地鐵動態直流電流干擾下管道陰極保護有效性測試技術*

(國家管網公司沈陽龍昌管道檢測中心,遼寧 沈陽 110000)

隨著國內城市軌道交通的發展，城市燃氣等埋地管道遭受雜散電流干擾導致腐蝕穿孔時有發生，給管道造成重大安全隱患[1]。國內外對動態直流干擾開展了廣泛的研究以及測試[2-5]。通過確定檢測方法，并獲取有效數據，評價直流對管道的動態干擾，因此開展動態直流干擾管段測試技術研究具有一定的工程應用價值。

1 陰極保護的有效性

動態直流干擾管段極化電位測試主要是為了確定該管段的陰極保護有效性。AS 2832.1—2004《金屬的陰極防護.管道和電纜》中規定，陰極保護有效性的測試可包括電位連續監測和瞬間斷電電位,可采用試片法和探頭法等。BS EN 50162—2004《直流系統中雜散電流引起腐蝕的防護》中規定了雜散電流干擾的識別和測試方法，在動態直流干擾條件下，應對管道電位進行連續監測(如24 h，以覆蓋干擾最嚴重的時刻)。2009年，滕延平等[6]在鐵大線管道196—197號測試樁采用密間隔電位法(CIPS)進行了應用實踐。但該方法的實施對經驗要求較高，補償后結果的真實性無法得到保證。CIPS亦無法準確測量管道斷電電位,因此采用CIPS測試以及補償修正CIPS測試結果的方法，并不太適合動態干擾下的陰極保護有效性評價。

文獻[7]指出了探頭法以及使用測試電流的優越性。在實際工程中，試片斷電法由于其操作簡單，成本低廉，更加廣泛地應用于管段陰極保護有效性測試。根據現場工況條件選用不同的方法進行比較，確定測量的最佳方案，為管道動態直流干擾測試和防護提供參考。

2 陰極保護設施調查及測試

2.1 干擾源的調查

(1)確定管道與地鐵位置。對管道附近的地鐵站和地鐵線路、管道與地鐵交叉處進行定位，確定管道與地鐵并行段的距離，確定管道附近最近地鐵站與管道的距離。

(2)確定地鐵供電系統。確定地鐵供電方式、供電系統的組成、供電系統的電壓和電流以及供電電流的饋電情況等。

(3)對地鐵運營時間進行調查。確定早高峰以及晚高峰的時間段，確定地鐵列車停運時間段，確定開站及閉站時間，確定列車平均間隔時間，對列車時刻表進行調查，確定離管道最近的地鐵站首末車時間。

2.2 干擾狀況的測試

在測試管段選取一定數量的管道測試點對管道交直流電位進行24 h連續測試。測試點選取(1)管道與干擾源交叉、距離突變、近距離并行的位置。(2)管道正向偏移頻次較高的位置。(3)管道負向偏移頻次較高的位置。(4)管道附近土壤電阻率較低，易雜散電流泄放的位置。

根據24 h監測狀況以及全段管道測試點交直流電位、以往數據對比確定干擾管段陰極保護有效性的變化規律。

2.3 陰極保護附屬設施的調查

對站場和閥室設施的絕緣性能進行測試，確定設施絕緣性的優劣。對陰極保護運行參數進行測試，確定恒電位儀工作方式、保護電位、控制電位、輸出電流、輸出電壓、回路電阻、輔助陽極狀況和恒電位儀規格等，并對恒電位儀通電點電位和輸出電壓進行24 h電位監測，確定陰極保護運行的有效性。

3 管道陰極保護有效性的測試

對測試的動態直流干擾管線劃分若干個管段，每個管段選取若干個測試點。測試點選取(1)管道與干擾源交叉、距離突變和近距離并行的位置。(2)管道電位波動振幅較大的位置。(3)管道正向偏移頻次較高的位置。(4)管道電位負向偏移頻次較高的位置。(5)管道附近現場測試的土壤電阻率較低處。

3.1 斷電電位測試

采用UDL-2數據記錄儀進行試片通/斷電電位測試，通電時間為4 s，斷電時間為1 s，延時為50 ms，采樣頻率為1 次/s。采用裸露面積為10 cm2的鋼質試片，采用銅飽和硫酸銅參比電極，試片極化時間為24 h，數據記錄時間為24 h。

根據測試結果，繪制管段斷電電位分布圖及24 h測試圖，如圖1和圖2所示。

圖1 管道測試點斷電電位分布

3.2 直流電流的連續測試

對同一測試點進行24 h直流電流測試，將24 h直流通斷電位與直流電流進行對比，分析兩者之間的規律，計算管道流入和流出的時間比，確定電流的基準值、最大值和最小值。測試結果如圖3所示。

3.3 固態去耦合器的影響

選取測試點進行固態去耦合器非排流狀態和排流狀態通斷電電位的測試。對比兩種狀態相比下通電電位波動范圍和頻次，如圖4和圖5所示。

圖4 排流狀態下管道測試點通斷電位測試

圖5 非排流狀態下管道測試點通斷電位測試

4 檢查片的安裝測試

4.1 檢查片的安裝

每處位置安裝6支檢查片，在埋設后不少于3個月、1 a和2 a等3個時間節點上，每次分別取出1支自然腐蝕試片和1支與管道連接的試片，進行質量損失分析。鑒于腐蝕后果觀察需要一定的時間，根據以往的經驗，經3個開挖時間節點分別設置在不少于3個月、1 a和2 a。

選點：(1)現場地形地貌適合開挖；(2)考慮管道附近埋深對開挖的影響；(3)考慮前兩輪數據中腐蝕程度較嚴重的測試點；(4)根據已經劃分的管段選取測試點。

根據檢查片腐蝕速率的大小，確定測試點陰極保護的優劣，對比自然腐蝕和陰極保護條件下的腐蝕速率的大小。

4.2 電阻探頭的測試

現場管段選定兩處位置安裝電阻探頭，探頭裸露面積分別為1 cm2和10 cm2，通過測試安裝電阻探頭的電阻大小，分析腐蝕速率的大小，對檢查片的測試結果進行補充。選點原則為探頭裸露面積為1 cm2，選擇管段中交流電流較大的測試點，而探頭裸露面積為10 cm2為直流通電電位較高的測試點。進行7 d現場測試及不少于3個月埋設測試。該方法可以較好地獲取測試點陰極保護有效性狀況。

另外,可以通過檢測開挖點外壁腐蝕數據和內檢測腐蝕數據，確定陰極保護的有效性。

5 結 語

(1)地鐵動態直流電流干擾下陰極保護有效性測試可以很好地反映受到地鐵干擾管段的陰極保護狀況，對管道防護具有一定的指導作用。

(2)研究和總結了一套完整的動態直流電流干擾下陰極保護有效性的測試方法，該方法得到了現場大量數據的驗證，具有一定的適用性。