埋地鋼質管道交流雜散電流檢測及防護措施

郭艷偉

（廣東省特種設備檢測研究院 佛山 528000）

埋地鋼質管道交流雜散電流檢測及防護措施

郭艷偉

（廣東省特種設備檢測研究院 佛山 528000）

本文介紹了埋地鋼質管道交流雜散電流的形成原因及危害，并對其測試方法、干擾程度評價指標、防護措施進行了分析討論。比較了國內外不同標準對于交流干擾程度的評價指標，對比了交流雜散電流常見接地排流方式的適用條件及優缺點。結合現場檢驗實例闡述了交流干擾評價中存在的問題，希望管道檢測人員以及業主對此引起足夠的重視。

埋地鋼質管道 交流雜散電流 檢測方法 評價指標 防護措施

隨著國家經濟的快速發展和城鎮化的速度不斷加快，輸電線路、電氣化鐵路等基礎設施的建設需求日益增加，考慮到地形，交通，距離和人員密集程度等條件，并遵循路權優先原則，埋地鋼管和電氣化鐵路和高壓輸電線路共享走廊的可能性越來越大[1]。當管道和干擾源共享走廊時，由于電感耦合，電阻耦合，電容耦合等原因，在埋地鋼質管道中很容易產生交流雜散電流。若是管道的防腐層受損，交流電流將從防腐層受損處流出，加快管道腐蝕，會對管道的正常運行、站場的陰保設施和維護人員造成很大的威脅[2]。因此，檢測出鋼質管道上的交流雜散并進行正確的評價，采取防護措施減小交流雜散對管道的干擾影響，為油氣管道的安全、穩定運行提供良好的敷設環境。

1 交流雜散干擾測試方法

GB/T 19285—2014給出了交流雜散干擾的三種測試方法，分別為管道交流干擾電壓測量法、交流電流密度測試法以及感應電流測試法[3]。

GB/T 19285—2014給出了交流電壓檢測的連線圖和數據處理方法，根據檢測的數據可以找到檢測點干擾電壓的最大值、最小值，并求得平均值，進而可以得到檢測點干擾電壓隨時間變化的曲線以及檢測點干擾電壓最大值、最小值、平均值在距離上的分布情況。

交流電流密度測試法通常采取埋設腐蝕檢查片或者ER探針對管道的交流干擾及腐蝕程度進行監測，檢查片的裸露面積為100mm2，通常三個一組安裝在靠近管線的土壤里，并與管道實現電連接，接受與管道相同的陰極保護電流和交流雜散干擾，將直接讀取的交流電流值除以檢查片或者ER探針的有效露出面積得到交流電流密度值[4]。

感應電流測試法采用一定數量的感應電流測試儀以一定的距離間隔和記錄時間間隔放置在目標管線的正上方，可以測試出被監測管段的動態雜散電流的分布情況，并且可以精準地確定雜散電流在什么部位流出和流入。

2 交流干擾程度評價指標

交流電流密度是交流電流在防腐層受損部位單位面積的泄放值，它能客觀、精確地體現交流腐蝕狀況，下面總結了國內外不同標準關于交流干擾程度的評價指標。德國在不同的交流雜散干擾項目檢測分析后得表1結論[5]；在DD CEN/TS 15280—2006標準中[6]，交流電流密度JAC的干擾評價指標見表2；ISO 15589-1—2015中規定交流電流密度限值為30 A/m2，當交流電流密度大于30A/m2時，很大概率產生交流腐蝕[7]。

表1 德國規定的交流電流密度評價指標

表2 DD CEN/TS 15280—2006規定的電流密度指標

在標準BS EN 12954—2001中，采用交流電流密度與直流電流密度的比值（JAC/JDC）來評價交流干擾，數值見表3[8]。

表3 BS EN 12954—2001中JAC/JDC評價指標

GB/T 19285—2014標準中規定，當管道上任意位置的交流雜散電壓均小于4V時，可不采取保護手段，超過4V時，以交流電流密度的數值來評估干擾程度，數值按式（1）求得。

式中：

JAC——交流電流密度，A/m2；

V——取交流電壓有效值的平均值，V；

ρ——土壤電阻率，Ω·m；

d——破損點直徑，m。

ρ值取交流電壓測試點處與管道相同埋深的土壤電阻率測試值，d值按發生交流腐蝕最嚴重的情況下的值，為0.0113，交流雜散干擾程度的判據數值見表4。

3 交流干擾案例分析

某條天然氣管道與1000kV交流輸電線路共用走廊，伴行距離大概22km，管線中心位置距離高壓線塔約80m，對其管道的交流雜散電流干擾檢測分初步檢測和詳細檢測兩個階段，初步檢測為短時間（10 min）的交流干擾監測，對檢測中發現的交流干擾電壓大于4V的位置開展24h連續監測，檢測參數包括土壤電阻率、交流干擾電壓和電流密度。現場檢測結果如圖1所示，在所檢測的22個測試樁處，交流干擾電壓超過4V的測試樁有18處，最大的達到16.75V，對其進行24h連續電位監測如圖2所示；交流電流密度超過30A/m2的有22處，最大達到143.6A/m2；管道沿線土壤為稻田中的黏土，土壤電阻率介于16.98～30.14Ω·m。由于沿線土壤電阻率較小，編號為CS030、CS032以及CS033測試樁處的交流干擾電壓分別為3.57V、3.81V和3.72V，雖然交流干擾電壓均小于4V，但是根據計算出來的交流電流密度分別為44.767A/m2、44.767A/m2和44.767A/m2。

GB/T 19285—2014中采用單一的交流電壓進行干擾評價具有片面性，因為有可能出現這種情況：在某些位置交流電壓比較小，但是土壤電阻率也很小，這樣計算出的電流密度卻很大；或者交流電壓比較大，而實際從破損點處流出的雜散電流又很少，這種情況下對管道的腐蝕傷害卻不大。所以不能單一采用干擾電壓4V的標準來評價是否存在交流干擾，目前國際上較多采用交流電流密度來進行交流干擾評價。

表4 GB/T 19285—2014交流干擾程度的評價指標

圖1 CS032～CS050測試樁交流干擾參數檢測結果

圖2 CSZ049測試樁交流電壓24h監測結果

4 交流雜散干擾防護措施

目前，針對交流雜散電流干擾防護措施主要是采取排流措施，最基本的原則是降低管道的接地電阻，降低交流電壓，但不能影響陰極保護系統的正常運行。交流干擾防護措施主要形式有負電位接地、直接接地以及固態去耦合器等排流技術[9]，見表5。當采用固態去耦合器排流方式時，目前較多的采用普通鋼管、扁鋼、鍍鋅角鋼等作為接地材料，在去耦合器失效時，可以很大程度上避免電偶腐蝕[10]。

對交流干擾防護效果的進行評價時，符合下列要求：

1）干擾防護效果的評價位置至少應有排流接地極、試片安裝點、緩解效果較好的點、緩解效果較差的點，其他評定位置可依據現場情況選取；

2）在讀取干擾防護措施投用前后參數時，測試位置、讀數時間間隔、測試時間段、測量方法和儀器設備應一致。

在防護措施實施以后，根據GB/T 19285—2014的規定，交流干擾防護效果應符合表6的要求。

表5 交流雜散常見的接地排流方式[11-12]

表6 交流干擾防護效果評價[3]

5 結論

1）交流雜散電流的產生是由管道與干擾源之間的感性耦合、阻性耦合、電容耦合作用而引起的。

2）交流雜散干擾測試方法主要有交流干擾電壓測量法、交流電流密度測試法以及感應電流測試法。

3）評價是否采取干擾防護措施不能單一采用交流電壓4V的標準來評價，當土壤電阻率較低時，計算出的交流電流密度可能很大，因此，使用交流電流密度指標評價交流干擾程度較為合理。

4）采用固態去耦合器串聯在接地極中的交流干擾防護措施效果最佳，接地材料選用普通鋼管、扁鋼、鍍鋅角鋼，避免產生電偶腐蝕。

[1] 吳蔭順，曹備.陰極保護和陽極保護：原理、技術及工程應用[M].北京：中國石化出版社，2007.

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[6] DD CEN/TS 15280—2006 Evaluation of a.c.corrosion likelihood of buried pipelines—Application to cathodically protected pipelines[S].

[7] ISO 15589-1—2015 Petroleum， petrochemical and natural gas industries—Cathodic protection of pipeline systems—Part 1： On-land pipelines[S].

[8] BS EN 12954—2001 Cathodic protection of buried or Immersed metal structures—General principles and application for pipelines[S].

[9] GB/T 50698—2011 埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準[S].

[10] 劉國.固態去耦合器在管道交流干擾防護中的應用[J].油氣儲運，2016，(04)：449-456.

[11] 蘇俊華，高立群，馮仲文，等.埋地鋼質管道交流干擾及排流研究[J].腐蝕與防護，2011，(07)：551-554+557.

[12] 李天成.榆濟輸氣管道交流干擾的排流[J].腐蝕與防護，2013，(03)：249-251.

Testing Methods and Protective Measures for AC Stray Current in Buried Steel Pipelines

Guo Yanwei
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Foshan 528000)

In this paper, the causes and hazards of AC stray current in buried steel pipes were introduced, and testing methods, evaluation criteria, protective measures of AC stray current were discussed. This paper compared the evaluation indexes of different standards at home and abroad for the degree of AC interference, and the applicable conditions and advantages and disadvantages of the common ground discharge method of AC stray current. The problems in the evaluation of AC disturbances were expounded by field test cases. It is hoped that the pipeline inspectors and the owners will pay enough attention to it.

Buried steel pipeline AC stray current Testing method Evaluation criteria Protective measures

X924

B

1673-257X（2017）10-0032-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.10.008

郭艷偉（1987～)，男，碩士，初級工程師，從事埋地管道檢驗評價工作。

郭艷偉，E-mail： xitu081@126.com。

2017-03-02）