蘭鄭長(zhǎng)YZ段管道交流干擾防護(hù)實(shí)踐

李軍龍 徐 雷 代小兵

（1. 陜西宇陽(yáng)石油科技工程有限公司，陜西 西安 710018；2. 中石油云南石化有限公司，云南 安寧 650300）

0 引言

蘭鄭長(zhǎng)管道YZ段管徑為D610mm，管線壁厚（7～9）mm，管道材質(zhì)X60鋼，采取三層PE+強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的聯(lián)合防腐措施。YZ段管道沿線地下水豐富，植被較少，土層厚實(shí)，土壤類型為砂礫土，平均埋深2.5m，最深6m。750kV高壓交流輸電線路為干擾源，與蘭鄭長(zhǎng)管道YZ段長(zhǎng)距離并行（伴有交叉），并行間距在50～1000m。

根據(jù)《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50698-2011）[1]及國(guó)內(nèi)已有排流工程經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)干擾防護(hù)常用的接地方式有：直接接地、固態(tài)去耦合器接地和負(fù)電位接地[2,3]。其中，直接接地具有減輕干擾效果好、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，接地體可采用鋼質(zhì)材料，缺點(diǎn)是漏失陰極保護(hù)電流，會(huì)對(duì)管道的陰極保護(hù)產(chǎn)生不利影響，適用于陰極保護(hù)站保護(hù)范圍小的被干擾管道。固態(tài)去耦合器接地具有隔直流、通交流、防雷、防故障電流的特性，確保陰極保護(hù)效果不受排流接地的影響，啟動(dòng)電壓低，額定故障電流及雷電電流排流額定值大，缺點(diǎn)是價(jià)格高，斷電瞬間，固態(tài)去耦合器電容放電，很難捕捉到真正的斷電電位。負(fù)電位接地在采用鋅陽(yáng)極接地體時(shí)，具有向管道提供陰極保護(hù)、減輕干擾效果好的優(yōu)點(diǎn)，但接地體與管道直接連通，使得管道進(jìn)行瞬間斷電測(cè)量與評(píng)價(jià)陰極保護(hù)有效性實(shí)施困難，倘若受干擾區(qū)域管道與強(qiáng)制電流保護(hù)段沒有電隔離，則測(cè)試時(shí)影響范圍將擴(kuò)大，有一定的局限性。

1 交流雜散電流的危害

交流干擾形式分為正常運(yùn)行狀態(tài)下的持續(xù)干擾和電力故障或雷電情況下的瞬間干擾。持續(xù)干擾有阻性耦合、電容耦合、感性耦合3種形式[4]。容性耦合發(fā)生在管道施工期間，采取臨時(shí)接地即可避免，因此當(dāng)管道入地后，強(qiáng)電線路對(duì)輸油管道只存在一定程度的阻性耦合干擾和感性耦合干擾。

1.1 阻性耦合的產(chǎn)生

阻性耦合主要是發(fā)生在管道臨近強(qiáng)電線路的接地體，由于故障電流大，幾百安培或幾千安培通過接地體入地，在其周圍形成強(qiáng)大的一個(gè)電場(chǎng)，它可能產(chǎn)生電弧擊毀管道防腐層，燒穿管壁，損壞跨接線、絕緣裝置、恒電位儀及管道上的其他儀器儀表。當(dāng)高壓場(chǎng)強(qiáng)作用在管道防腐層層的破損部位時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致電弧的形成，在足夠電流量和長(zhǎng)時(shí)間流通時(shí)便會(huì)造成鋼管熔化。如果接地體與管道之間的間距不足，可能會(huì)直接引起相當(dāng)于高電流的電弧擊穿，而管道外包覆的防腐層又限制了電弧的轉(zhuǎn)移，這樣，電弧作用集中在微小的一塊面積上，增加了熔化的危險(xiǎn)。避免瞬時(shí)高壓破壞管道設(shè)施最有效的方法是增大管道與輸電桿塔接地體的距離。

1.2 感性耦合的產(chǎn)生

電流在高壓輸電線路中流動(dòng)時(shí)，其周圍會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)管道和交流輸電線路接近時(shí)，交變磁場(chǎng)通過電磁感應(yīng)，將在管道上產(chǎn)生縱向電動(dòng)勢(shì)。由于三相輸電線路和管道軸線間距不同，三相輸電線路負(fù)荷不同，電流不平衡，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不能抵消，就會(huì)在附近的管道上感應(yīng)出縱向電動(dòng)勢(shì)。無論輸電線路正常運(yùn)行還是在短路故障狀態(tài)下，均存在交流線路對(duì)管道的感性耦合影響。感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)的大小主要和管道與輸電線路的接近情況、輸電線路電流的大小、輸電系統(tǒng)的頻率、管道防腐層的電阻率、大地電阻率和管道的縱線電阻等有關(guān)。

交流輸電線路對(duì)埋地鋼質(zhì)管道的干擾影響主要有兩個(gè)方面：一是長(zhǎng)期存在著的交流電壓的交流腐蝕影響；二是故障狀態(tài)下瞬間感應(yīng)電壓的危險(xiǎn)影響，造成的瞬間高感應(yīng)電壓可能擊穿防腐層，擊穿絕緣裝置，甚至擊穿恒電位儀，并對(duì)操作人員的人身安全造成威脅。一般認(rèn)為交流感應(yīng)電壓的存在可引起管道表面的去極化作用，加劇管道腐蝕[5-7]，交流干擾可加速防腐層的老化，引起防腐層的剝離，干擾陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使?fàn)奚?yáng)極系統(tǒng)發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，降低犧牲陽(yáng)極的電流效率，致使管道得不到有效的防腐保護(hù)。

2 交流干擾判據(jù)

《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50698-2011）提出利用交流電壓和交流電流密度結(jié)合的準(zhǔn)則用于判斷管道是否存在交流干擾：

當(dāng)管道存在不大于4V的持續(xù)交流干擾電壓時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施；高于4V時(shí)，應(yīng)采用交流電流密度判斷交流電流是否引起腐蝕，如果能夠測(cè)量到交流電壓和缺陷面積，可通過下式計(jì)算出交流電流密度：

式中：

Jac為交流電流密度計(jì)算值，（A/m2）；

Vac為交流電壓有效值的平均值，（V）；

ρ 為土壤電阻率，（Ω·m）；

Iac為交流電流，（A）；

S為防腐層漏點(diǎn)面積，（m2）；

d為防腐層漏點(diǎn)直徑，取0.0113m（破損點(diǎn)面積在1～3cm2時(shí)易發(fā)生腐蝕）。

交流干擾的程度表1進(jìn)行判定。

表1 交流干擾程度的判斷指標(biāo)

當(dāng)交流干擾程度判定為“強(qiáng)”時(shí)，應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施；判定為“中”時(shí)，宜采取交流干擾防護(hù)措施；判定為“弱”時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

3 交流干擾現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

管道公司于2019年8月組織檢測(cè)公司對(duì)蘭鄭長(zhǎng)YZ段33個(gè)測(cè)試樁進(jìn)行了交流干擾測(cè)試，檢測(cè)數(shù)據(jù)詳如表2所示，干擾曲線詳如圖1所示。

圖1 蘭鄭長(zhǎng)YZ段管道交流干擾曲線

表2 （續(xù)）

表2 蘭鄭長(zhǎng)YZ段管道交流干擾測(cè)試數(shù)據(jù)

由表2及圖1可知，檢測(cè)公司對(duì)33個(gè)測(cè)試樁進(jìn)行了交流干擾測(cè)試，共檢測(cè)出強(qiáng)干擾11處，交流電流密度為103A/m2～294A/m2，中度干擾10處，交流電流密度為35A/m2～64A/m2，弱干擾12處。

對(duì)交流干擾的判別，采取以電壓先行判別，并綜合電流密度指標(biāo)評(píng)估的指導(dǎo)原則。12處“強(qiáng)干擾”應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施，10處“中等干擾”宜采取交流干擾防護(hù)措施。結(jié)合交流干擾參數(shù)測(cè)試結(jié)果，YZ段管道共設(shè)19個(gè)排流點(diǎn)。

4 防護(hù)系統(tǒng)和排流效果

在所檢測(cè)的33處位置中，有66%即22處位置存在交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，為確保管道及人身安全，必須對(duì)上述管段采取防護(hù)措施以降低管道的受干擾程度。結(jié)合現(xiàn)有干擾測(cè)試數(shù)據(jù)，借助CDEGS軟件包進(jìn)行降低交流干擾問題分析設(shè)計(jì)。

本工程使用帶狀鋅合金陽(yáng)極（15.88×22.22mm）作接地材料，鋅陽(yáng)極和管道之間串接具有隔直通交功能的固態(tài)去耦合器。鋅陽(yáng)極周圍填包回填料，回填料為石膏粉75%+膨潤(rùn)土20%+硫酸鈉5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的混合物。交流干擾的主要目的是降低管道上的交流電壓，主要措施是降低管道的接地電阻，根據(jù)排流地床目標(biāo)接地電阻值計(jì)算得到所需鋅陽(yáng)極長(zhǎng)度在17～185m之間。

表3 排流點(diǎn)一覽表

交流干擾防護(hù)工程完工后，進(jìn)行了交流干擾防護(hù)效果的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（如表4所示），并與排流前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

表4 排流前后交流干擾參數(shù)對(duì)比

由表4數(shù)據(jù)可知，交流干擾防護(hù)措施實(shí)施前后，測(cè)試樁處交流干擾電壓及交流電流密度均明顯降低，干擾程度均為“弱”，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，獲得了理想的防護(hù)效果。

5 結(jié)語

（1）CDEGS軟件包用于管道交流持續(xù)干擾防護(hù)設(shè)計(jì)，具有優(yōu)化方案，節(jié)約投資的優(yōu)點(diǎn)，能取得理想的防護(hù)效果；

（2）利用水平鋅陽(yáng)極作為接地極，可以有效的降低管道的接地電阻；

（3）固態(tài)去耦合器具有隔直通交的功能，在進(jìn)行交流干擾防護(hù)的同時(shí)，能有效隔離陰極保護(hù)電流，減輕干擾效果好。