某成品油管道雜散電流干擾評價與防治策略探討

摘" 要：隨著城市軌道交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，其產(chǎn)生雜散電流干擾會對城市內(nèi)與周邊的埋地金屬管道造成嚴(yán)重的腐蝕問題。該文以國內(nèi)某成品油管道為例，對其進(jìn)行深入的雜散電流干擾情況的檢測與分析，并根據(jù)檢測結(jié)果提出詳細(xì)的防治策略，也為類似工程雜散電流干擾評價與防治提供解決思路，具有實際的工程指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：雜散電流干擾；雜散電流防治；油氣管道；干擾評價；防治策略

中圖分類號：TE988.2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）17-0133-04

Abstract： With the rapid development of urban rail transit system， stray current interference will cause serious corrosion to the buried metal pipelines in and around the city. Taking a domestic product oil pipeline as an example， this paper makes an in-depth detection and analysis of stray current interference， and puts forward detailed prevention and control strategies according to the test results， and also provides solutions for the evaluation and prevention of stray current interference in similar projects， with practical engineering guiding significance.

Keywords： stray current interference; stray current prevention and control; oil and gas pipeline; interference evaluation; prevention strategy

截至2020年底，我國城市軌道交通營運(yùn)里程突破7 800 km[1]，油氣管道不可避免地要與高壓輸電線路、軌道交通鋪設(shè)線路在“公共走廊”中小間距、長距離的并行或交叉。由于軌道供電系統(tǒng)的存在，不可避免地會有部分電流從軌道泄漏到附近土壤中，加劇埋地管道的腐蝕穿孔，從而造成能源浪費(fèi)、環(huán)境污染，以及火災(zāi)、爆炸等事故，嚴(yán)重威脅管道的安全運(yùn)行[2-3]。

目前，針對軌道交通雜散電流對管線的腐蝕影響，國內(nèi)外已開展大量研究。張玉星等[4]研究了外界干擾電壓、總試驗時間、每周期干擾持續(xù)時間、穩(wěn)定雜散電流密度相同時不同干擾頻率對腐蝕速率的影響，得出動態(tài)直流雜散電流對管道的腐蝕行為影響規(guī)律：外界干擾電壓大小與腐蝕速率呈正相關(guān)；每個周期內(nèi)，短干擾時間大電流密度的腐蝕失重比長干擾時間小電流的腐蝕失重小。且當(dāng)雜散電流密度相等時腐蝕失重與每周期干擾持續(xù)時間呈現(xiàn)正相關(guān)線性關(guān)系。顧清林等[5]對地鐵雜散電流干擾規(guī)律與對埋地管道造成的危害進(jìn)行了分析：走行軌泄漏進(jìn)入大地的電流方向大小受機(jī)車在不同運(yùn)行位置和地鐵鐵軌不同位置的絕緣情況的影響，在不斷發(fā)生變化，因此這部分泄漏到大地中去的電流就是動態(tài)的，對管道就會造成動態(tài)直流雜散電流。劉煒等[6]建立了由接觸網(wǎng)、鋼軌、雜散電流收集網(wǎng)和大地組成的四層網(wǎng)絡(luò)模型組成的動態(tài)城市軌道直流牽引供電仿真系統(tǒng)，通過迭代試算的方法確定其工作區(qū)間可以較真實地模擬城軌線路運(yùn)行期間各電氣參數(shù)的變化情況。蔡力等[7]通過開展地鐵走行軌對地過渡電阻雜散電流分布的研究，得到走行軌對地電阻越小，鋼軌泄漏的雜散電流越大。機(jī)車在距離牽引變電所負(fù)極越遠(yuǎn)的位置運(yùn)行時，沿線鋼軌和排流網(wǎng)上的最大雜散電流密度以及沿線鋼軌對地電位越大。董亮等[8]通過研究地鐵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)多變性導(dǎo)致地鐵雜散電流對埋地管道的干擾規(guī)律，結(jié)果表明：地鐵運(yùn)行狀態(tài)變化致使埋地管道電位波動，且波動程度與機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)、接地系統(tǒng)或停車場軌道頻繁與線路軌道電連接狀態(tài)、排流網(wǎng)性能及工作狀態(tài)等地鐵運(yùn)行狀態(tài)息息相關(guān)，在干擾檢測和防護(hù)中應(yīng)關(guān)注地鐵運(yùn)行狀況變化。孟思慶等[9]對深圳地鐵雜散電流干擾下的輸水管道進(jìn)行檢測，結(jié)果表明：雜散電流干擾程度與地鐵和管道的相對位置有一定的關(guān)系，不同材質(zhì)的管道抗干擾能力也不相同。馬曉華[10]研究了虹橋機(jī)場航油管道受地鐵直流雜散電流影響，結(jié)果表明：管道保護(hù)電位達(dá)到保護(hù)要求，地鐵對管道造成的雜散電流干擾危害得到有效消除。張維[11]對上海地區(qū)平行于軌道交通的某埋地燃?xì)夤艿肋M(jìn)行了管地電位、管中電流、土壤電位梯度測試，結(jié)果表明：測試數(shù)據(jù)的波動與軌交運(yùn)行具有時間上的同步性，可確認(rèn)燃?xì)夤艿朗艿絹碜杂谲壍澜煌s散電流的干擾。

本文通過開展土壤電阻率測試、通斷電位測量、電纜接續(xù)檢查、恒電位儀運(yùn)行效能檢驗對雜散電流對管道的干擾進(jìn)行全面檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，準(zhǔn)確評價該成品油埋地管道受干擾程度，為埋地管道雜散電流干擾防治提供建議與思路，具有實際的工程指導(dǎo)意義。

1" 工程概況

1.1" 管道概況

該成品油管道全長40.28 km，管材采用高頻直縫電阻焊鋼管，管徑為273 mm×5.6 mm。設(shè)首末站各一座，線路截斷閥室（含岸邊閥室）2座，一條隧道，一座密度計間。管道設(shè)計壓力為2.5 MPa；年最大輸送量為105萬t，管道貫通后陰極保護(hù)全線投用。

1.2" 陰極保護(hù)系統(tǒng)概況

在該成品油管道項目ICCP（Impressed Current Cathodic Protection）系統(tǒng)中，恒電位儀共計2套，4臺，其中運(yùn)行2臺，備用2臺；沿線設(shè)置有陰極保護(hù)智能測試樁37根，普通測試樁7根；排流裝置8套。

2" 陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測及評價

2.1" 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測結(jié)果

管道長約45 km，共有1套外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。對恒電位儀、陰極保護(hù)電纜、長效參比電極、輔助陽極地床進(jìn)行了檢測，其恒電位儀額定電壓為30 V，額定電流為10 A；A機(jī)輸出電壓33.45 V，輸出電流0.05 A；B機(jī)輸出電壓33.54 V，電流0.05 A；輔助陽極接地電阻無窮大；土壤電阻率24.56 Ω；長效參比電極誤差33 mV；恒電位一運(yùn)行出現(xiàn)異常。

對進(jìn)出站絕緣接頭及絕緣接頭保護(hù)器進(jìn)行測試，油庫出站絕緣接頭內(nèi)/外側(cè)電位分別為-679 mV和-1 045 mV，進(jìn)站絕緣接頭內(nèi)/外側(cè)電位分別為-612 mV和-1 052 mV，說明進(jìn)出站接頭絕緣性能良好；進(jìn)出站絕緣接頭均采鋅接地電池進(jìn)行保護(hù)。

對閥室內(nèi)截斷閥與閥室接地電位進(jìn)行測試，閥室截斷閥斷電電位為-788 mV，閥室接地電位為-1 251 mV，絕緣性能亦良好。

2.2" 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測評價結(jié)論

①針對第一季度油庫恒電位儀設(shè)備進(jìn)行陰保有效性檢測，發(fā)現(xiàn)陽極地床斷纜現(xiàn)象，對該故障反饋業(yè)主單位后進(jìn)行陽極地床修復(fù)。②油庫輔助陽極地床修復(fù)完成后接地電阻在1.6～1.7 Ω，小于2 Ω，滿足現(xiàn)有陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出要求。③油庫恒電位儀附屬長效參比電極與標(biāo)準(zhǔn)參比電極誤差均小于100 mV，滿足使用要求。④油庫絕緣接頭及保護(hù)器均性能良好，閥室與閥室接地電位存在電位差，閥室無漏電現(xiàn)象。

3" 雜散電流檢測及評價

3.1" 交流雜散電流干擾檢測評價

3.1.1" 交流干擾源調(diào)查

對管道段沿線交流干擾源進(jìn)行現(xiàn)場踏勘調(diào)查，主要調(diào)查與管道近距離并行間距小于1 km的交流干擾源，現(xiàn)場共發(fā)現(xiàn)干擾源2處：一處為A鐵路線，干擾管段L40—L45；另一處為B鐵路線，干擾管段為L25—L39；2處干擾源均與管道近距離并行且交叉。干擾源與管道相對位置關(guān)系如圖1所示。干擾源：A鐵路線，B鐵路線。

3.1.2" 交流排流裝置檢測評價

對管道沿線共4處交流排流裝置的性能進(jìn)行檢測，所有交流排流裝置的排流器采用固態(tài)去耦合器，檢測結(jié)果列表見表1。

3.1.3" 交流排流裝置檢測評價結(jié)論

①所有排流點接地極的接地電阻均滿足現(xiàn)有干擾情況下的干擾防護(hù)要求。②固態(tài)去耦合器“隔直通交”性能良好，設(shè)備運(yùn)行狀況穩(wěn)定。

3.1.4" 交流干擾檢測數(shù)據(jù)分析及評價

對管道線所有測試點進(jìn)行了24 h交流干擾電壓、交流電流密度的連續(xù)測試，統(tǒng)計管道沿線測試點24 h管道交流干擾電壓和交流電流密度的最大值、最小值、平均值，并繪制交流電壓與交流電流密度-里程折線圖如圖2所示。

3.1.5" 交流干擾檢測評價結(jié)論

①交流電壓-里程折線圖表明，全線24 h平均交流干擾電壓均小于4 V。②交流電流密度-里程折線圖表明，除其中L30—L38、L41以外全線24 h平均交流干擾電壓均小于30 A/m2。

3.1.6" 交流干擾防護(hù)調(diào)整建議

①在L30—L38處增設(shè)固態(tài)去耦合器。②對現(xiàn)有交流排流裝置的有效性檢測

3.2" 直流雜散電流干擾檢測評價

3.2.1" 直流干擾源調(diào)查

對管道沿線直流干擾源進(jìn)行現(xiàn)場踏勘調(diào)查，管道沿線主要直流干擾源為A市地鐵1號線、3號線、4號線、8號線、9號線和10號線。管道與地鐵線路的相對位置關(guān)系如圖3所示。

干擾源1：A市地鐵1號線、A市地鐵3號線、A市地鐵4號線、A市地鐵10號線。

干擾源2：A市地鐵1號線、A市地鐵8號線、A市地鐵9號線。

3.2.2" 直流干擾檢測數(shù)據(jù)分析及評價

對管道所有測試點24 h通電電位、試片斷電電位的連續(xù)測試，統(tǒng)計管道沿線測試點24 h管道通電電位與斷電電位的最大值、最小值、平均值，如圖4所示。

統(tǒng)計管道沿線測試點24 h內(nèi)測試數(shù)據(jù)不滿足陰極保護(hù)準(zhǔn)則的比例，如圖5所示。

3.2.3" 直流干擾檢測評價結(jié)論

①通過各測試點24 h連續(xù)檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，受A市地鐵直流雜散電流影響，L2—L45電位波動幅度最大的管段集中在L2—L21，檢測管段的管道通電和斷電電位在0點至5點管地電位相對平穩(wěn)，其余時間段內(nèi)電位頻繁正負(fù)向交變，這與地鐵運(yùn)行時刻和干擾規(guī)律基本一致，檢測管段不存在明確的陽極區(qū)或陰極區(qū)。②24 h測試時間內(nèi)，管道陰保欠保護(hù)比例較大的管段集中在L2—L19、L29—L44管段。③油庫陽極線斷纜，在無強(qiáng)制電流保護(hù)情況下，現(xiàn)場管道陰保欠保護(hù)比例增加。

3.2.4" 直流干擾防護(hù)調(diào)整建議

①完成油庫陽極線斷纜維修，恢復(fù)恒電位儀運(yùn)行，重新進(jìn)行24 h通電電位、斷電電位檢測，完善相關(guān)數(shù)據(jù)分析。②根據(jù)電位波動情況，建議在樁號L19—L20閥室新增恒電位儀，調(diào)整電流輸出完善整體管段保護(hù)。

4" 雜散電流問題及防治

4.1" 系統(tǒng)雜散電流干擾的主要問題

從本次對鎮(zhèn)杭管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)和雜散電流干擾檢測情況來看，現(xiàn)有干擾防護(hù)系統(tǒng)主要存在以下問題：①成品油管道沿線交流和直流雜散電流整體干擾嚴(yán)重，其中管道L30—L38、L41交流雜散電流干擾嚴(yán)重，管道L2—L19、L29—L44管段直流雜散電流干擾嚴(yán)重。②隨著逐年新增交流和直流干擾源，干擾源的新增速度大于干擾治理的速度，管道沿線交直流干擾整體較嚴(yán)重，現(xiàn)有的排流裝置數(shù)量仍有不足。

4.2" 雜散電流干擾防治對策

4.2.1" 直流干擾整改建議

交流干擾比直流干擾對管道的腐蝕風(fēng)險小，宜優(yōu)先對直流干擾進(jìn)行綜合治理。直流干擾的治理，應(yīng)優(yōu)先依托現(xiàn)有條件，修復(fù)油庫陽極斷纜，對陰保站輸出進(jìn)行調(diào)整，復(fù)測干擾段的治理效果，如果治理效果不理想，考慮在新增閥室位置增設(shè)陰極保護(hù)站。

4.2.2" 交流干擾整改建議

交流干擾的治理，應(yīng)優(yōu)先對高壓輸電線路導(dǎo)致的持續(xù)干擾進(jìn)行治理，再對電氣化鐵路動態(tài)干擾進(jìn)行治理。對于現(xiàn)階段對管道陰極保護(hù)和雜散電流干擾防護(hù)效果無明顯影響，其中包括規(guī)劃建設(shè)的B市地鐵2號線但后期可能有影響的問題，建議最后處理。

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