福建LNG長輸管道雜散電流干擾的排查研究

唐趙林

(中海福建天然氣有限責任公司，莆田 351100)

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福建LNG長輸管道雜散電流干擾的排查研究

唐趙林

(中海福建天然氣有限責任公司，莆田 351100)

為了解決福建液化天然氣(LNG)管道ZZ002測試樁附近雜散電流干擾問題，聯合使用長時間電位監測手段、密間隔電位測試(CIPS)檢測方法、土壤電位梯度(DCVG)檢測等方法確定了管道電位異常的時間、范圍和沿管道的分布狀況，發現了雜散電流的源頭；切斷雜散電流干擾源后，對管道進行復測，管道電位恢復正常；并對干擾現象產生的原理進行了分析、計算，和實際測量結果進行核對，證實聯合使用時間電位監測手段、CIPS檢測方法、土壤電位梯度檢測等方法可以有效查找雜散電流干擾源。

雜散電流；直流干擾；陰極保護；密間隔電位測試(CIPS);直流電位梯度(DCVG)

直流雜散電流會對管道造成嚴重的危害，在電流吸收區，可能會造成管道過保護，嚴重情況下會引起涂層鼓泡剝離、管材氫脆等現象；在電流排放區，會引起管道的快速腐蝕。早在19世紀晚期和20世紀早期，遍及北美街道的軌道交通實現了電氣化，這最終導致了鑄鐵水管的腐蝕；我國早期管道建設中也出現直流干擾現象，東北管網一管道建設完成后僅1 a就因為直流干擾產生穿孔情況[1]。在電流排出區，管道作為陽極釋放電流，其理論腐蝕速率為9.13 kg/a，在土壤中，其腐蝕速率為8.4 kg/a[2]。據文獻報道[3]，撫順地區管道在投產初期，因雜散電流干擾腐蝕穿孔漏油9 次, 占同期東北管網管道腐蝕漏油事故的78%。撫鞍線康樂站段投產不到半年就因雜散電流腐蝕穿孔漏油2次。隨著軌道交通業的發展，地鐵系統對管道的影響日趨嚴重，據文獻報道地鐵對管道的嚴重干擾距離約60 km，明顯干擾距離約100 km[4]；特高壓直流輸電系統對管道的干擾也十分嚴重，干擾范圍更大。翁永基[5]等提出判斷直流干擾存在的評判指標為電位偏移、電位梯度等；當管道任一點的管地電位較自然腐蝕電位正向偏移≥100 mV或管道附近土壤表面電位梯度大于2.5 mV/m時，應采取直流排流保護或其他防護措施[6]。

1　管道狀況及干擾表象

1.1管道狀況

福建LNG天然氣管道廈門至漳州段全長約40 km，為φ406 mm×7 mm管道，管道材質為X60鋼，防腐蝕層為3LPE。該段管道在廈門和漳州段設有兩座陰極保護站，陰極保護站為恒電位運行模式，廈門站陰極保護站位于XM028附近，角美陰極保護站位于ZZ013測試樁附近；管道電位測試樁約每公里設置1處，要求每月測試管道電位(目前測試數據為通電電位、交流電壓)。表1和表2為2014年1月管道陰極保護系統運行記錄和沿線測試樁位置管道電位測試記錄,文中電位若無特指均相對于CSE(飽和硫酸銅電極)。

表1　廈門站、漳州站陰極保護設備運行數據表

表2　廈門-漳州段管道陰極保護電位

1.2干擾表象

由表3可見,2014年2月起，廈門至漳州段管道ZZ002測試樁處管道電位為-2.5 V，ZZ01測試樁及ZZ003測試樁處管道電位分別為1.17，0.96 V。相對于2014年2月前管道電位，ZZ002處電位大幅度負向偏移，而ZZ002前后兩個測試樁電位無明顯變化，2014年3月管道電位基本和2014年2月情況一致，ZZ002處測試樁電位偏負現象一直存在。相對于直流電位的變化，管道交流電位保持穩定，沒有明顯變化；廈門站恒電位儀輸出情況沒有發生變化。

2　技術方法

2.1采用電位采集儀DL-1 24 h連續監測管道ZZ002測試樁交直流電位

采用電位采集儀DL-1對ZZ002處測試樁進行24 h連續監測。監測時間從10點左右開始，至次日9點左右結束，采集頻率1次/s。監測按照GB 21246《陰極保護測試規范》要求進行連線，DL-1的通道1負極連接飽和硫酸銅參比電極，正極連接管道，采集管道通電電位；通道3負極連接飽和硫酸銅參比電極，正極連接管道，采集管道交流電位。測試結果如圖1。

圖1　ZZ002測試樁管道電位監測圖Fig. 1　Monitoring of potential on the station ZZ02

由圖1可見,管道交流干擾電位為1～4 V，白天電位稍高，約3 V，晚上電位稍低，約為1 V。該現象是由高壓交流輸電線路影響所致，由于晝夜線路系統載荷不同而發生電位變化;管道通電電位一直比較穩定，白天和晚上保持在約-2.5 V，這也排除了廈深高鐵對管線直流干擾的可能性,直流干擾源穩定為-2.5 V。

2.2采用CIPS對ZZ002測試樁進行電位測試

以ZZ002測試樁為中心，密間隔電位(CIPS)測試管道通電電位，測試結果見圖2。由圖可見,管道受干擾范圍為ZZ002-700 m至ZZ002+600 m，其中ZZ002+100 m處電位最負，約為-2.6 V，以ZZ002+100 m位置為中心，管道電位分布基本呈對稱形狀,說明干擾源的位置為ZZ002+100 m處。

圖2　ZZ002測試樁附近管道電位分布圖Fig. 2　Potential profile along the pipe

2.3采用萬用表測試土壤電位梯度

以管道電位最負點位置(ZZ002+100 m)為起點，測試垂直管道方向土壤直流電位梯度，測試過程中，和紅色表筆(+極端)所連接的參比電極靠近管道，兩參比電極間距為10 m，萬用表檔位放置于直流檔。第一次測量時，紅色表筆所連參比電極放置在管道正上方，第二次和紅色表筆連接的參比電極放在第一次測量時和負極連接的參比電極位置，依次類推。測試結果如表4。

表4　土壤電位梯度

由表4可見,管道垂直方向120～130 m的范圍內，電流方向發現改變，判斷該范圍內有干擾源；再以電流方向改變的位置為起點，在平行與管道的方向上繼續采用土壤電位梯度法，最終判斷穩定的干擾源為管道水平方向位于高速公路邊一廣告牌，以鐵塔為中心向外輻射狀測量土壤電位差，檢測到10 m間距土壤電位差為10 V，電位梯度方向呈輻射狀指向鐵塔四周。

2.4干擾源的確定與排除

該鐵塔和管道垂直距離約為120 m，管道上距離鐵塔的最近點和電位最負點距離約為20 m。和鐵塔廣告牌管理部門溝通后，對方安排電氣工程師對該鐵塔廣告牌照明系統進行檢修，發現廣告牌照明漏電。隨后依據電氣規范正確接線，處理完成后，廣告牌投入運行，對管道進行測試，直流干擾源消除，管道電位恢復正常。

通過現場調查、測量發現廣告牌鐵塔的照明采用直流電源供電，電壓為36 V，利用三極法測量高塔接地極接地電阻為1.5 Ω，接地極流出電流為15 A。

3　干擾原理分析

為便于分析計算，將鐵塔接地簡化為半徑為R的半球，半球面全部埋設在電阻率為ρ的土壤中，埋設深度為R。假設接地釋放出的故障電流為I，則半球在大地中形成一個以半球為中心的大地電場，距離球心r處的電位為Vr，則：

(1)

對上式進行積分：

(2)

無窮遠處，該電場電位為0，即：

(3)

對式(2)、式(3)進行求解：

可見，接地半球形成的地電場造成了半球周圍的地電位升高，在半球半徑R處地電位最高為Iρ/2πR，隨著距離半球距離的增加，地電位迅速降低。如果管道距離半球為r，則管道電位會發生數值約為(Iρ/2πr)，且為負向偏移；隨著管道和半球距離增加，管道電位變化逐漸減小。如果管道距離半球足夠遠，則半球引起的地電位升高不足以影響管道電位發生明顯的變化。如果電流方向相反，則管道電位會發生正向偏移。

4　結論

通過詳細的數據分析、計算，證實測試樁ZZ002處管道正是處于鐵塔接地處故障電流的地電場范圍內而造成電位發生變化。該處平均土壤電阻為60 Ω，現場測量故障電流為15 A，方向為從接地流入大地，根據計算，在距離鐵塔約120 m大地電位約為1.2 V和管道電位的負向偏移量(1.4 V)基本一致。

驗收完成后，2014年5月至12月的電位測試結果恢復正常。綜合利用連續在線電位監測手段、CIPS檢測方法、土壤電位梯度檢測等方法查找雜散電流干擾源，并通過數據分析、計算與實際測量結果進行核對，確認干擾源的干擾原理是可行、有效的。

若不能及時發現并有效解決次段管線直流干擾問題，可能會造成管道腐蝕穿孔發生，這就不可避免涉及到管道補強甚至停輸換管等一系列的后續補救措施，不僅會造成巨大的經濟損失，還會造成較大的社會影響和民眾安全問題，后果相當嚴重。采用各種先進的陰保測試手段，成功的排查出直流干擾源，則可以從根本上解決了直流干擾對管線的影響，避免了管道發生腐蝕穿孔的危險，保證了管道的安全有效運行，確保了漳州居民及工業用氣安全，產生了較大的經濟效益及社會效益。

[1]SY/T 0017-2006埋地鋼質管道直流排流保護技術標準[S].

[2]胡士信. 陰極保護手冊[M]. 北京：化學工業出版社,1999:106-107.

[3]陳敬和,何悟忠,李紹忠. 撫順地區管道直流雜散電流干擾腐蝕及防護的探討[J]. 管道技術與設備,1999(6):13-17.

[4]楊敬杰. 地鐵直流干擾影響下管道陰保電位的測試和評價[J]. 腐蝕與防護,2014，35(3)：288-291.

[5]翁永基,李英義. (埋地管道直流干擾腐蝕研究)I檢測指標和評價體系[J]. 腐蝕科學與防護技術，2010，22(1)：1-3.

[6]GB/T 19285-2014埋地鋼制管道防腐蝕防護工程檢驗[S].

Survey and Mitigation of Interference on Fujian LNG Pipeline

TANG Zhao-lin

(CNOOC Fujian Gas Limited Liability Company, Putian 351100, China)

In order to solve the stray current interference problem near the Fujian LNG pipeline ZZ002 test pile, the stray current source was found by combined several methods, including CIPS, DCVG and potential detection. The interference was eliminated by turning off the stray current source and then the negative shift of potential disappeared. The strength of the interference was analyzed and computed. The contrast was completed between the computed data and the field data. It is confirmed that the combination of time potential monitoring means, CIPS, DCVG and potential detection can effectively find the stray current interference sources.

stray current; DC interference; cathodic protection; close interval pipe-to-soil potential survey (CIPS); direct current voltage gradient (DCVG)

2014-12-09

唐趙林(1983-),工程師,本科,從事陰極保護相關工作,15960529249,tzl19511@163.com

應用技術

10.11973/fsyfh-201512015

TG172.84

B

1005-748X(2015)12-1180-03