管道交流雜散電流干擾的檢測與評價

吳長訪

李榮光

劉玲莉

摘要：隨著經濟建設的開展，管道遭受到交流雜散電流干擾的危害將日益嚴重，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內目前檢測方法和評價指標；參照目前的行業標準對鐵秦線管道交流雜散電流干擾問題進行了研究，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場實際問題；最后結合國內外的研究成果對管道交流雜散電流干擾的檢測和評價技術進行了總結分析。

關鍵詞：管道

交流雜散電流

排流

腐蝕

一、交流雜散電流干擾的危害

隨著經濟建設的快速開展，管道與交流輸電線路、交流電氣化鐵路及其它電氣設施交叉、接近或共用公共走廊的現象越來越普遍，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險越來越大。管道和交流線路并行通過，必然會對附近埋地管道產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重并引起大家的普遍重視，交流雜散電流干擾對埋地管道的影響主要包括：

1〕容性耦合〔電感應〕：施工期間的管道與強電線路會產生容性耦合作用，由于管道與強電線路間電容小、容抗大，因此會產生很強的縱向電勢，但是管道通常有良好的絕緣防腐層，內阻很高，因此產生的威脅一般不大，在施工期間采取適當的接地就可以防止。

2〕阻性耦合：當管道與強電線路的接地體鄰近時，接地體上的電流流入地下，會通過管道與接地體之間電阻產生耦合作用，可能產生電弧擊穿管道防腐層，嚴重的可能燒穿管道，擊穿絕緣法蘭和陰極保護設備。對阻性耦合的防護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管道的有害影響，以保護管道和人身平安。

3〕磁感應耦合〔電磁場感應〕：對與強電線路近間距長距離平行的管道，磁感應耦合方式是產生危害的最主要方式。當管道與強電線路平行時，根據法拉第電磁感應定律，處于交變磁場中的管道上會產生感生電壓和感生電流，從而產生危險，輕者產生持續干擾造成管道交流腐蝕，嚴重的會威脅到管道和操作人員的平安。對磁感應耦合的防護除了在設計階段與強電線路保持適當距離外，還應從管道本身采取防護措施主要有接地排流。

二、交流雜散電流干擾的檢測及評價指標

交流雜散電流干擾的檢測主要是干擾電壓測試，需要進行管道交流參數現場測量，遵照石油行業標準SY/T

0032-2000?埋地鋼質管道交流排流保護技術標準?，測試方法如圖1所示。

吳長訪、男、工程師、中國石油管道公司科技研究中心防腐所〔檢測中心〕、腐蝕防護、河北廊坊金光道51號、065000、0316-2170719、cfwu@petrochina

對于交流雜散電流干擾的評價指標，石油行業標準SY/T

0032-2000?埋地鋼質管道交流排流保護技術標準?中規定了交流排流保護效果評價指標：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境時，管道交流干擾電壓≤6V。

圖1

管道干擾電壓測試原理示意圖

三、交流雜散電流干擾的減緩措施

對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，加強防腐涂層質量；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的交流電排放到大地中去，消除交流電壓對人身及設備的危害，排流接地極與陰極保護的輔助接地極沒有任何區別。一般接地體材料使用廢鋼即可，無特殊要求，但其接地電阻應盡可能地小，不宜大于0.5Ω，可以通過增加接地體的并聯根數，或采用鹽等減阻劑進行處理，接地體埋設在距防護管道30m以外的管道一側。

〔1〕直接接地排流：直接接地排流的優點是設備比擬簡單，缺點是陰極保護電流將在接地點入地，大大縮短保護距離，降低保護效果。

〔2〕排流節排流：如果將排流接地體直接與管道連接，由于接地電阻很小，保護電流流失，相當大面積的防腐層破壞，陰極保護電流量增加，以致破壞陰極保護正常運行，所以必須增加排流節，排流節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壓降為0.7V，當交流電壓為上正下負時，整流模塊ZLl導通，管道對地電壓為正0.7V。當交流電壓為上負下正時，整流模塊ZL2導通，管道對地電壓穩定在負1.4V左右，此值與陰極保護電位要求相符合，不僅不會使陰極保護電流增加，相反還利用干擾電流的局部，不會對陰極保護正常運行造成損害。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、現場檢測與評價

鐵秦線管道在錦州附近與秦沈客運專線鐵路接近，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，檢測結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167V，遠遠超出標準規定，靠近錦州變電所附近管道受到的干擾尤為嚴重。

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，既能將管道上產生的感應電壓以電流的方式排放掉，又保證了管道陰極保護所需的負電位,可以解決管道正常運行和感應電壓危及人身設備平安的問題。因此針對現場交流干擾實際情況，在干擾段設置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，滿足石油行業標準SY/T

0032-2000?埋地鋼質管道交流排流保護技術標準?中的規定值，干擾段管道存在的交流干擾問題得到較好的解決。

五、總結分析

對于交流雜散電流干擾問題，目前還沒有形成統一一致的機理認識，不同國家和行業的處理方式存在很大不同。我們國家石油行業標準SY/T

0032-2000?埋地鋼質管道交流排流保護技術標準?中規定的交流排流保護效果評價指標開始僅適用于石油瀝青涂層，對于目前的主流涂層3PE、FBE的適用性還有待于加強研究。

隨著技術的開展和提高，需要完善交流干擾檢測和評價標準，國外已有基于交流電流密度指標評價管道交流腐蝕危害的報導，建議加強該技術的應用研究。