了可行有效的強(qiáng)制排流實(shí)施方案，并改進(jìn)現(xiàn)有極化探頭結(jié)構(gòu)，使其更加精準(zhǔn)的測(cè)試機(jī)坪下管道的電位情況。通過(guò)對(duì)機(jī)坪測(cè)試井的電位測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)，在設(shè)置的5套強(qiáng)排站工作狀態(tài)下，管道保護(hù)電位均符合-850mV準(zhǔn)則，管道處于有效的保護(hù)狀態(tài)。

展望：為了更加及時(shí)、精確掌握機(jī)坪管道的雜散電流干擾情況，在后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中，通過(guò)不同時(shí)間段的雜散電流干擾情況，找出對(duì)5套強(qiáng)排站的協(xié)同作用規(guī)律，積極采用數(shù)智化模式，建立和健全管道雜散電流數(shù)據(jù)庫(kù)，為管道的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供有力的保障。