燃氣管道的雜散電流腐蝕防護監測與預警研究

杜霖 高銘 孫寶鎮

摘要：埋地鋼質管道面臨嚴峻的雜散電流腐蝕是常見的典型的電解腐蝕，危害極大。例如地鐵采用750V或1500V高壓直流供電，泄漏的電流是直流雜散電流，對地下鋼構物而言，這種電流在流入的地方不腐蝕，而在流出的地方會產生劇烈的電化學腐蝕，即雜散電流腐蝕，經計算1A電流一年時間即可腐蝕9kg鋼鐵。而且隨著城市地鐵的快速發展和地下管道的“老齡化”，使得雜散電流腐蝕的風險大大增加了。

關鍵詞：燃氣管道;雜散電流;腐蝕防護;監測

引言

環境問題已成為一個國家和全球問題。天然氣作為清潔能源，已成為工業和生活的主要能源，也是人們生產和生活的催化劑。因此，管道安全尤為重要。但是城市地鐵產生的泄漏電流給城市燃氣管道帶來了巨大的挑戰盡管在人行橫道和地鐵床之間采取了隔離措施，但在地鐵運營期間，由于濕度和污染、地面隔離惡化或事先保護措施效率低下等環境因素，一些泄漏電流擴散到了地面.

1項目研究的主要內容

1.1測量傳感器

測量傳感器包括偏振探頭、參考電極、采樣電阻等偏振探頭由試驗和壽命較長的銅/硫酸銅基準電極（CSE）組成，安裝在管側，鋪設深度低于管中線，主要用于監測通道和斷電電平。試驗用電線連接管道，管道提供的電流由試驗極化。測試探針可以監測管道的通電等級、斷電等級和交流電干擾電壓。由于管道不易斷開犧牲陽極的連接，因此試驗件與試驗件之間的導線在測量過程中使用試驗件測量，通過試驗件與管道之間的快速導線斷開，將測量道上的下行降到最低，從而使由于試驗與管道連接，兩者的極化程度基本相同，因此試驗探針中的試驗斷電等級可能與管道斷電等級相似。根據GB/T21246埋地鋼管陰極保護參數的測量方法，試驗探頭適用于泄漏電流干擾或不能立即切斷保護電流的管道，并且測試探針用于測量放置管線的電氣切斷程度，測試探針不僅能有效地消除IR下降，測量埋管斷電的電氣水平，還能在一定程度上消除輸出直流干擾對結果的影響關于試驗探針中試樣尺寸的選擇，可參考埋鋼控制試樣應用技術規范SY/T0029，其中規定試驗探針中試樣的外露面積應根據土壤腐蝕性和沉降時間確定，并且因此，由于3PE管道的防腐層具有較高的強度和較少的泄漏點，因此最好采用下限;對于裸露和腐蝕層較低的管線，選擇試驗零件的時間上限。使用更大的藥片必須提前驗證。

1.2智能數據收集

由于要監測的輸氣線靠近地鐵線，并受到泄漏電流的嚴重干擾，需要在更換線的起點建立管道電氣位置監測點，在監測點試驗臺上安裝智能數據采集器（每個采集器一個偏振探頭和一個長期硫酸銅基準電極），實時監測管道陰極保護狀態和漏電電流的實際影響。智能數據采集由電氣位置測量模塊、通信模塊、無線模塊、電池模塊、定位模塊等組成。它連接到測試探針并安裝在測試支架上。其主要功能是對通信電源位置進行監控和存儲，并通過通信模塊將數據發送到服務器。電氣位置測量模塊主要包括斷路器和伏特計，可控制試驗零件與管道之間的通信中斷，然后用伏特計測量試驗零件的陰極保護參數和漏電干擾參數;通信模塊，通過GPRS/4G系統（部分使用NB-10T和北斗3技術）向服務器傳輸監測數據，檢測管道泄漏電流的危害;無線模塊旨在確保通信信號的正常傳輸;電池模塊為整個遠程傳輸終端供電，定位模塊能夠準確響應.

2防腐方面

2.1外加電流陰極保護技術的應用

所謂陰極電流保護技術實際上是一種保護技術，它利用高壓直流電源和其他輔助陽極電源控制地面上額外電流的總流動，主要目的是防止地面環境中額外電流的存在此保護技術有助于防止結構金屬表面沒有陽極或陽極，并可通過導電支架快速將陽極電流傳遞到由陽極保護的結構金屬表面。在準備利用技術設施保護氣體排放管路和氣體排放管路的接地時，必須在所用碳酸鹽陽極周圍填土填土一層碳酸鹽陽極，以便在地下形成陽極的地下床大量石墨填充材料的選擇將對石墨陽極的正常壽命產生直接和嚴重的影響，因此通常需要盡可能多地選擇惰性材料，如石墨顆粒和金屬冶金中的焦炭，以有效降低接地率.

2.2設計方面

（1）關于防腐層的等級，大部分舊燃氣管道均用延時帶防腐層進行了試驗，帶防腐層便于長時間使用，去除鼓包，造成防腐層的破裂點。泄漏電流腐蝕集中在當地，經常發生在防腐層的缺陷部位，導致管井腐蝕，并可能在短時間內造成管道穿孔和泄漏事故。具體而言，長距離埋有防腐層的金屬管道具有大量分散電流，集中在管道內部，當泄漏電流脫離防腐層缺陷時，就會發生嚴重的局部腐蝕。（2）犧牲陽極排列較多。管道施工開始時，管道保存的主要影響因素是管道的自然腐蝕，其中大部分是原電池類型，驅動電位差只有幾百毫米，腐蝕電流只有幾十毫米。由于低為了保證陽極壽命的犧牲，在設計初期有更多的犧牲陽極布局，通常隨著時間的推移采用，犧牲陽極的一部分已經用盡，這將產生防腐層的斷點，為地鐵色散電流提供良好的輸入輸出通道（3）設計中缺乏必要的監測機制。由于地鐵泄漏電流具有廣泛的影響和強的隨機性，因此需要更多的測試樁和監測點進行監測。但是，最初設計時沒有考慮到這些因素，因此沒有足夠的檢測設備來有效監測漏電對管道的影響。（4）管道與地鐵設施之間的安全距離不符合GB50028城市燃氣設計標準的要求。由于城市地鐵建設的區域規模，不可避免地與地鐵設施平行，無法再滿足最初設想的安全距離。

2.3緩蝕劑防護技術的應用

緩蝕劑金屬防護劑該技術的廣泛應用在具有腐蝕性的環境中，也就是通過應用金屬緩蝕劑技術阻止或大大減緩其對金屬腐蝕的反應速度。而由于使用空氣緩蝕劑涂層防護處理技術可以防止大量燃氣進入管道內壁受到空氣腐蝕，具有防護收效快、投資少和使用方便的三大特點，所以目前已經得到了廣泛的工業應用。從工作原理上來講，就是通過利用管道緩蝕劑金屬分子上的各個極性基本能團的電荷吸附相互作用將這些緩蝕劑分子吸附在整個管道金屬表面，從而可以改變管道金屬表面的極性電荷運動狀態，繼而可以使金屬腐蝕化學反應的活化能力也得到大大增加。同時，緩蝕劑管道中的非穩定極性金屬基團也因為能夠在兩個金屬表面之間形成一層極性保護膜，從而有效阻止金屬電荷或極性物質的快速轉移，所以它們能夠有效減少比管道小的抗腐蝕劑的速度。而金屬緩蝕劑的化學吸附靜電作用又可以分成是一種物理上的吸附靜電作用和化學靜電吸附兩種作用，分別認為是由兩個電荷反應產生的化學靜電作用吸引力和金屬分子與其他金屬的兩個配拉電力鍵反應產生的靜電作用。

結束語

目前，針對地鐵等城市軌交系統產生的雜散電流對燃氣管網的腐蝕問題，結合雜散電流及燃氣管網陰極保護系統相關參數測試結果，以及創新設計了基于無線網絡的數據采集轉換器及智慧化上位管理服務系統，研究并設計實現了對地鐵雜散電流的監測及針對性監測、防護及預警。城市埋地鋼制燃氣管網的地鐵雜散電流腐蝕防護與預警系統項目研究成果具備良好的推廣前景，隨著國內建設軌道交通體系的城市越來越多、越來越復雜，該項防護預警技術愈發值得廣泛應用，尤其在安全領域值得眾多燃氣企業采納該種防護，從而可在軌道交通運行區域加強燃氣管網的管控，延長鋼制埋地燃氣管道的壽命，減少事故的發生，為智慧燃氣系統增添更加可靠的支撐。

參考文獻

[1]李立冬.關于城鎮燃氣管道陰極保護不合格因素問題分析及建議[J].城市燃氣，2020（7）：10-13.

[2]秦朝葵，吳意彬，陳志光，等.軌道交通對埋地燃氣管道直流干擾與排流研究[J].城市燃氣，2018（8）：13-22.

[3]劉杰，杜艷霞，覃慧敏，等.地鐵雜散電流對埋地管道干擾規律[J].腐蝕與防護，2019，40（1）：43-47.

[4]孫云霞.城市軌道交通雜散電流的危害及其檢測系統的研究[J].電力科技，2016，10：165.