甬臺溫管道雜散電流干擾防治措施*

羅勇 周斌 張海雷

1浙江省天然氣開發有限公司

2中國石化石油工程設計有限公司

甬臺溫天然氣管道與甬臺溫成品油管道從天然氣春曉首站至瑞安站段并線敷設，并線長度341.47 km。甬臺溫天然氣管道外防腐采用三層PE涂層，陰極保護采用強制電流保護法。并線段管道的線路陰極保護站為春曉首站、奉化分輸站、寧海分輸站、臨海分輸站、溫嶺分輸站、龍灣分輸站、瑞安分輸站。甬臺溫成品油管道與甬臺溫天然氣管道從成品油管道2#咸祥閥室至瑞安飛云油庫段并線敷設，并線長度341.47 km。甬臺溫成品油管道外防腐采用三層PE 涂層，陰極保護采用強制電流保護法。并線段管道的線路陰極保護站為2#咸祥閥室、寧海分輸泵站、臨海分輸泵站、11#清北閥室、靈昆清管站、瑞安末站。由于甬臺溫天然氣和成品油管道與高鐵和高壓輸電線路存在多處的伴行和交叉，導致管道出現了交流、直流雜散電流的干擾[1-4]。埋地管道防腐層和管體會被瞬時強大的電流擊穿，導致管道外防腐層出現破損。腐蝕性物質通過破損點接觸管道金屬，出現腐蝕。同時電流也經過破損點流入管道，干擾陰極保護系統的正常工作，進一步加速腐蝕。另外，這些雜散電流和電壓會嚴重威脅周圍人員的安全。因此，采取措施減少雜散電流干擾，十分必要和緊迫[5-6]。

1 高鐵和高壓輸電線的干擾

1.1 天然氣管道雜散電流干擾嚴重區域

經過對《甬臺溫天然氣管道雜散電流及陰極保護檢測報告》數據的分析，交流干擾區域集中在以下區域：莼湖閥室—江瑤閥室—寧海分輸站段，該段管線與甬臺溫高鐵、輸電線路伴行、交叉；澄江閥室附近，該處管線周邊存在輸電線路；南樂閥室—樂成閥室之間南岳鎮段管線周邊存在高壓線。

從陰極保護系統投運前的地電位梯度、管道直流電位檢測數據來看，整條管道均受到了一定的直流干擾，但位置不同其干擾規律也不同：陰極保護系統投運前，D01～FA21段、CA05～CB30 段、DC19～DC35 段、1553～2D 段、1283～1251 段 管線直流電位正向、負向波動，電位波動幅度較大，其余管段直流電位以負向波動為主。陰極保護系統投運后，直流干擾受到了抑制，干擾程度有所減弱。斷電電位的波動小于通電電位的波動程度。從37處24h的通/斷電檢測數據來看，FA4、FA3、FA2、FA12、FA13-2、FA22-1、FA17、FA20、FA22-1 處的斷電電位波動，其余位置斷電電位較為穩定，但尚未達到陰極保護要求，主要表現為欠保護。

1.2 成品油管道雜散電流干擾嚴重區域

經過對《甬臺溫成品油管道雜散電流及陰極保護檢測報告》數據的分析，交流干擾區域集中在以下區域：咸祥閥室—寧海分輸站段，該段管線與甬臺溫高鐵、輸電線路伴行、交叉；莼湖閥室—西店閥室之間的管線周邊存在高壓輸電線路；澄江閥室附近，該處管線周邊存在輸電線路。從陰極保護系統投運前的地電位梯度、管道直流電位檢測數據來看，整條管道均受到了一定的直流干擾，但位置不同其干擾規律也不同：陰保系統投運前，D01～CB60 段、DC24～DC35 段、1553～3D 段、1291～1251 段管線直流電位正向、負向波動，電位波動幅度較大；陰極保護系統投運后，直流干擾程度有所減弱。從全線近期的通/斷電檢測數據來看，通、斷電位均有波動，但波動幅度與系統投運前的檢測報告數據相比較小，D06～SL10 段、CA2～CB10 段的斷電電位未達到陰極保護要求，主要表現為欠保護。

1.3 雜散電流干擾的危害

雜散電流干擾會導致管道產生腐蝕，甚至威脅人員的生命安全。直流雜散電流干擾的存在極大地影響管道的運行安全，會造成絕緣器件（如閥室絕緣卡套）的損壞，影響相關設備（如恒電位儀）的正常運行，同時會導致管道出現嚴重的腐蝕。盡管交流干擾引起的腐蝕強度要比直流干擾小得多，大約為直流干擾的2%或更小；但是交流干擾對管道具有去極化作用，會加劇腐蝕，形成一定數量的穿孔，同時加速絕緣層的老化，引起防腐層的剝離脫落，陽極保護系統的正常運行受到影響，特殊情況下，產生的高感應電壓會迅速擊穿絕緣層，擊毀陰極保護設施，甚至嚴重威脅人員安全。

1.4 雜散電流干擾的防護方式

本工程管道沿線與甬臺溫高鐵以及多條高壓輸電線路伴行或交叉，部分管段交流干擾較為嚴重，因此要采取相應的干擾防護措施。

管道交流干擾防護措施主要有以下幾類：①屏蔽：如金屬格柵、防護棚洞等；②隔離：如在被干擾段設置絕緣接頭或絕緣法蘭；③接地：通過排流接地體將干擾產生的電流引入大地，減輕交流干擾。

目前，較為常用的還是采用接地排流的方式，GB/T 50698《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》中提到了相關的排流接地方式：直接接地、負電位接地和固態去耦合器接地。

直接接地適用于陰極保護站保護范圍小的被干擾管道，具有簡單經濟、減輕干擾效果好的優點；應用范圍小，漏失陰極保護電流。

負電位接地適用于受干擾區域管道與強制電流保護段電隔離，且土壤環境適宜采用犧牲陽極陰極保護的干擾管道，具有減輕干擾效果好、向管道提供陰極保護的優點；管道進行瞬間斷電測量與評價陰極保護有效性實施困難。

固態去耦合器接地適用范圍廣，能有效隔離陰極保護電流，減輕干擾效果好；額定雷電沖擊及故障電流通流容量大，裝置抗雷電或故障電流強電沖擊性能好。

2 干擾防治措施

2.1 管道交流雜散電流

由于天然氣管道、成品油管道均采用強制電流陰極保護系統進行保護，為防止陰極保護電流流失，干擾防護采用固態去耦合器。與電氣化鐵路交叉處的排流點的接地體采用帶狀鋅合金陽極及棒狀鋅合金犧牲陽極，鋅帶沿管道敷設；其余排流點的接地體采用棒狀鋅合金犧牲陽極。

2.1.1 固態去耦器和鋅陽極的技術性能要求

固態去耦合器是一種集嵌位式排流與浪涌保護器于一體的交流干擾防護裝置，具有較高的交流故障電流、雷電電流通流能力和極低的電壓保護水平。它可安裝在管道附近的高壓輸電線路鐵塔及其接地系統附近、高壓輸電線路與管道并行段的公共走廊內、管道與輸電線路交叉位置處的兩側，用來降低管道上感應的交流雜散電流及部分直流雜散電流對埋地管道的影響。

去耦器供貨商應提供獨立第三方權威檢測（認證）機構出具的技術性能檢測報告，確保其滿足設計要求。固態去耦器技術及性能要求見表1。

鋅合金犧牲陽極成分中鋅的含量應不小于99.314%，高純鋅合金中鋅的含量應不小于99.99%，其他元素含量應符合相關標準規定。

2.1.2 施工要求

每處干擾排流點設1 臺固態去耦合器，固態去耦合器應設有混凝土基礎，以增強其安裝的牢固性和安全性。供貨商應進行現場技術指導，固態去耦合器的安裝、接線和調試等必須在供貨商的指導下進行。

與電氣化鐵路交叉處的排流點沿管道敷設2 根鋅帶、6 支ZP-8 棒狀鋅陽極，鋅帶與管道間距不小于2.5 m，埋深與管道中心平齊；其余排流點埋設30 支ZP-3 棒狀鋅陽極。若由于征地困難等因素導致分布式排流無法實施，在征得業主、設計同意后可以考慮采用深井式排流，但要結合地質條件確定。

棒狀鋅合金犧牲陽極的埋設必須采用化學填包料，填包料厚度大于100 mm，應采用布袋包裝回填，嚴禁使用化纖織品預包裝，填包料包裝可在室內進行。填包料應調拌均勻，不得混入石塊、泥土和雜草等。填包料配方為石膏粉∶膨潤土∶工業硫酸鈉=75∶20∶5。

表1 固態去耦合器主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of solid state decoupler

固態去耦合器與管道的連接采用銅焊，電纜截面積不小于35 mm2。焊接完成后采用黏彈體膠帶+聚丙烯膠帶對破損的防腐層進行修復。

2.2 天然氣管道直流雜散電流

甬臺溫天然氣管道直流電位正向、負向波動較為嚴重的區域為D01～FA21 段、CA5～CB30 段、DC19～DC35 段、1553～2D 段、1283～1251 段，其 中FA26～FA17-1 段、DC26～DC29 段、1288～1261 段交流干擾較為嚴重，考慮到固態去耦合器在交流排流的同時，超過閾值電壓后同樣可以進行直流排流，因此在交/直流共存段采用固態去耦合器進行排流，但固態去耦合器的閾值電壓應根據現場檢測結果進行確定；其余干擾嚴重段采用極性排流器進行排流，排流接地體采用鋅帶、棒狀鋅陽極。

其余段管道受到的干擾較弱，陰極保護系統投運后，檢測單位對SL7、SL13 進行了24 h 的通電、極化電位檢測，檢測結果見圖1、圖2。從圖中可以看出，SL7、SL13 的極化電位未達到標準規范要求，主要表現為欠保護，目前尚不能確定該問題是否可以通過調節線路陰極保護系統的輸出來解決，因此方案階段暫考慮沿線設置鎂合金犧牲陽極作為陰極保護補充措施，具體根據檢測情況確定。

2.3 成品油管道直流雜散電流

甬臺溫成品油管道直流電位正向、負向波動較為嚴重的區域為D01～CB60 段、DC24～DC35 段、1553～3D 段、1291～1251 段，其中FA26～FA17-1段、DC26～DC29 段、1288～1261 段交流干擾較為嚴重，在交/直流共存段采用交/直流排流器進行排流，在交流干擾嚴重段采用固態去耦合器進行排流，在直流干擾嚴重段采用極性排流器進行排流。

2.3.1 極性排流器和鎂合金犧牲陽極的技術性能要求

極性排流器供貨商應提供獨立第三方權威檢測（認證）機構出具的技術性能檢測報告，確保其滿足設計要求。極性排流器技術及性能要求見表2。

鎂合金陽極為梯形（每支22 kg），鎂合金陽極化學成分及化學性能滿足相關標準要求。

圖1 SL7 的通電、極化電位曲線Fig.1 Power-on，polarization potential curve of SL7

圖2 SL13 的通電、極化電位曲線Fig.2 Power-on，polarization potential curve of SL13

表2 極性排流器主要技術參數Tab.2 Main technical parameters of polarity drainager

2.3.2 施工要求

極性排流器參考固態去耦合器進行安裝，接地體為30 支棒狀鋅陽極（每支25 kg）。甬臺溫天然氣管道的梯形鎂陽極暫考慮10 組，每組包含6 支陽極，利用沿線測試樁同管道相連。

3 結束語

(1)埋地金屬管道受到直流、交流雜散電流干擾將造成嚴重腐蝕，并危害人員安全，應根據工程具體情況采取有效措施。

（2）通過采取不同措施，有針對性地解決了交流和直流雜散電流對天然氣管道和成品油管道的干擾，使得雜散電流及時排出，降低了腐蝕風險。