地鐵動(dòng)態(tài)直流電流干擾下管道陰極保護(hù)有效性測(cè)試技術(shù)*

(國(guó)家管網(wǎng)公司沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心,遼寧 沈陽(yáng) 110000)

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的發(fā)展，城市燃?xì)獾嚷竦毓艿涝馐茈s散電流干擾導(dǎo)致腐蝕穿孔時(shí)有發(fā)生，給管道造成重大安全隱患[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)動(dòng)態(tài)直流干擾開(kāi)展了廣泛的研究以及測(cè)試[2-5]。通過(guò)確定檢測(cè)方法，并獲取有效數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)直流對(duì)管道的動(dòng)態(tài)干擾，因此開(kāi)展動(dòng)態(tài)直流干擾管段測(cè)試技術(shù)研究具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 陰極保護(hù)的有效性

動(dòng)態(tài)直流干擾管段極化電位測(cè)試主要是為了確定該管段的陰極保護(hù)有效性。AS 2832.1—2004《金屬的陰極防護(hù).管道和電纜》中規(guī)定，陰極保護(hù)有效性的測(cè)試可包括電位連續(xù)監(jiān)測(cè)和瞬間斷電電位,可采用試片法和探頭法等。BS EN 50162—2004《直流系統(tǒng)中雜散電流引起腐蝕的防護(hù)》中規(guī)定了雜散電流干擾的識(shí)別和測(cè)試方法，在動(dòng)態(tài)直流干擾條件下，應(yīng)對(duì)管道電位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)(如24 h，以覆蓋干擾最嚴(yán)重的時(shí)刻)。2009年，滕延平等[6]在鐵大線管道196—197號(hào)測(cè)試樁采用密間隔電位法(CIPS)進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。但該方法的實(shí)施對(duì)經(jīng)驗(yàn)要求較高，補(bǔ)償后結(jié)果的真實(shí)性無(wú)法得到保證。CIPS亦無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量管道斷電電位,因此采用CIPS測(cè)試以及補(bǔ)償修正CIPS測(cè)試結(jié)果的方法，并不太適合動(dòng)態(tài)干擾下的陰極保護(hù)有效性評(píng)價(jià)。

文獻(xiàn)[7]指出了探頭法以及使用測(cè)試電流的優(yōu)越性。在實(shí)際工程中，試片斷電法由于其操作簡(jiǎn)單，成本低廉，更加廣泛地應(yīng)用于管段陰極保護(hù)有效性測(cè)試。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件選用不同的方法進(jìn)行比較，確定測(cè)量的最佳方案，為管道動(dòng)態(tài)直流干擾測(cè)試和防護(hù)提供參考。

2 陰極保護(hù)設(shè)施調(diào)查及測(cè)試

2.1 干擾源的調(diào)查

(1)確定管道與地鐵位置。對(duì)管道附近的地鐵站和地鐵線路、管道與地鐵交叉處進(jìn)行定位，確定管道與地鐵并行段的距離，確定管道附近最近地鐵站與管道的距離。

(2)確定地鐵供電系統(tǒng)。確定地鐵供電方式、供電系統(tǒng)的組成、供電系統(tǒng)的電壓和電流以及供電電流的饋電情況等。

(3)對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)查。確定早高峰以及晚高峰的時(shí)間段，確定地鐵列車(chē)停運(yùn)時(shí)間段，確定開(kāi)站及閉站時(shí)間，確定列車(chē)平均間隔時(shí)間，對(duì)列車(chē)時(shí)刻表進(jìn)行調(diào)查，確定離管道最近的地鐵站首末車(chē)時(shí)間。

2.2 干擾狀況的測(cè)試

在測(cè)試管段選取一定數(shù)量的管道測(cè)試點(diǎn)對(duì)管道交直流電位進(jìn)行24 h連續(xù)測(cè)試。測(cè)試點(diǎn)選取(1)管道與干擾源交叉、距離突變、近距離并行的位置。(2)管道正向偏移頻次較高的位置。(3)管道負(fù)向偏移頻次較高的位置。(4)管道附近土壤電阻率較低，易雜散電流泄放的位置。

根據(jù)24 h監(jiān)測(cè)狀況以及全段管道測(cè)試點(diǎn)交直流電位、以往數(shù)據(jù)對(duì)比確定干擾管段陰極保護(hù)有效性的變化規(guī)律。

2.3 陰極保護(hù)附屬設(shè)施的調(diào)查

對(duì)站場(chǎng)和閥室設(shè)施的絕緣性能進(jìn)行測(cè)試，確定設(shè)施絕緣性的優(yōu)劣。對(duì)陰極保護(hù)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，確定恒電位儀工作方式、保護(hù)電位、控制電位、輸出電流、輸出電壓、回路電阻、輔助陽(yáng)極狀況和恒電位儀規(guī)格等，并對(duì)恒電位儀通電點(diǎn)電位和輸出電壓進(jìn)行24 h電位監(jiān)測(cè)，確定陰極保護(hù)運(yùn)行的有效性。

3 管道陰極保護(hù)有效性的測(cè)試

對(duì)測(cè)試的動(dòng)態(tài)直流干擾管線劃分若干個(gè)管段，每個(gè)管段選取若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試點(diǎn)選取(1)管道與干擾源交叉、距離突變和近距離并行的位置。(2)管道電位波動(dòng)振幅較大的位置。(3)管道正向偏移頻次較高的位置。(4)管道電位負(fù)向偏移頻次較高的位置。(5)管道附近現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的土壤電阻率較低處。

3.1 斷電電位測(cè)試

采用UDL-2數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行試片通/斷電電位測(cè)試，通電時(shí)間為4 s，斷電時(shí)間為1 s，延時(shí)為50 ms，采樣頻率為1 次/s。采用裸露面積為10 cm2的鋼質(zhì)試片，采用銅飽和硫酸銅參比電極，試片極化時(shí)間為24 h，數(shù)據(jù)記錄時(shí)間為24 h。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，繪制管段斷電電位分布圖及24 h測(cè)試圖，如圖1和圖2所示。

圖1 管道測(cè)試點(diǎn)斷電電位分布

3.2 直流電流的連續(xù)測(cè)試

對(duì)同一測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行24 h直流電流測(cè)試，將24 h直流通斷電位與直流電流進(jìn)行對(duì)比，分析兩者之間的規(guī)律，計(jì)算管道流入和流出的時(shí)間比，確定電流的基準(zhǔn)值、最大值和最小值。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

3.3 固態(tài)去耦合器的影響

選取測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行固態(tài)去耦合器非排流狀態(tài)和排流狀態(tài)通斷電電位的測(cè)試。對(duì)比兩種狀態(tài)相比下通電電位波動(dòng)范圍和頻次，如圖4和圖5所示。

圖4 排流狀態(tài)下管道測(cè)試點(diǎn)通斷電位測(cè)試

圖5 非排流狀態(tài)下管道測(cè)試點(diǎn)通斷電位測(cè)試

4 檢查片的安裝測(cè)試

4.1 檢查片的安裝

每處位置安裝6支檢查片，在埋設(shè)后不少于3個(gè)月、1 a和2 a等3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，每次分別取出1支自然腐蝕試片和1支與管道連接的試片，進(jìn)行質(zhì)量損失分析。鑒于腐蝕后果觀察需要一定的時(shí)間，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)3個(gè)開(kāi)挖時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別設(shè)置在不少于3個(gè)月、1 a和2 a。

選點(diǎn)：(1)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌適合開(kāi)挖；(2)考慮管道附近埋深對(duì)開(kāi)挖的影響；(3)考慮前兩輪數(shù)據(jù)中腐蝕程度較嚴(yán)重的測(cè)試點(diǎn)；(4)根據(jù)已經(jīng)劃分的管段選取測(cè)試點(diǎn)。

根據(jù)檢查片腐蝕速率的大小，確定測(cè)試點(diǎn)陰極保護(hù)的優(yōu)劣，對(duì)比自然腐蝕和陰極保護(hù)條件下的腐蝕速率的大小。

4.2 電阻探頭的測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)管段選定兩處位置安裝電阻探頭，探頭裸露面積分別為1 cm2和10 cm2，通過(guò)測(cè)試安裝電阻探頭的電阻大小，分析腐蝕速率的大小，對(duì)檢查片的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充。選點(diǎn)原則為探頭裸露面積為1 cm2，選擇管段中交流電流較大的測(cè)試點(diǎn)，而探頭裸露面積為10 cm2為直流通電電位較高的測(cè)試點(diǎn)。進(jìn)行7 d現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及不少于3個(gè)月埋設(shè)測(cè)試。該方法可以較好地獲取測(cè)試點(diǎn)陰極保護(hù)有效性狀況。

另外,可以通過(guò)檢測(cè)開(kāi)挖點(diǎn)外壁腐蝕數(shù)據(jù)和內(nèi)檢測(cè)腐蝕數(shù)據(jù)，確定陰極保護(hù)的有效性。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)地鐵動(dòng)態(tài)直流電流干擾下陰極保護(hù)有效性測(cè)試可以很好地反映受到地鐵干擾管段的陰極保護(hù)狀況，對(duì)管道防護(hù)具有一定的指導(dǎo)作用。

(2)研究和總結(jié)了一套完整的動(dòng)態(tài)直流電流干擾下陰極保護(hù)有效性的測(cè)試方法，該方法得到了現(xiàn)場(chǎng)大量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，具有一定的適用性。