馬雪莉

國家管網(wǎng)集團(tuán)山東公司

摘要：通過某原油長輸管道地鐵雜散電流排流措施試驗，對比分析了不同排流點(diǎn)及排流方式的排流效果，試驗證明不同排流位置對排流效果的影響明顯，且不同排流方式之間也存在明顯差異。研究結(jié)論可為管道受到地鐵干擾排流時排流方案設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：陰極保護(hù)；雜散電流；排流位置；排流方式

在地鐵供電系統(tǒng)中，由于列車通常應(yīng)用直流電作為牽引電流，地鐵運(yùn)行需牽引變電站通過牽引網(wǎng)將直流電輸送給地鐵機(jī)車，再通過鐵軌將電流送回牽引變電站，形成閉環(huán)電流回路。但是，隨著地鐵運(yùn)行時間的增長，鋼軌與大地之間的絕緣電阻會減小，牽引電流經(jīng)鋼軌回流至負(fù)極時，將會有一部分電流泄漏至大地。這部分被留存和泄漏的電流被稱為雜散電流，它容易與埋地鋼制輸油氣管道等產(chǎn)生反應(yīng)，影響管道的使用壽命。因此，針對流入管道的這部分雜散電流需要進(jìn)行排流處理。

地鐵干擾引起鋼制埋地管道腐蝕問題已得到管道企業(yè)高度重視，越來越多的管段安裝了直流排流設(shè)施。但管道排流工作非常復(fù)雜，影響因素眾多，且地鐵興建于城市區(qū)域，存在人員密集、開挖難度大、不易施工等問題，給排流設(shè)施安裝帶來不便。盲目采取防護(hù)措施可能付出較大代價，卻不能獲得預(yù)期的效果。本文通過現(xiàn)場對比測試，驗證了不同排流點(diǎn)、不同排流方式對排流效果的影響，可為制定地鐵造成的雜散電流干擾防護(hù)方案提供依據(jù)。

1  試驗管道雜散電流干擾測試分析

2022年建成投用的某原油長輸管道總長度約340 km，管徑762 mm，壁厚10.3 mm /11.9 mm，管道設(shè)計壓力8.0 MPa，運(yùn)行壓力4.0 MPa。管道采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)方式進(jìn)行保護(hù)。該長輸管道與地鐵軌道交通A號線交叉于13#測試樁，陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行受到干擾，陰極保護(hù)電位波動明顯，保護(hù)電源無法采用恒電位模式平穩(wěn)運(yùn)行。為開展管道雜散電流測試分析，劃定試驗區(qū)域，設(shè)置管道測試點(diǎn)與干擾源位置（表 1、圖 1）。

表 1 管線沿線雜散電流干擾測試點(diǎn)

圖 1 管線沿線雜散電流干擾測試點(diǎn)

對管道沿線雜散電流干擾測試點(diǎn)采用YH-DL2數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行24 h監(jiān)測，測試數(shù)據(jù)包括管道通電電位、斷電電位。測試主要依據(jù)AS 2832.1-2015《Cathodic Protection of Metals,Part1:Pipes and cables》，按照電位偏移不同幅度的時間百分比進(jìn)行統(tǒng)計，各測試點(diǎn)斷電電位分別正于﹣850 mV保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)0 mV、50 mV、100 mV、850 mV的時間與總監(jiān)測時間的百分比來評價（表 2）。

表 2 管線沿線雜散電流干擾測試點(diǎn)

從監(jiān)測結(jié)果可以看出，試驗管段各測試點(diǎn)斷電電位最大值與最小值相差較大，管道電位波動明顯。通過統(tǒng)計斷電電位偏移不同幅度的時間占總監(jiān)測時間的百分比，發(fā)現(xiàn)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。選取其中測試點(diǎn)繪制通斷電電位監(jiān)測圖（圖 2 ）。

圖 2 10#+880 m通斷電電位監(jiān)測圖

監(jiān)測時間段內(nèi)10#+880 m在23:50至5:20時間段通斷電電位波動較小，其余時間段通斷電電位波動劇烈。觀察通斷電電位監(jiān)測圖，可以發(fā)現(xiàn)管道電位存在明顯的波動期與平穩(wěn)期，其中管道電位在地鐵運(yùn)行時波動劇烈，地鐵停運(yùn)后（該地鐵正常停運(yùn)時間為23:50，停止工作時間不定）電位趨于平穩(wěn)。管道電位變化與地鐵運(yùn)行具有時間同步性，因此可以判定試驗管段受到明顯的地鐵雜散電流干擾。

2  試驗技術(shù)方案

2.1  試驗方案

為了驗證排流點(diǎn)選址及排流方式的不同對排流效果的影響，試驗分別選擇在管道與地鐵交叉點(diǎn)（13#測試樁）及交叉點(diǎn)上下游測試樁（12#、14#測試樁），利用原有地床進(jìn)行雜散電流排流實(shí)驗，分別采取負(fù)電位接地排流、極性排流器排流、智能排流器排流三種排流方式。

其中負(fù)電位接地排流是指管道通過電纜連接到一個埋地輔助陽極上，將雜散電流從管道排除到陽極上，經(jīng)過土壤再返回鐵軌。極性排流器排流是指極性排流具有單向?qū)щ娦裕�一定程度上只允許雜散電流從管道排出，而不允許雜散電流進(jìn)入管道，能防止逆流。智能排流器排流是對于直流干擾通過內(nèi)置微控電源智能調(diào)節(jié)。

各排流點(diǎn)陽極皆為ZP-5型，18 kg鋅陽極。現(xiàn)場水平布置，陽極放置在填料包中，間隔2 m，埋深1.5 m。根據(jù)陽極地床狀況（表 3），設(shè)置極性排流器及智能排流器工作參數(shù)（表 4）。

表 3 排流點(diǎn)陽極地床狀況表

表 4 極性排流器與智能排流器工作參數(shù)

2.2  測量方法

采用智能數(shù)據(jù)采集器（YKM-CP-DataRec）對管道進(jìn)行24 h通斷電電位監(jiān)測，參比電極為銅/硫酸銅便攜參比電極，極化試片與硫酸銅參比電極一體（可以減小參比電極與極化試片距離），試片裸漏面積為6.5 cm2、材質(zhì)與管道同材質(zhì)為L450M。

在管道一側(cè)，與管道中心線同深、距離管道外壁0.5 m左右的位置鉆孔放置試片及參比電極。試片極化時間大于2 h，充分極化后（圖 3）連接數(shù)據(jù)采集器。采集器通斷電周期設(shè)置為4 s通，1 s斷，采樣頻率對應(yīng)設(shè)置為12次/min。

圖 3 管道電位監(jiān)測接線圖

2.3  評價方案

基于管道受地鐵運(yùn)行造成的動態(tài)雜散電流干擾特性，采用GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》與AS 2832.1―2015《Cathodic Protection of Metals, Part1:Pipes and cables》（金屬的陰極保護(hù)1：管道和電纜）進(jìn)行評價。

以斷電電位正于保護(hù)準(zhǔn)則0 mV的時間不超過總監(jiān)測時間5%，正于保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)+50 mV的時間不超過總監(jiān)測時間2%，正于保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)+100 mV的時間不超過總監(jiān)測時間1%，正于保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)+850 mV的時間不超過總監(jiān)測時間0.2%，作為評判依據(jù)對試驗管段陰保是否合格進(jìn)行對比評判。

3  試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗方案分別在12#、13#、14#測試樁排流點(diǎn)采用負(fù)電位接地排流、極性排流器排流、智能排流器排流三種排流方式，在排流的同時固定在13#測試樁監(jiān)測各種排流方式下測試樁陰保數(shù)據(jù)（表 5），不同排流點(diǎn)排流時，監(jiān)測各排流方式斷電電位波動幅度。

表 5 不同排流點(diǎn)各排流方式斷電電位波動幅度

對于地鐵干擾下動態(tài)直流雜散電流干擾，比較在不同排流點(diǎn)排流保護(hù)下各排流方式對于斷電電位波動的緩解效果。

縱向比較，在12#測試樁排流時斷電電位波動幅度由2670 mV減小至500 mV以內(nèi)，下降明顯，在13#、14#測試樁排流時斷電電位波動幅度有所下降，但作用有限。相對13#測試樁排流時效果最差，可以看出不同排流點(diǎn)排流效果存在差異。

橫向比較，對于三種排流方式，管道斷電電位波動幅度都有所減緩，當(dāng)采用智能排流器排流時斷電電位波動幅度最小，保護(hù)效果最為顯著。

參照AS 2832.1―2015評判標(biāo)準(zhǔn)，在不同排流點(diǎn)排流時統(tǒng)計排流前后13#測試樁斷電電位較保護(hù)電位偏正不同幅度占總監(jiān)測時間的百分比來評判排流效果（表 6）。

表6 不同排流點(diǎn)各排流方式較保護(hù)電位時間百分比

縱向比較，在12#測試樁排流時各排流方式較保護(hù)電位偏正時間占比都下降至標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而在13#、14#測試樁排流時偏正時間占比雖然有所改善，但偏正0 mV、50 mV、100 mV百分比仍大于標(biāo)準(zhǔn)要求，排流效果不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，其在14#樁排流時效果相對好于在13#樁排流。

橫向比較，對于三種排流方式，都能對干擾程度有所改善，當(dāng)采用智能排流器排流時各偏正幅度時間占比在三種排流方式中最小，甚至在12#測試樁排流時正于﹣850 mV時間占比降為0%，效果最為顯著。

試驗結(jié)果顯示，對于地鐵干擾下的動態(tài)直流雜散電流干擾，排流防護(hù)設(shè)施安裝位置對排流保護(hù)效果影響非常大，在試驗管段13#測試樁、14#測試樁安裝各種排流防護(hù)設(shè)施，管道電位改善效果較差，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。而在12#測試樁安裝排流防護(hù)設(shè)施，管道保護(hù)效果非常好，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，負(fù)電位接地排流、極性排流器排流與智能排流器排流都能有效抑制地鐵直流干擾，但是不同排流方式排流效果同樣存在差異，對于試驗中的三種排流方式來說，試驗管段排流采用智能排流器時效果相對最好。

4  結(jié)論

受設(shè)計、施工以及運(yùn)行年限等因素的影響，地鐵運(yùn)行外泄的雜散電流會對鄰近的埋地鋼制管道產(chǎn)生腐蝕威脅，需要采取一定的措施進(jìn)行排流，以減小雜散電流干擾。

（1）排流點(diǎn)不同，排流效果差異明顯。安裝排流防護(hù)設(shè)施時需要進(jìn)行詳細(xì)的測試試驗，選擇合適的排流防護(hù)點(diǎn)，才能最大限度發(fā)揮排流設(shè)施的作用，達(dá)到提高管道保護(hù)效果的作用。

（2）負(fù)電位接地排流、極性排流器排流與智能排流器排流都能有效抑制地鐵直流干擾，同時不同排流方式或設(shè)施排流效果存在差異，排流前需要對于各種排流設(shè)施進(jìn)行對比試驗，綜合考慮各種因素后進(jìn)行排流方式或排流設(shè)施的選型。

（3）此次試驗分別在地鐵與管道交叉點(diǎn)及交叉點(diǎn)上下游進(jìn)行排流試驗，試驗結(jié)果顯示在交叉點(diǎn)排流效果最差，在交叉點(diǎn)兩側(cè)排流存在明顯差異。當(dāng)然，試驗僅為個例，管道排流點(diǎn)與地鐵的相對位置對于排流效果的影響是否存在某種規(guī)律，還需要后續(xù)研究論證。

作者簡介：馬雪莉，1987年生，西南石油大學(xué)油氣儲運(yùn)工程專業(yè)畢業(yè)，本科，工程師，一級造價工程師，主要從事管道工程、管道腐蝕防護(hù)等工作。聯(lián)系方式：18660136323，maxl@pipechina.com.cn。