雜散電流電磁場分布仿真研究

齊光峰 劉海波 楊 超 王 凱 王凱月

（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術檢測中心，山東 東營 257000）

0 引言

雜散電流是指在規定回路以外流動的電流，雜散電流一旦在埋地管道中形成或通過防腐層破損點流入，當從另一破損點流出時就會對管道產生腐蝕影響，而這種腐蝕的速率是自然腐蝕的幾十倍甚至上百倍[1]，同時會減弱陰極保護作用。據統計，我國的輸油氣管道80%的腐蝕穿孔事故是由雜散電流腐蝕引起的[2]。因此，對埋地管道雜散電流干擾的檢測與評價，是管道外檢測的重要內容。因此本文通過數值模擬方法對管道周圍雜散電流電磁場進行模擬分析，可了解管道受雜散電流影響程度和分布情況，為管道的排流防護提供科學的決策依據，以最大限度地減少雜散電流對管道的危害。

1 參數設置

本文使用Ansoft軟件中的Maxwell模塊進行埋地管道仿真，相關參數設置如下。

（1）空氣的參數設置：空氣的電導率為0siemens/m、相對磁導率和相對介電系數為1.0。

（2）管道的參數設置：管道的相對電阻率為10、相對磁導率為300，外徑89 mm、壁厚10 mm。

（3）土壤的參數設置：大地的電阻率為100Ω·m、相對磁導率和相對介電系數為1.0。

（4）雜散電流參數：為管道施加10A的電流源激勵，方向設置為正向，即垂直于紙面向里。

2 結果與討論

2.1 埋深

建立單根金屬導管在土壤介質中的電磁場仿真模型，控制管道的尺寸、深度、土壤介質參數施加的電流大小保持不變，改變管道的埋深深度，其中管道的埋深深度分別取0.8 m、1.0 m和1.2 m，分析仿真模型中地面的磁場變化，管道仿真模型周圍（土壤和地表面）的磁場感應強度效果圖如圖1所示。

圖1 仿真的磁場感應強度（B）的效果圖

表1為管道的埋深深度分別取0.8 m、1.0 m和1.2 m時，測量地表面高度1 m內各點的磁場感應強度（從管道外表面0~1 m，每隔0.1 m取一個點，總11個點）。從表中數據可以看出，在管道不同的埋深條件下，在給定電流干擾的條件下，相同的地下埋深電磁場強度相同，與深度成正比，形成的電磁場分布與管道的埋深無關。

表1 不同埋深（0.8 m、1.0 m和1.2 m）時地面各點磁場強度（B）的值

2.2 土壤電導率

土壤的電導率分別為0.01、0.1和1 seimens/m時，得出仿真模型中地面的磁場變化，結果如表2所示（從管道外表面0~1 m，每隔0.1 m取一個點，總共11個點）。從表中數據可以看出，在不同的土壤電導率下，地面的磁場感應強度數據完全相同，因此地表面的磁場感應強度（B）完全不受土壤電導率的影響。

表2 不同電導率（0.01、0.1和1 seimens/m）下地面各點磁場強度（B）的值

2.3 兩根平行導管不同間距

為了探究不同的金屬管道流過雜散電流時，它們之間相互影響對周圍電磁場干擾的規律，于是建立了兩根通入電流的平行金屬管道，其他影響因數保持不變，在相距不同的距離時的仿真模型。仿真模型中，其中兩根管道的距離分別為0.2 m、0.5 m和1 m，仿真模型管道的磁場感應強度效果圖如圖2所示。

圖2 兩根平行導管不同距離條件下的磁場感應強度（B）的效果圖

表3為兩根平行管道的間距不同時地面各點磁場強度（B）的值（從管道外表面0~1m，每隔0.1 m取一個點，總共11個點）。從表中數據可以看出，兩根通入同方向電流的平行管道相距不同距離時，地表面各點的磁場感應強度會存在差異，兩根管道越接近，管道正上方地面各點的磁場感應強度就越大，反之磁場感應強度的值越小。

表3 兩根平行管道的不同間距時地面各點磁場強度（B）的值

3 結論

本文通過數值模擬方法，對雜散電流在管道不同埋深、土壤電導率以及兩條平行管不同間距條件下雜散電流在核“地中磁場”中的分布變化，研究結果表明，管道埋深和土壤電導率對地中雜散電流形成的磁場強度無影響，而兩條管線的間距越小，管道上方的磁場強度越大。