某在役航油管道陰極保護追加及排流防護技術應用

於 朋 胡松青 田 力

(1. 上海艾思其工程技術有限公司，上海 200131；2.中國石油大學(華東)理學院，山東 青島 266580)

0 引言

某機場航油管道始建于2003年，建設先后分為一期、二期兩部分完成，長度分別約為20km和30km，管道外防腐層均為3層PE。一期管道建設同期實施了外加電流陰極保護(1座陰保站)，二期管道于2009年建成，與一期管道對接后，影響了整個管網的陰極保護效果。為此對整個在役管道的陰極保護運行情況進行了檢測，并根據檢測結果制定了相應的陰極保護追加改造方案，改造后陰極保護系統運行良好，使得管道得到了有效的保護。

然而，改造后的陰保系統在正常運行一年之后，保護電位出現異常波動，陰保系統近乎失效，導致管道運行存在隱患。經過現場檢測和分析，確認管道受到了新開通的機場地鐵的直流雜散電流干擾，從而對管道采取了雜散電流排流措施，排流效果良好，目前管道陰保系統運行正常。

1 陰極保護追加改造

1.1 陰極保護運行情況檢測

對在役管網陰極保護運行情況進行了以下檢測：保護電位測試、管網分布及電連接性測試、饋電試驗。檢測結果表明：

(1)保護電位測試：管道大部分測試點的陰保電位達不到保護要求。

(2)通過RD-PCM對管網的路由分布情況進行了檢測：整個管網由主管道和機坪支管構成，主管道呈環狀形態、部分對稱分布，支管分布分散、不均勻，主管和支管的管徑不一致，部分機坪管網防腐層是環氧煤瀝青(主管為3PE)，從而造成整個管網保護電流分布不均勻；整個管網的電連接性良好。

(3)選取不同點進行饋電實驗，距通電點較遠點電位達不到保護要求，單一的陰保站不足以保護整個管網。

1.2 陰極保護追加改造措施

由于被保護管網分布的復雜性，陰極保護采取區域性保護的方法。根據不同點的饋電實驗結果，綜合管網的分布情況設置幾套陰保系統，各個陰保系統有其保護重點但又相互補充，以達到保護電流均勻分布的目的，盡量消除保護盲點。

本工程在原有的1套陰保系統基礎上再增加設置2套新的外加電流陰保系統，根據饋電實驗結果合理設置通電點位置。為減小輔助陽極地床對周圍金屬構筑物的影響，并考慮到在機場內設置地床的占地情況，本工程采用占地小、干擾小、輸出電流更為均勻的深井陽極地床，輔助陽極采用MMO鈦基貴金屬氧化物陽極。追加的陰保系統投運后，管網陰極保護電位均達到保護要求(-0.85～-1.25V，CSE)。圖1為改造后不同測試點保護電位測試圖，圖2為改造后某測點24h不間斷電位測試圖。從圖1和圖2中的數據可以看出，陰保系統運行良好，陰保電位達到了保護要求，管道得到了有效的保護。

圖1 改造后不同測試點保護電位測試圖

圖2 改造后某測點24h不間斷電位測試圖

2 雜散電流干擾檢測及排除

2.1 雜散電流干擾檢測

管道陰保系統正常運行一段時間后，管道保護電位開始出現嚴重漂移現象，電位波動頻率大，幅度高，疑似受到外界雜散電流的干擾。在管道的正常運行中，管道的管地電位是監測雜散電流干擾最直觀的參數，當管道受到雜散電流干擾時，管道管地電位會出現異常(如電位波動大、正負大范圍偏移等)，雜散電流分為交流和直流。為了確定雜散電流干擾類型、干擾源及干擾程度，對管道的干擾情況進行了以下檢測：(1)管地交流電位測試，見表1；(2)管地直流電位測試(見表1)，并對個別測點進行1h不間斷測試(如圖3所示)；(3)土壤電位梯度測試，見表2。

表1 陰極保護異常前后數據(保護電位相對于CSE)

由表1中的交流電位的測試結果可知，管道交流電壓均小于1V，根據GB/T50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》規定：“當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”，可基本排除交流干擾[1]。

表1和圖3的直流電位測試結果表明：管道直流電位波動較大，已超出陰極保護正常保護范圍(-0.85～-1.25V)，陰極保護運行受到影響，且波動電位均出現正電位，管道受到加速腐蝕的威脅。地中若存在大量的直流雜散電流，必然會引起大地電位梯度的變化，從而可以判斷土壤中是否存在雜散電流及其干擾強度。根據《埋地鋼制管道直流排流保護技術標準》(SY/T0017-2006)規定[2]，當管道附近土壤電位梯度大于0.5mv/m時，確認為直流干擾，當管道附近土壤電位梯度大于2.5mv/m時，管道應及時采取直流排流保護或其他防護措施[4]。因此，在陰保系統異常的情況下進一步對管道土壤電位梯度進行了測量，相應的測試數據見表2。由表2中的數據可知，管道受到了較強的直流雜散電流干擾，需要進行直流排流保護。

圖3 直流電位1h不間斷測試圖

表2 陰極保護異常后土壤電位梯度

直流干擾源一般為直流電氣化鐵路或直流輸電線路，根據現場的調研情況，管網陰保系統出現異常的節點與機場地鐵開通的時間點相吻合，初步懷疑直流雜散電流干擾源為機場地鐵。由于地鐵的運行和停運有一定的規律性，可以通過連續監測管地電位的變化判定地鐵雜散電流對管道的干擾情況。圖4是管道某測點24h不間斷電位測試圖。從圖中的監測數據可以看出，在地鐵運行過程中管地電位在量程為0～-2V的數據采集器中滿區間波動，波動非常劇烈，直流干擾相當嚴重，導致陰保系統不能正常運行；然而，在凌晨23:00～6:00地鐵停運階段，管地電位波動明顯減小，趨于平穩。因此進一步確認了雜散電流干擾源為機場地鐵。

2.2 雜散電流排流措施

2.2.1 地鐵雜散電流的腐蝕機理和危害

地鐵供電方式一般采用直流牽引方式[3]，在這種供電方式中，列車直流牽引系統采用正極接接觸網，走行軌作為負回流線，由于走行軌和道床之間往往絕緣不充分，有一部分電流會從走行軌泄露至大地，形成直流雜散電流。當鐵軌附近有埋地金屬管道時，這部分雜散電流就有可能流入管道，雜散電流流入部分為陰極區，雜散電流流出部位為陽極區，管道發生氧化反應生成鐵離子溶于周圍介質中，造成管道發生電化學腐蝕[4]。與金屬的自然腐蝕相比，直流雜散電流腐蝕一般具有腐蝕激烈、腐蝕部位集中、有防腐層時往往集中于防腐層的缺陷部位，大的雜散電流可能會使被干擾管道在短時間內發生點狀坑蝕，造成泄漏事故。此外，雜散電流還會對管道陰極保護系統造成影響，嚴重時會造成管道陰保系統癱瘓。

2.2.2 地鐵雜散電流干擾的排流措施

圖4 地鐵雜散電流干擾下管道對地電位監測數據

(1)針對管道電位出現正移的情況，管線需要增加外加電流強排陰保站，通過強制排流使管道電位負移。管道電位負移可能會造成過保護，但過保護的危害與干擾腐蝕的危害相比是次要的，在排流保護中應以盡可能降低正的管地電位抑制干擾腐蝕為主。

(2)目前管道雜散電流的防護主要采取排流措施，將管道中的干擾電流人為的使之回流到鐵軌或排流到大地中，依據電連接回路不同，分為直接、極性、強制和接地排流。前三種方法要把電流排放到軌道上，往往都需要地鐵干擾源方的協調支持，而且這些方法的缺點是有可能會對鐵路傳輸信號造成干擾，影響到地鐵的安全運行，國內應用不多。而接地排流是將電流直接通過接地地床排出管道，不需要與地鐵連接，而且施工方便，是一種較為實用的排流方法。實際應用中通常采用排流器加排流地床的組合，排流地床的接地電阻原則上要小于管道接地電阻，根據排流需要可選用不同形式的陽極地床，如淺埋式或排流井，排流接地極可采用鋼管、鋅、鎂犧牲陽極等。排流器正極接管道，負極接排流地床，這樣可以保證電流單方向從管道排出，有效的阻止了保護電流的散失。本工程采用排流器+淺埋排流地床的接地排流措施對地鐵雜散電流進行防護。

排流整改之后，經過近一個月的運行監測，雜散電流基本排除，管道保護電位基本恢復到正常有效范圍，確保了管道的正常安全運行。

3 結論

(1)針對在役機場輸油管網分布的復雜性及保護電流分布不均勻等特點，通過饋電實驗合理布置區域性外加電流陰極保護系統，使整個管網得到充分有效保護。

(2)對輸油管網的雜散電流干擾進行有效的檢測，確定了雜散電流干擾類型、干擾源及干擾程度。并針對地鐵對管道的雜散電流干擾，采取了強排站+接地排流的聯合排流措施，雜散電流基本排除，管道保護電位基本恢復到正常有效范圍。

[1]GB/T50698-2011, 埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準[S].

[2]SY/T0017-2006, 埋地鋼制管道直流排流保護技術標準[S].

[3]李月俊. 地鐵雜散電流防護技術措施[J]. 科技信息, 2009, 6:603.

[4]劉愛芳. 地鐵中金屬管道雜散電流腐蝕的防護[J]. 鐵道勘察,2004, 3:49-50.