管道交流雜散電流干擾的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

吳長(zhǎng)訪

李榮光

劉玲莉

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的開展，管道遭受到交流雜散電流干擾的危害將日益嚴(yán)重，并必將引起普遍重視。本文介紹了交流雜散電流的危害以及國(guó)內(nèi)目前檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)；參照目前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鐵秦線管道交流雜散電流干擾問題進(jìn)行了研究，分析了目前的排流減緩措施，采取鉗位式排流裝置較好的解決了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題；最后結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究成果對(duì)管道交流雜散電流干擾的檢測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析。

關(guān)鍵詞：管道

交流雜散電流

排流

腐蝕

一、交流雜散電流干擾的危害

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速開展，管道與交流輸電線路、交流電氣化鐵路及其它電氣設(shè)施交叉、接近或共用公共走廊的現(xiàn)象越來越普遍，交流雜散電流流入管道的情況越來越多，交流干擾造成埋地管道干擾腐蝕破壞的風(fēng)險(xiǎn)越來越大。管道和交流線路并行通過，必然會(huì)對(duì)附近埋地管道產(chǎn)生交流雜散電流干擾影響，并引起交流腐蝕。交流雜散電流干擾問題變得日益嚴(yán)重并引起大家的普遍重視，交流雜散電流干擾對(duì)埋地管道的影響主要包括：

1〕容性耦合〔電感應(yīng)〕：施工期間的管道與強(qiáng)電線路會(huì)產(chǎn)生容性耦合作用，由于管道與強(qiáng)電線路間電容小、容抗大，因此會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的縱向電勢(shì)，但是管道通常有良好的絕緣防腐層，內(nèi)阻很高，因此產(chǎn)生的威脅一般不大，在施工期間采取適當(dāng)?shù)慕拥鼐涂梢苑乐埂?/p>

2〕阻性耦合：當(dāng)管道與強(qiáng)電線路的接地體鄰近時(shí)，接地體上的電流流入地下，會(huì)通過管道與接地體之間電阻產(chǎn)生耦合作用，可能產(chǎn)生電弧擊穿管道防腐層，嚴(yán)重的可能燒穿管道，擊穿絕緣法蘭和陰極保護(hù)設(shè)備。對(duì)阻性耦合的防護(hù)主要是加大管道與接地體的距離，并采取措施防止雷電和故障電流對(duì)管道的有害影響，以保護(hù)管道和人身平安。

3〕磁感應(yīng)耦合〔電磁場(chǎng)感應(yīng)〕：對(duì)與強(qiáng)電線路近間距長(zhǎng)距離平行的管道，磁感應(yīng)耦合方式是產(chǎn)生危害的最主要方式。當(dāng)管道與強(qiáng)電線路平行時(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，處于交變磁場(chǎng)中的管道上會(huì)產(chǎn)生感生電壓和感生電流，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)，輕者產(chǎn)生持續(xù)干擾造成管道交流腐蝕，嚴(yán)重的會(huì)威脅到管道和操作人員的平安。對(duì)磁感應(yīng)耦合的防護(hù)除了在設(shè)計(jì)階段與強(qiáng)電線路保持適當(dāng)距離外，還應(yīng)從管道本身采取防護(hù)措施主要有接地排流。

二、交流雜散電流干擾的檢測(cè)及評(píng)價(jià)指標(biāo)

交流雜散電流干擾的檢測(cè)主要是干擾電壓測(cè)試，需要進(jìn)行管道交流參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，遵照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T

0032-2000?埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?，測(cè)試方法如圖1所示。

吳長(zhǎng)訪、男、工程師、中國(guó)石油管道公司科技研究中心防腐所〔檢測(cè)中心〕、腐蝕防護(hù)、河北廊坊金光道51號(hào)、065000、0316-2170719、cfwu@petrochina

對(duì)于交流雜散電流干擾的評(píng)價(jià)指標(biāo)，石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T

0032-2000?埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?中規(guī)定了交流排流保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)：在弱堿性土壤中，管道交流干擾電壓≤10V；在中性土壤中，管道交流干擾電壓≤8V；在酸性土壤或鹽堿性環(huán)境時(shí)，管道交流干擾電壓≤6V。

圖1

管道干擾電壓測(cè)試原理示意圖

三、交流雜散電流干擾的減緩措施

對(duì)于管道交流雜散電流干擾問題可采用的措施：1〕在有干擾的管段，加強(qiáng)防腐涂層質(zhì)量；2〕正在施工的管道，為消除靜電干擾，需做接地處理；3〕在管道工作人員可接觸部位，安裝接地柵極或電解接地電池；4〕接地排流。

接地排流就是將管道上感應(yīng)的交流電排放到大地中去，消除交流電壓對(duì)人身及設(shè)備的危害，排流接地極與陰極保護(hù)的輔助接地極沒有任何區(qū)別。一般接地體材料使用廢鋼即可，無特殊要求，但其接地電阻應(yīng)盡可能地小，不宜大于0.5Ω，可以通過增加接地體的并聯(lián)根數(shù)，或采用鹽等減阻劑進(jìn)行處理，接地體埋設(shè)在距防護(hù)管道30m以外的管道一側(cè)。

〔1〕直接接地排流：直接接地排流的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比擬簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是陰極保護(hù)電流將在接地點(diǎn)入地，大大縮短保護(hù)距離，降低保護(hù)效果。

〔2〕排流節(jié)排流：如果將排流接地體直接與管道連接，由于接地電阻很小，保護(hù)電流流失，相當(dāng)大面積的防腐層破壞，陰極保護(hù)電流量增加，以致破壞陰極保護(hù)正常運(yùn)行，所以必須增加排流節(jié)，排流節(jié)排流通常采用鉗位式排流法。

鉗位式排流法原理如圖2所示，在排流節(jié)的分支電路中，其中一分路串入一只硅二極管，另一分路中反向串入兩只硅二極管。一般硅二極管的正流結(jié)壓降為0.7V，當(dāng)交流電壓為上正下負(fù)時(shí)，整流模塊ZLl導(dǎo)通，管道對(duì)地電壓為正0.7V。當(dāng)交流電壓為上負(fù)下正時(shí)，整流模塊ZL2導(dǎo)通，管道對(duì)地電壓穩(wěn)定在負(fù)1.4V左右，此值與陰極保護(hù)電位要求相符合，不僅不會(huì)使陰極保護(hù)電流增加，相反還利用干擾電流的局部，不會(huì)對(duì)陰極保護(hù)正常運(yùn)行造成損害。這種作用是利用硅二極管的“鉗位〞特性，所以稱鉗位排流法。

圖2

鉗位式排流裝置

四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與評(píng)價(jià)

鐵秦線管道在錦州附近與秦沈客運(yùn)專線鐵路接近，近距離平行段有大約10km〔266#～276#〕。圖3為鐵秦線管道干擾段管道走向示意圖，檢測(cè)結(jié)果管道交流電位最大值如圖4所示。干擾段除276#樁外，管地交流電位最大值均超過6V，其中271#樁最大值到達(dá)167V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，靠近錦州變電所附近管道受到的干擾尤為嚴(yán)重。

圖3

鐵秦線干擾管段走向示意圖

圖4干擾管段交流干擾電位最大值

由于鉗位式排流裝置接于管道和大地之間，既能將管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓以電流的方式排放掉，又保證了管道陰極保護(hù)所需的負(fù)電位,可以解決管道正常運(yùn)行和感應(yīng)電壓危及人身設(shè)備平安的問題。因此針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交流干擾實(shí)際情況，在干擾段設(shè)置6處鉗位式排流裝置，具體分布如圖5所示。

圖5干擾段排流裝置分布圖

圖6

排流后管地交流電位分布圖

圖6為干擾段排流后的交流電位分布，最大值從167V降低到缺乏30V，干擾段交流電位平均值均低于5V，滿足石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T

0032-2000?埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?中的規(guī)定值，干擾段管道存在的交流干擾問題得到較好的解決。

五、總結(jié)分析

對(duì)于交流雜散電流干擾問題，目前還沒有形成統(tǒng)一一致的機(jī)理認(rèn)識(shí)，不同國(guó)家和行業(yè)的處理方式存在很大不同。我們國(guó)家石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T

0032-2000?埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?中規(guī)定的交流排流保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)開始僅適用于石油瀝青涂層，對(duì)于目前的主流涂層3PE、FBE的適用性還有待于加強(qiáng)研究。

隨著技術(shù)的開展和提高，需要完善交流干擾檢測(cè)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外已有基于交流電流密度指標(biāo)評(píng)價(jià)管道交流腐蝕危害的報(bào)導(dǎo)，建議加強(qiáng)該技術(shù)的應(yīng)用研究。