蘇南成品油管道交流雜散電流干擾檢測及防護措施

陳亮

（中國石化銷售有限公司華東分公司，上海201100）

國民經濟的快速發展和城市化進程的不斷推進，極大地促進了石油、電力以及交通運輸業的發展［1］。由于地理位置的限制，相關部門在油氣管道與電力線路和電氣化鐵路的設計和建設過程中都會采取路徑“擇優原則”，這就使得油氣管道不可避免要與高壓輸電線路或電氣化鐵路在“公共走廊”中小間距、長距離的并行或交叉［2］；同時隨著防腐蝕涂層的發展，PE／3PE等高絕緣性能涂層的應用越來越多，使得埋地管道面臨的交流干擾問題日益突出，嚴重威脅著管道及其相關設備的安全（絕緣法蘭、陰極保護設備等）以及工作人員的人身安全。此外，最令人擔憂的是，交流雜散電流干擾還會造成管道的腐蝕穿孔（即交流腐蝕），從而引起能源浪費、環境污染以及火災、爆炸等事故，因此埋地管道的交流干擾問題日益受到人們的關注。

本工作對蘇南成品油管道存在交流雜散電流干擾的管段進行了全面檢測，掌握了蘇南成品油管道的交流雜散電流干擾的程度和來源，同時根據管道的交流干擾程度和現場模擬試驗，提出了蘇南成品油管道交流干擾的防護措施。

蘇南成品油管道工程（江南部分）在用主管線366km（見圖1），全線共有輸油工藝站場6座。管道的規格為：管徑φ406.4mm；壁厚7.1mm、7.9mm、8.7mm三種規格；管道材質L415；管道直埋段采用加強級熔結環氧粉末防腐蝕層，穿越段采用3PE防腐蝕層。

圖1 蘇南成品油管道走向示意圖Fig.1 Alignment graphics of Sunan refined oil pipelines

1 交流雜散電流干擾標準

最新標準GB／T 50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》規定［3］，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；高于4V時，應采用交流電流密度進行評估，交流電流密度可按下式計算：

式中：JAC為評估的交流電流密度，A／m2；V為交流干擾電壓有效值的平均值，V；ρ為土壤電阻率，Ω·m，ρ值應取交流干擾電壓測試時，測試點處與管道埋深相同的土壤電阻率實測值；d為破損點直徑，m，d值按發生交流腐蝕最嚴重考慮，取0.011 3m。

管道受交流干擾的程度可按表1交流干擾程度的判斷指標來判定。

表1 交流干擾程度的判斷指標Tab.1 Analyzing index of AC interference degree

當交流干擾程度判定為“強”時，應采取交流干擾防護措施；判定為“中”時，宜采取交流干擾防護措施；判定為“弱”時，可不采取交流干擾防護措施。

2 交流雜散電流干擾檢測結果

本次對全線82處測試樁進行了交流雜散電流干擾測試，其中14處干擾較小的位置進行了1h的監測，對干擾較嚴重的68處進行了24h交流電壓的監測，數據采集間隔為1s。測試結果顯示，雜散電流干擾的管段可以分為5個管段，分別為：鎮江六里村段、鎮江基馮路段、鎮江338省道段、常州338省道段和江陰段。

2.1 鎮江六里村段

對此段管道21個測試樁進行了測試，有20處管道的交流電壓最大值高于4V，1處管道交流電壓最大值接近4V，其中有11處管道的交流電壓最大值超過安全電壓15V，所有檢測位置的平均交流電壓均小于4V，管道的平均交流電流密度均小于30A／m2，交流干擾程度判定為“弱”，測試結果見圖2。此段管道的24h交流干擾電壓的監測表明，管道白天時間段的交流電壓波動較大，呈現不規則的脈沖式波動，最高交流電壓能波動到28V，夜間管道的交流電壓處于較低水平。調查發現此段管道沿線多處京滬高鐵交叉并行，且于NZ038測試樁附近穿越高鐵變電所，此段管道的附近未發現其他可能的干擾源，同時從管道的干擾電壓波形看出，在夜間高鐵停運時，管道交流電壓處于較低水平，可以推斷此段管道交流干擾是由高鐵造成，屬典型的間歇干擾［4-6］。

圖2 鎮江六里村段管道交流電壓和平均交流電流密度Fig.2 The AC voltage and average AC current density diagram of Zhenjiang Liulicun pipeline

2.2 鎮江基馮路段

對此段管道7個測試樁進行了測試，有4處的交流電壓高于4V，4處交流電流密度處于30～100A／m2，交流干擾程度判定為“中”，測試結果見圖3。對段管道的24h的交流電壓監測顯示，管道交流電壓隨時間發生一定的波動，但是短時間內波動幅度不大，均處在一個較高水平。調查發現此段管道沿線與多組高壓輸電線并行，高壓輸電線的等級多為500kV與220kV，同時交流電壓24h均處于一個較高水平，可以推斷此段管道交流干擾由高壓輸電線造成，屬于典型的持續干擾，由高壓輸電線路的電感耦合造成的［7］。

2.3 鎮江338省道段

對此段管道22個測試樁進行了測試，長時間監測結果顯示16處的管道交流電壓高于4V，其中有14處管道交流電流密度處于30～100A／m2，交流干擾程度判定為“中”，1處高于100A／m2，交流干擾程度判定為“強”，測試結果見圖4。對此段管道的24h的交流電壓監測顯示，管道交流電壓隨時間發生一定的波動，但是短時間內波動幅度不大，均處在一個較高水平。調查發現此段管道沿線有多組高壓輸電線并行，高壓輸電線的等級多為220kV，且交流電壓24h均處于一個較高水平，推斷此段管道交流干擾由高壓輸電線造成的持續干擾。

圖3 鎮江基馮路段管道交流電壓和平均交流電流密度Fig.3 The AC voltage and average AC current density diagram of Zhenjiang Fengji road pipeline

2.4 常州338省道段

對此段管道20個測試樁進行了測試，長時間監測結果顯示15處的管道交流電壓高于4V，其中有9處管道交流電流密度處于30～100A／m2，交流干擾程度判定為“中”，測結果見圖5。對此段管道的24h的交流電壓監測顯示，管道交流電壓隨時間發生一定的波動，白天的波動幅度較大，夜間的波動幅度較小，同時24h的交流電壓均處在一個較高水平。調查發現此段管道沿線有多組高壓輸電線并行，高壓輸電線的等級多為220kV和500kV，且交流電壓24h均處于一個較高水平，推斷此段管道交流干擾由高壓輸電線造成。

2.5 江陰段

對此段管道12個測試樁進行了測試，長時間監測結果顯示8處的管道交流電壓高于4V，其中有6處的交流電流密度處于30～100A／m2，交流干擾程度判定為“中”，2處大于100A／m2，交流干擾程度判定為“強”，測試結果見圖6。對此段管道的24h的交流電壓監測顯示，管道交流電壓隨時間發生一定的波動，長時間處在一個較高水平。調查發現此段管道沿線有多組高壓輸電線并行，高壓輸電線的等級多為220kV和500kV，且交流電壓24h均處于一個較高水平，推斷此段管道交流干擾由高壓輸電線造成，是典型的持續干擾。

4 鎮江338省道段管道交流電壓和平均交流電流密度圖Fig.4 The AC voltage and average AC current density diagram of Zhenjiang 338highway pipeline

圖5 常州338省道段管道交流電壓和平均交流電流密度Fig.5 The AC voltage and average AC current density diagram of Changzhou 338highway pipeline

圖6 江陰段管道交流電壓和交流電流密度Fig.6 The AC voltage and average AC current density diagram of Jiangyin pipeline

3 交流干擾防護措施的設計

測試管道中有4個管段的交流干擾程度均高于標準要求，1個管道（鎮江六里村段）管道交流電流密度較小，但是管道瞬間的交流電壓較高，因此均需要采取干擾防護措施。

通過在受干擾的管道設置一處臨時的緩解地床，測試臨時緩解地床的排流效果，即緩解地床連接前管道交流電壓VO，緩解地床連接后管道的交流電壓Vmit，緩解地床的接地電阻R。根據研究報告《AC PREDICTIVE AND MITIGATION TECH-NIQUES》［5］提供的簡化公式估算排流地床的預期接地電阻公式，反推出管道的特征阻抗Z，再利用此公式計算出每個交流干擾防護點降低到標準要求的交流電壓值需要的緩解地床的接地電阻值。

本次于江陰段CJ4199測試樁處進行現場模擬試驗，安裝臨時鋅接地地床，地床接地電阻為6.75Ω，將管道與臨時地床連接，連接前管道的交流電壓為7.5V，連接后管道交流電壓降低到6V，通過以上公式，計算出管道的特征阻抗值為3.375Ω。

本次交流干擾防護措施采用固態去耦合器［4］和鋅帶，鋅帶選擇埋深為1.5m，填包料的直徑選擇為20cm。根據測試的管道交流電壓的分布，管道的特征阻抗和土壤電阻率，確定交流干擾防護措施的位置和每個防護點的排流地床鋅帶的長度。對于由高鐵造成的交流干擾，交流電流密度較小，考慮將交流電壓降低到安全電壓15V以下［6］，高壓輸電線造成的持續的交流干擾，交流電流密度較大，將交流電壓降低到4V［3］。設計時每個排流地床的接地電阻考慮50%裕量，即設計時采用的接地電阻為計算值的50%。

根據以上的設計方法，分別給5段管道提出的交流干擾防護措施，共設置39處交流干擾防護措施。（1）鎮江六里村段設置8個干擾防護措施；（2）鎮江基馮路段設置4個干擾防護措施；（3）鎮江338省道段設置13個干擾防護措施；（4）常州338省道段設置9個干擾防護措施；（5）江陰段設置4個干擾防護措施。具體位置見表2。

4 結論

（1）蘇南成品油管道共有5個管段的雜散電流干擾較為嚴重，其中一個管段的交流干擾是由高鐵造成，其他四個管段是由高壓輸電線造成。

（2）此管道共有33處的交流干擾程度評價為“中”，3處的交流干擾程度評價為“強”。

（3）高鐵造成管道的交流干擾電壓波動規律和高壓輸電線造成有明顯區別，高鐵造成的交流干擾電壓呈脈沖式的波動，典型的間歇干擾［1］。且在白天時間段，高鐵運行時，交流干擾電壓峰值較高，在夜間，高鐵停運時，管道交流干擾電壓較小。高壓輸電線造成的干擾電壓在24h內均處于較高水平，整體波動不大，呈典型的持續干擾，是由于高壓輸電線路的電感耦合造成的［7］。

表2 蘇南管道的交流干擾防護措施參數表Tab.2 Interference mitigation measures for Sunan refined oil pipelines

（4）確定了交流干擾的防護措施，根據現場模擬試驗，計算了每個管段的排流地床參數。化設計，結論如下：

（1）腐蝕成分分析顯示，在出口集合管盲端法蘭內側發生了高溫硫腐蝕。富氫環境使腐蝕產物疏松多孔，在高流速流體沖刷下發生了沖刷腐蝕。

（2）介質在J面上始終以一種漩渦狀的形態順時針流動，在J面右下側漩渦強度最大。隨著介質處理量的增加，J面右下側漩渦的渦量值也不斷增大。J面上介質切向速度分布不均勻，右下側介質速度最大，隨著處理量的增加，速度也不斷增大。

（3）J面右下側漩渦流的渦量值和速度都明顯高于其他部位，介質對壁面的沖刷破壞也明顯比其他部位嚴重，使得腐蝕產物不斷被沖刷帶走，從而加劇了腐蝕進程。

（4）優化的平蓋結構使集合管盲端介質漩渦流程度和切向速度大大降低且分布均勻，有效改善了漩渦流對法蘭內壁的沖刷作用，達到防腐蝕的目的。

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