某輸油管道雜散電流干擾檢測(cè)及排流防護(hù)相關(guān)研究

代愛(ài)印 潘省江 汪運(yùn)宏 閆 然 孫 賀 於 濤

（1.中國(guó)化學(xué)工程第十三建設(shè)有限公司，河北 滄州 061000；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014017；3.青島融合橋頭堡開(kāi)發(fā)有限公司，山東 青島 266041；4.青島昆泉建設(shè)工程有限公司，山東 青島 266041；5.青島海誠(chéng)油氣技術(shù)有限公司，山東 青島 266041）

0 引言

近些年隨著城市發(fā)展的需求，越來(lái)越多的地鐵線路在新建并開(kāi)通運(yùn)行。目前地鐵運(yùn)行主要采用直流牽引的方式，在地鐵運(yùn)行過(guò)程中，牽引變電所整流機(jī)組正極將電流輸送至接觸網(wǎng)，列車從接觸網(wǎng)獲取電流，電流通過(guò)鋼軌流回至牽引變電所負(fù)極。當(dāng)鋼軌與隧道結(jié)構(gòu)或鋼軌與大地之間過(guò)渡電阻值較低時(shí)，部分鋼軌回流電流從鋼軌泄漏至外部，流入排流網(wǎng)或者擴(kuò)散至大地，形成雜散電流[1]。某城市地鐵8號(hào)線地鐵回流系統(tǒng)處于地下，位于混凝土隧道結(jié)構(gòu)中，雜散電流的泄漏如圖1所示。

圖1 地鐵牽引系統(tǒng)雜散電流泄漏示意圖

當(dāng)鋼軌附近敷設(shè)有埋地金屬管道或其他金屬構(gòu)筑物時(shí)，由于埋地金屬管道本身防腐層的缺陷性，導(dǎo)致埋地金屬管道無(wú)法對(duì)大地完全絕緣，部分管道防腐層缺陷點(diǎn)位成為土壤中雜散電流竄入的低電阻通道。雜散電流由管道防腐層某一缺陷處流入，且流入端形成陰極區(qū)得到保護(hù)；再在變電所附近的管道防腐層缺陷點(diǎn)的低電阻處流出進(jìn)入大地，返回變電所負(fù)極，管道中雜散電流的流出端形成陽(yáng)極區(qū)并加速腐蝕，管道雜散電流干擾腐蝕如圖2所示。地鐵在啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)等狀態(tài)下，負(fù)荷電流都在變化，管道在受到復(fù)雜的雜散電流干擾時(shí)管道電位出現(xiàn)頻率高、幅度大的波動(dòng)，影響管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖2 管道雜散電流干擾腐蝕示意圖

某輸油管道始建于2019年，長(zhǎng)度約50km，管道外防腐層采用3PE結(jié)構(gòu)，全線管道采用外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。地鐵8號(hào)線投入運(yùn)行前，管道外加陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行正常，電位穩(wěn)定；地鐵8號(hào)線投入運(yùn)行后，輸油管道線路測(cè)試的陰極保護(hù)電位出現(xiàn)異常波動(dòng)，并且頻率高、幅度大，導(dǎo)致管道斷電電位正向偏移，部分時(shí)段處于欠保護(hù)狀態(tài)。為確保輸油管道在陰極保護(hù)狀態(tài)下安全運(yùn)營(yíng)，對(duì)管道采取排流防護(hù)措施前、后的雜散電流干擾程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)比分析，確保管道在受到雜散電流干擾后達(dá)到陰極保護(hù)狀態(tài)。

1 管道電位檢測(cè)準(zhǔn)備

1.1 管道電位測(cè)試分析

輸油管道受到外界的雜散電流干擾，管道電位呈現(xiàn)頻繁的波動(dòng)漂移狀態(tài)。為評(píng)估地鐵8號(hào)線運(yùn)行對(duì)輸油管道的干擾程度，需要對(duì)距離地鐵線路較近的管道位置采集電位數(shù)據(jù)，判定管道受雜散電流干擾的程度。

1.2 測(cè)試儀器

本次輸油管道雜散電流干擾檢測(cè)用到的主要測(cè)試儀器（如表1所示）。

表1 雜散電流干擾檢測(cè)的主要儀器

2 管道雜散電流干擾及排流防護(hù)系統(tǒng)測(cè)試

2.1 排流防護(hù)前管道電位監(jiān)測(cè)

依據(jù)前期管道陰極保護(hù)電位普查結(jié)果發(fā)現(xiàn)靠近地鐵的測(cè)試樁5#、6#、21#、45#點(diǎn)處管道電位漂移范圍較大。檢測(cè)前，管道已經(jīng)充分極化，管道斷電電位監(jiān)測(cè)采用數(shù)據(jù)記錄儀UDL2和便攜式極化探頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)[2]，極化探頭試片埋設(shè)在管道上方土壤里（凍土層以下）并澆水浸濕，試片通過(guò)線纜與管道電纜連通，確保極化探頭試片極化完成后進(jìn)行24h連續(xù)監(jiān)測(cè)采集管道斷電電位，測(cè)試結(jié)果詳如表2所示。

表2 管道直流干擾電位數(shù)據(jù)

依據(jù)管道雜散電流干擾防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[1]及動(dòng)態(tài)雜散電流干擾防護(hù)效果評(píng)定[4]，表2測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)試樁5#、6#、21#、45#處管道電位干擾程度達(dá)到“強(qiáng)”，且管道斷電電位正向偏移，出現(xiàn)部分時(shí)段管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)雜散電流干擾防護(hù)效果的評(píng)定。

2.2 管道排流防護(hù)措施

為確保管道全時(shí)段處于陰極保護(hù)狀態(tài)下安全運(yùn)行，依據(jù)管道雜散電流干擾防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[1]，需要對(duì)干擾嚴(yán)重的測(cè)試樁5#、6#、21#、45#處管道位置增加排流防護(hù)設(shè)施。依據(jù)設(shè)計(jì)文件，對(duì)以上4處干擾嚴(yán)重的管道位置采用極性排流器+鋅帶陽(yáng)極地床的組合排流措施。地床結(jié)構(gòu)為淺埋鋅帶陽(yáng)極地床，地床沿管道平行敷設(shè)，長(zhǎng)度為150m，與管道間距為1m。排流地床的連接電纜通過(guò)極性排流器與管道相連，以起到抑制或消除雜散電流干擾的作用，排流器安裝在排流測(cè)試箱中。管道排流防護(hù)系統(tǒng)安裝如圖3所示。

圖3 管道排流防護(hù)系統(tǒng)安裝示意圖

2.3 排流防護(hù)后管道電位監(jiān)測(cè)

測(cè)試樁5#、6#、21#、45#處管道排流防護(hù)系統(tǒng)安裝完成且投入正常運(yùn)行后，按照防護(hù)前管道斷電電位監(jiān)測(cè)的方法對(duì)防護(hù)后的管道電位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)極性排流器+鋅帶陽(yáng)極地床的組合排流作用，管道雜散電流干擾得到有效的消除和抑制，管道斷電電位波動(dòng)范圍明顯減小，且向負(fù)向偏移。5#、6#、21#、45#測(cè)試樁管道電位監(jiān)測(cè)分布曲線如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖4 測(cè)試樁5#管道電位監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)分布圖

圖5 測(cè)試樁6#管道電位監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)分布圖

圖6 測(cè)試樁21#管道電位監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)分布圖

圖7 測(cè)試樁45#管道電位監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)分布圖

管道測(cè)試樁5#、6#、21#、45#位置安裝排流防護(hù)設(shè)施后，管道電位24h持續(xù)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)分析結(jié)果記錄（如表3所示）。

表3 防護(hù)后管道電位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析記錄

由表3及5#、6#、21#、45#測(cè)試樁管道電位監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)分布圖分析可知：

（1）管道采取排流防護(hù)措施后4處測(cè)試點(diǎn)直流干擾程度減小為“中”；

（2）5號(hào)樁正于保護(hù)準(zhǔn)則（-850mv）的電位數(shù)據(jù)比例為2.9%，正于保護(hù)準(zhǔn)則（-800mV）的電位數(shù)據(jù)比例為0.2%，均在保護(hù)準(zhǔn)則（5%、2%）以內(nèi)；

（3）6號(hào)樁正于保護(hù)準(zhǔn)則（-850mV）的電位數(shù)據(jù)比例為2.4%，正于保護(hù)準(zhǔn)則（-800mV）的電位數(shù)據(jù)比例為0.6%，正于保護(hù)準(zhǔn)則（-750mV）的電位數(shù)據(jù)比例為0.08%，均在保護(hù)準(zhǔn)則（5%、2%、1%）以內(nèi)；

（4）21號(hào)樁正于保護(hù)準(zhǔn)則（-850mV）的電位數(shù)據(jù)比例為2.3%，均在保護(hù)準(zhǔn)則（5%）以內(nèi)；

（5）45號(hào)樁正于保護(hù)準(zhǔn)則（-850mV）的電位數(shù)據(jù)比例為3.5%，正于保護(hù)準(zhǔn)則（-800mV）的電位數(shù)據(jù)比例為1.1%，正于保護(hù)準(zhǔn)則（-750mV）的電位數(shù)據(jù)比例為0.2%，均在保護(hù)準(zhǔn)則（5%、2%、1%）以內(nèi)。

2.4 問(wèn)題與分析

輸油管道受到來(lái)自地鐵的雜散電流干擾[1]，通過(guò)對(duì)臨近地鐵的管道測(cè)試點(diǎn)5#、6#、21#、45#測(cè)試樁監(jiān)測(cè)管道電位，管道電位波動(dòng)明顯，且頻率高幅度大。輸油管道受到來(lái)自地鐵為主要雜散電流干擾源的嚴(yán)重干擾，輸油管道測(cè)試電位漂移大，管道斷電電位出現(xiàn)正向偏移，部分時(shí)段處于欠保護(hù)狀態(tài)，不能滿足動(dòng)態(tài)雜散電流干擾防護(hù)效果評(píng)定[4]，導(dǎo)致管道陰極保護(hù)系統(tǒng)[3]不能正常工作。

來(lái)自地鐵的直流干擾腐蝕主要發(fā)生于輸油管道的一些局部位置，一般集中表現(xiàn)在防腐層的缺陷部位，外界的雜散電流流入被干擾的管道后，從管道其他防腐層缺陷處流出，雜散電流在管道的流出點(diǎn)形成陽(yáng)極區(qū)會(huì)加速管道的腐蝕，造成管道壁厚減薄，最后因無(wú)法承受壓力而爆裂穿孔泄漏。為確保受雜散電流干擾的輸油管道在陰極保護(hù)狀態(tài)下安全運(yùn)行，需要對(duì)干擾段管道采取排流防護(hù)措施。

對(duì)干擾段管道采取排流防護(hù)措施后，監(jiān)測(cè)管道電位并與防護(hù)前進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)管道雜散電流干擾得到有效的消除和抑制。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明管道電位波動(dòng)范圍縮小，干擾程度由“強(qiáng)”減為“中”，管道斷電電位負(fù)向偏移，滿足動(dòng)態(tài)雜散電流干擾防護(hù)效果的評(píng)定[4]，管道處于陰極保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

輸油管道受到來(lái)自地鐵運(yùn)行的雜散電流干擾，且干擾程度較為嚴(yán)重，尤其是管道與地鐵線路交叉及平行的臨近段管道，干擾后輸油管道斷電電位產(chǎn)生正向偏移，會(huì)出現(xiàn)處于欠保護(hù)狀態(tài)。

針對(duì)受到地鐵干擾的輸油管道采取極性排流器+鋅帶陽(yáng)極地床的組合排流系統(tǒng)，管道雜散電流干擾得到有效的消除和抑制，管道斷電電位波動(dòng)范圍明顯減小，且向負(fù)向偏移，滿足動(dòng)態(tài)雜散電流干擾防護(hù)效果的評(píng)定，輸油管道全時(shí)段處于陰極保護(hù)狀態(tài)下運(yùn)行。