雍信實(shí)

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部?jī)?chǔ)運(yùn)公司南京輸油處

摘要：長(zhǎng)輸管道受交流雜散電流干擾影響日趨增多。介紹了交流干擾類型、危害、腐蝕特征及識(shí)別方法，比較了國(guó)內(nèi)外對(duì)交流干擾的評(píng)定指標(biāo)，通過(guò)案例分析了不同干擾源對(duì)長(zhǎng)輸管道交流干擾的特征規(guī)律，提出了干擾防護(hù)措施及相關(guān)建議，經(jīng)對(duì)比排流前后管道交流干擾電壓和交流電流密度，證明排流效果良好。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；交流雜散電流；干擾特征； 防護(hù)措施

電力系統(tǒng)、交通運(yùn)輸設(shè)施與油氣管道交叉相遇的現(xiàn)象比較普遍，因此產(chǎn)生大量的交流干擾加快了金屬管道局部腐蝕速度，管道高絕緣涂層的使用也加重了雜散電流的危害。通過(guò)案例分析闡述高壓輸電線與電氣化鐵路對(duì)管道交流干擾的特征規(guī)律，同時(shí)提出交流雜散電流干擾防護(hù)措施及相關(guān)建議。

1  交流干擾影響

交流干擾源對(duì)埋地金屬管道的影響主要有兩方面：一是長(zhǎng)期存在的感應(yīng)電壓對(duì)金屬管道造成干擾腐蝕；二是電力線路故障狀態(tài)下瞬態(tài)感應(yīng)電壓干擾，需采用干擾防護(hù)措施，詳情如表 1所示。

表 1 交流雜散電流對(duì)管道干擾危害及防護(hù)措施

管道交流干擾腐蝕特征：在腐蝕坑上形成堅(jiān)硬的腐蝕產(chǎn)物丘；腐蝕形態(tài)呈凹陷的半球狀；腐蝕坑比防腐層破損面積更大；腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)分層或含大量碳酸鈣，清除后金屬表面有明顯的的硬而黑的層狀痕跡，存在四氧化三鐵；腐蝕坑處pH值一般大于10。如圖 1所示。

圖 1 埋地管道交流干擾腐蝕情況

2  交流干擾判定

交流干擾評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下。NACE SP 0177―2007《交流電和雷電對(duì)金屬結(jié)構(gòu)和腐蝕的影響》規(guī)定：高壓交流輸電線路對(duì)管道產(chǎn)生的干擾電壓應(yīng)小于15 VAC，以保證相關(guān)工作人員的人身安全。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 50925―1992《金屬腐蝕.敷設(shè)在地下的設(shè)備陰極防腐蝕作用的驗(yàn)證》規(guī)定，如果均方根（RMS）交流電流密度低于30 A/㎡，可以認(rèn)為管道免于交流腐蝕，有學(xué)者建議將30 A/㎡限值改為20 A/㎡，貝克曼《陰極保護(hù)手冊(cè)》中也引用了20 A/㎡限值。GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：當(dāng)管道上的交流干擾電壓不高于4 V時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施；高于4 V時(shí)，應(yīng)采用交流電流密度進(jìn)行評(píng)估，交流電流密度分別為＜30 A/㎡、30 A/㎡～100 A/㎡、＞100 A/㎡時(shí)，交流干擾程度分別判定為弱、中、強(qiáng)。SY/T 0087.6―2021 《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 第6部分：埋地鋼質(zhì)管道交流干擾腐蝕評(píng)價(jià)》規(guī)定，當(dāng)交流電流密度在30 A/㎡～100 A/㎡時(shí)，管道無(wú)IR降保護(hù)電位（或斷電電位）應(yīng)滿足﹣1.15  VCSE≦EIR-free≦﹣0.9 VCSE或直流電流密度不大于1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

3  應(yīng)用案例

3.1  交流干擾識(shí)別判定

南方某原油管道75#～80#測(cè)試樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)管段同時(shí)受500 kV高壓輸電線與電氣化鐵路交流雜散電流干擾影響，其中76#、77#距高壓電線直線距離僅100 m左右；79#～80#管段與電氣化鐵路在100 m內(nèi)伴行。該管段24 h交流干擾電壓、交流電流密度、陰保斷電電位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及干擾源描述詳見(jiàn)表 2。 干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線如圖 2所示。

表 2 排流前75#~80#樁管段24 h交流干擾監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及干擾源描述

圖 2 排流前干擾管段交流電壓及交流電流密度曲線圖

由表 2及圖 2可見(jiàn)，76#、78#、79#、80#監(jiān)測(cè)點(diǎn)交流干擾電流密度均值均超過(guò)30 A/㎡，77#監(jiān)測(cè)點(diǎn)超過(guò)100 A/㎡，根據(jù)GB/T 50698判定交流干擾程度分別為 “中”“強(qiáng)”。78#、79#、80#監(jiān)測(cè)點(diǎn)交流干擾電壓峰值超出NACE SP 0177―2007規(guī)定的15 V人體安全電壓限值，會(huì)威脅現(xiàn)場(chǎng)操作人員安全。該干擾管段陰極保護(hù)斷電電位普遍負(fù)于﹣1.15 VCSE，根據(jù)SY/T 0087.6中規(guī)定應(yīng)適當(dāng)減小鄰近陰保站恒電位儀輸出，使該管段陰保斷電電位處于合理區(qū)間。

穩(wěn)態(tài)下的高壓輸電線路對(duì)管道交流干擾主要為感性耦合方式，其特征曲線在一定時(shí)間段內(nèi)相對(duì)平穩(wěn)，交流干擾電壓24 h監(jiān)測(cè)均值與峰值差值不會(huì)太大。電氣化鐵路對(duì)管道交流干擾主要以阻性耦合為主，部分疊加感性耦合，其特征曲線呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，管道交流干擾電壓的變化規(guī)律與列車(chē)運(yùn)行規(guī)律具有明顯的相關(guān)性，伴隨列車(chē)每次經(jīng)過(guò)時(shí)管道出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖峰值干擾電壓（為監(jiān)測(cè)均值的數(shù)倍至幾十倍），而且電氣化鐵路對(duì)管道的干擾與其負(fù)載有明顯的相關(guān)性，負(fù)載越大，管道瞬時(shí)峰值電壓越大，交流干擾越嚴(yán)重。如圖 3、圖 4所示。

圖 3 77#樁（近500 kV高壓線）交流干擾電壓24 h監(jiān)測(cè)曲線

圖 4 79#樁（京滬鐵路橋旁）交流干擾電壓24 h監(jiān)測(cè)曲線

由圖 3、圖 4可見(jiàn)，77#、79#監(jiān)測(cè)點(diǎn)受京滬鐵路交流干擾影響特征明顯，監(jiān)測(cè)過(guò)程中伴隨列車(chē)通過(guò)管道上頻繁出現(xiàn)瞬時(shí)高峰值干擾電壓，在夜間（22:00～次日6:00）京滬鐵路線上列車(chē)車(chē)次很少，故出現(xiàn)瞬時(shí)峰值電壓也很少；而79#監(jiān)測(cè)點(diǎn)在京滬鐵路橋旁，列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)管道出現(xiàn)瞬時(shí)峰值交流電壓明顯大。由于79#樁周邊除京滬鐵路外無(wú)其他干擾源（該點(diǎn)遠(yuǎn)離500 kV高壓線），故夜間22:00～次日6:00時(shí)間段（京滬鐵路上無(wú)列車(chē)經(jīng)過(guò)）該點(diǎn)基本無(wú)干擾；77#監(jiān)測(cè)點(diǎn)（近高壓線）疊加了周邊500 kV高壓線交流干擾，在夜間京滬鐵路列車(chē)停運(yùn)時(shí)間段該點(diǎn)交流干擾電壓依然存在，且夜間曲線走勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)。

3.2  緩解措施

選用固態(tài)去耦合器+負(fù)極接地極兩種互補(bǔ)聯(lián)合排流方式，采用規(guī)格ZR-2帶狀鋅陽(yáng)極作為接地體，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土壤電阻率測(cè)試值，排流地床設(shè)置鋅帶100 m，與管道平行敷設(shè)（圖 5）。在76#～80#干擾嚴(yán)重管段沿線設(shè)置5處交流排流點(diǎn)，同時(shí)減小干擾管段上下游陰保站恒電位儀輸出，使該管段陰保斷電電位處于合理區(qū)間。排流檢測(cè)結(jié)果如表 3所示。

（a）縱斷面

（b）橫斷面
圖 5 水平鋅帶敷設(shè)示意圖

表 3 采取排流措施后75#~80#樁管段交流干擾24 h監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及效果判定

4  結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)交流干擾的判定標(biāo)準(zhǔn)及排流標(biāo)準(zhǔn)不一致，交流腐蝕機(jī)理尚無(wú)定論，有待進(jìn)一步研究。實(shí)踐中，僅采用交流干擾電壓準(zhǔn)則或交流電流密度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則并不適宜，基于交、直流電流密度和保護(hù)電位評(píng)價(jià)準(zhǔn)則更為合理。

當(dāng)管道交流或直流電流密度很高時(shí)，陰極保護(hù)可能對(duì)交流腐蝕起不到緩解作用，反而偏負(fù)會(huì)加快交流腐蝕速率。建議管道在交流干擾情況下將陰保電位（消除IR降后）控制在﹣0.90 VCSE～﹣1.15 VCSE或直流電流密度≦1 A/㎡且EIR-free≦﹣0.9 VCSE。

當(dāng)管道裝有交流排流裝置時(shí)，PCM檢測(cè)的混頻信號(hào)容易通過(guò)排流接地極流失消耗，為保障測(cè)試精度，管道外防腐層檢測(cè)時(shí)需要斷開(kāi)管道排流裝置接線。在排流防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，采用專業(yè)模擬計(jì)算軟件對(duì)排流設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化配置，可以做到精準(zhǔn)科學(xué)排流，避免過(guò)度排流浪費(fèi)資源。

作者簡(jiǎn)介：雍信實(shí)，1970年生，本科，高級(jí)工程師，主要從事管道腐蝕與防護(hù)管理工作。聯(lián)系方式：18552278061，yongxs1970@163.com。