某輸油管道雜散電流干擾檢測及排流防護相關研究

代愛印 潘省江 汪運宏 閆 然 孫 賀 於 濤

（1.中國化學工程第十三建設有限公司，河北 滄州 061000；2.內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014017；3.青島融合橋頭堡開發有限公司，山東 青島 266041；4.青島昆泉建設工程有限公司，山東 青島 266041；5.青島海誠油氣技術有限公司，山東 青島 266041）

0 引言

近些年隨著城市發展的需求，越來越多的地鐵線路在新建并開通運行。目前地鐵運行主要采用直流牽引的方式，在地鐵運行過程中，牽引變電所整流機組正極將電流輸送至接觸網，列車從接觸網獲取電流，電流通過鋼軌流回至牽引變電所負極。當鋼軌與隧道結構或鋼軌與大地之間過渡電阻值較低時，部分鋼軌回流電流從鋼軌泄漏至外部，流入排流網或者擴散至大地，形成雜散電流[1]。某城市地鐵8號線地鐵回流系統處于地下，位于混凝土隧道結構中，雜散電流的泄漏如圖1所示。

圖1 地鐵牽引系統雜散電流泄漏示意圖

當鋼軌附近敷設有埋地金屬管道或其他金屬構筑物時，由于埋地金屬管道本身防腐層的缺陷性，導致埋地金屬管道無法對大地完全絕緣，部分管道防腐層缺陷點位成為土壤中雜散電流竄入的低電阻通道。雜散電流由管道防腐層某一缺陷處流入，且流入端形成陰極區得到保護；再在變電所附近的管道防腐層缺陷點的低電阻處流出進入大地，返回變電所負極，管道中雜散電流的流出端形成陽極區并加速腐蝕，管道雜散電流干擾腐蝕如圖2所示。地鐵在啟動、運行、制動等狀態下，負荷電流都在變化，管道在受到復雜的雜散電流干擾時管道電位出現頻率高、幅度大的波動，影響管道陰極保護系統的正常運行。

圖2 管道雜散電流干擾腐蝕示意圖

某輸油管道始建于2019年，長度約50km，管道外防腐層采用3PE結構，全線管道采用外加電流陰極保護系統。地鐵8號線投入運行前，管道外加陰極保護系統運行正常，電位穩定；地鐵8號線投入運行后，輸油管道線路測試的陰極保護電位出現異常波動，并且頻率高、幅度大，導致管道斷電電位正向偏移，部分時段處于欠保護狀態。為確保輸油管道在陰極保護狀態下安全運營，對管道采取排流防護措施前、后的雜散電流干擾程度進行監測對比分析，確保管道在受到雜散電流干擾后達到陰極保護狀態。

1 管道電位檢測準備

1.1 管道電位測試分析

輸油管道受到外界的雜散電流干擾，管道電位呈現頻繁的波動漂移狀態。為評估地鐵8號線運行對輸油管道的干擾程度，需要對距離地鐵線路較近的管道位置采集電位數據，判定管道受雜散電流干擾的程度。

1.2 測試儀器

本次輸油管道雜散電流干擾檢測用到的主要測試儀器（如表1所示）。

表1 雜散電流干擾檢測的主要儀器

2 管道雜散電流干擾及排流防護系統測試

2.1 排流防護前管道電位監測

依據前期管道陰極保護電位普查結果發現靠近地鐵的測試樁5#、6#、21#、45#點處管道電位漂移范圍較大。檢測前，管道已經充分極化，管道斷電電位監測采用數據記錄儀UDL2和便攜式極化探頭進行監測[2]，極化探頭試片埋設在管道上方土壤里（凍土層以下）并澆水浸濕，試片通過線纜與管道電纜連通，確保極化探頭試片極化完成后進行24h連續監測采集管道斷電電位，測試結果詳如表2所示。

表2 管道直流干擾電位數據

依據管道雜散電流干擾防護標準[1]及動態雜散電流干擾防護效果評定[4]，表2測試結果表明，測試樁5#、6#、21#、45#處管道電位干擾程度達到“強”，且管道斷電電位正向偏移，出現部分時段管道處于欠保護狀態，無法滿足動態雜散電流干擾防護效果的評定。

2.2 管道排流防護措施

為確保管道全時段處于陰極保護狀態下安全運行，依據管道雜散電流干擾防護標準[1]，需要對干擾嚴重的測試樁5#、6#、21#、45#處管道位置增加排流防護設施。依據設計文件，對以上4處干擾嚴重的管道位置采用極性排流器+鋅帶陽極地床的組合排流措施。地床結構為淺埋鋅帶陽極地床，地床沿管道平行敷設，長度為150m，與管道間距為1m。排流地床的連接電纜通過極性排流器與管道相連，以起到抑制或消除雜散電流干擾的作用，排流器安裝在排流測試箱中。管道排流防護系統安裝如圖3所示。

圖3 管道排流防護系統安裝示意圖

2.3 排流防護后管道電位監測

測試樁5#、6#、21#、45#處管道排流防護系統安裝完成且投入正常運行后，按照防護前管道斷電電位監測的方法對防護后的管道電位進行監測。通過極性排流器+鋅帶陽極地床的組合排流作用，管道雜散電流干擾得到有效的消除和抑制，管道斷電電位波動范圍明顯減小，且向負向偏移。5#、6#、21#、45#測試樁管道電位監測分布曲線如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖4 測試樁5#管道電位監測變化趨勢分布圖

圖5 測試樁6#管道電位監測變化趨勢分布圖

圖6 測試樁21#管道電位監測變化趨勢分布圖

圖7 測試樁45#管道電位監測變化趨勢分布圖

管道測試樁5#、6#、21#、45#位置安裝排流防護設施后，管道電位24h持續監測采集的數據分析結果記錄（如表3所示）。

表3 防護后管道電位監測數據分析記錄

由表3及5#、6#、21#、45#測試樁管道電位監測變化趨勢分布圖分析可知：

（1）管道采取排流防護措施后4處測試點直流干擾程度減小為“中”；

（2）5號樁正于保護準則（-850mv）的電位數據比例為2.9%，正于保護準則（-800mV）的電位數據比例為0.2%，均在保護準則（5%、2%）以內；

（3）6號樁正于保護準則（-850mV）的電位數據比例為2.4%，正于保護準則（-800mV）的電位數據比例為0.6%，正于保護準則（-750mV）的電位數據比例為0.08%，均在保護準則（5%、2%、1%）以內；

（4）21號樁正于保護準則（-850mV）的電位數據比例為2.3%，均在保護準則（5%）以內；

（5）45號樁正于保護準則（-850mV）的電位數據比例為3.5%，正于保護準則（-800mV）的電位數據比例為1.1%，正于保護準則（-750mV）的電位數據比例為0.2%，均在保護準則（5%、2%、1%）以內。

2.4 問題與分析

輸油管道受到來自地鐵的雜散電流干擾[1]，通過對臨近地鐵的管道測試點5#、6#、21#、45#測試樁監測管道電位，管道電位波動明顯，且頻率高幅度大。輸油管道受到來自地鐵為主要雜散電流干擾源的嚴重干擾，輸油管道測試電位漂移大，管道斷電電位出現正向偏移，部分時段處于欠保護狀態，不能滿足動態雜散電流干擾防護效果評定[4]，導致管道陰極保護系統[3]不能正常工作。

來自地鐵的直流干擾腐蝕主要發生于輸油管道的一些局部位置，一般集中表現在防腐層的缺陷部位，外界的雜散電流流入被干擾的管道后，從管道其他防腐層缺陷處流出，雜散電流在管道的流出點形成陽極區會加速管道的腐蝕，造成管道壁厚減薄，最后因無法承受壓力而爆裂穿孔泄漏。為確保受雜散電流干擾的輸油管道在陰極保護狀態下安全運行，需要對干擾段管道采取排流防護措施。

對干擾段管道采取排流防護措施后，監測管道電位并與防護前進行對比分析，發現管道雜散電流干擾得到有效的消除和抑制。監測數據分析表明管道電位波動范圍縮小，干擾程度由“強”減為“中”，管道斷電電位負向偏移，滿足動態雜散電流干擾防護效果的評定[4]，管道處于陰極保護狀態下運行。

3 結語

輸油管道受到來自地鐵運行的雜散電流干擾，且干擾程度較為嚴重，尤其是管道與地鐵線路交叉及平行的臨近段管道，干擾后輸油管道斷電電位產生正向偏移，會出現處于欠保護狀態。

針對受到地鐵干擾的輸油管道采取極性排流器+鋅帶陽極地床的組合排流系統，管道雜散電流干擾得到有效的消除和抑制，管道斷電電位波動范圍明顯減小，且向負向偏移，滿足動態雜散電流干擾防護效果的評定，輸油管道全時段處于陰極保護狀態下運行。