1.上海道盾科技股份有限公司； 2.沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心

1 前言

潮汐能是由潮汐現(xiàn)象產(chǎn)生的能量，包括潮汐和潮流兩種運(yùn)動(dòng)方式所形成的能量。中國(guó)海岸線長(zhǎng)度為1.8萬(wàn)公里，海區(qū)潮汐資源相當(dāng)豐富，潮汐類型多種多樣。隨著沿海埋地管道增多，潮汐能對(duì)埋地鋼制管道的直流雜散電流干擾問題也隨之出現(xiàn)。

2 潮汐能干擾機(jī)理

管道電位的波動(dòng)主要由地電流干擾引起，而地電流是太陽(yáng)粒子與地磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。

帶電粒子進(jìn)入地球大氣層，在地磁場(chǎng)作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在以北極和南極周圍為中心的電離層中產(chǎn)生電流環(huán)。由于該電噴流的幅度變化和方向變化產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，在地球表面或附近的金屬導(dǎo)體（管道）上會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，其原理類似于交流高壓輸電線引起的感應(yīng)，如圖 1所示。

潮汐能是增加地電流干擾頻率和幅度的因素之一，管道越長(zhǎng)，防腐層質(zhì)量越好，管道產(chǎn)生的感應(yīng)電壓越大，如圖 2所示。

隨著海水的潮漲潮落，在地磁場(chǎng)作用下海峽地帶或海灣處會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)（圖 3），電場(chǎng)在大地中產(chǎn)生地電位梯度，進(jìn)而干擾管道電位。高潮時(shí)，管道側(cè)的地電位梯度大于海岸線側(cè)，管道電位正向偏移，低潮時(shí) 則相反；地電位梯度隨著高潮時(shí)間不斷累積，也隨之增大，低潮時(shí)則相反；所以受干擾管道電位是隨著時(shí)間緩慢變化的（逐漸正向或負(fù)向偏移）。

潮汐能是大自然中客觀存在的能量，無(wú)法消除。與普通的雜散電流干擾不同，管道各段電位波動(dòng)情況一致，電流沒有固定的流入流出點(diǎn)。沿海岸線敷設(shè)或距離海岸線較近的管道均可能受潮汐能干擾。

3 潮汐能干擾案例

3.1 基本情況

如圖 4所示，某管線K1―K2管段的65 km管道與海岸線并行， K2位置為該管段終點(diǎn)，管道路由距離海岸10 km～15 km。日常測(cè)試中發(fā)現(xiàn)該管段直流通電電位間歇發(fā)生波動(dòng)，且時(shí)間段比較規(guī)律。采用HC﹣069雜散電流記錄儀對(duì)管道直流電位進(jìn)行48 h監(jiān)測(cè)，通電電位波動(dòng)情況如圖 5所示。針對(duì)規(guī)律性的電位波動(dòng)情況，將全線恒電位儀關(guān)機(jī)24小時(shí)后，再次48 h同步監(jiān)測(cè)管道直流電位，監(jiān)測(cè)位置有K1、 K1與K2中點(diǎn)、 K2。所得電位監(jiān)測(cè)曲線如圖6～8所示。

3.2 干擾情況驗(yàn)證

由圖 6～8可知，該段管道在48 h內(nèi)電位波動(dòng)方向和強(qiáng)弱基本一致，可以看出該管段電位異常波動(dòng)為同一干擾源所致。該管段直流電位每天都有2次正向偏移和2次負(fù)向偏移（相較于自然電位﹣0.7 VCSE），在凌晨1:30電位達(dá)到最正，經(jīng)查詢煙臺(tái)潮汐時(shí)間表（表 1，來源于天氣網(wǎng)），對(duì)照監(jiān)測(cè)管道電位波動(dòng)日期及時(shí)間， K1位置管道電位變化與潮汐時(shí)間關(guān)系如 表 2所示。

從結(jié)果可知，管道直流電位隨潮汐的高潮—低潮—高潮發(fā)生而變化，且在高潮或低潮時(shí)，正向偏移或負(fù)向偏移達(dá)到峰值。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證潮汐能對(duì)管道陰極保護(hù)電位的干擾，選擇不同日期進(jìn)行電位監(jiān)測(cè)，圖 9為恒電位儀開啟狀態(tài)下管道電位監(jiān)測(cè)曲線。監(jiān)測(cè)日期內(nèi)K1管道電位變化與潮汐時(shí)間關(guān)系如表 3所示。

可以看出，管道電位變化的極值與潮汐產(chǎn)生的高潮和低潮時(shí)間點(diǎn)有極大相關(guān)性，均是在高潮時(shí)管道電位正向偏移，低潮時(shí)管道電位負(fù)向偏移。因此推斷直流電位波動(dòng)受潮汐能干擾所致。

4 潮汐能干擾危害

短時(shí)間的電位正向偏移不會(huì)對(duì)管道的陰極保護(hù)效果產(chǎn)生影響，但如果經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生電位正向偏移，便有可能發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。

日常測(cè)試管道斷電電位時(shí)，可以斷開陰極保護(hù)電流，但無(wú)法斷開地電流產(chǎn)生的電壓降V t，這會(huì)產(chǎn)生很大的電位測(cè)試誤差（圖 10），因此采用垂直管道放置2個(gè)試片的方法測(cè)試管道通斷電位曲線（圖 11）。

可以看出，通電電位如果在偏負(fù)狀態(tài)下劇烈波動(dòng)，斷電電位維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，并可以達(dá)到有效陰極保護(hù)（﹣0.85 VCSE～﹣1.2 VCSE）。如果通電電位長(zhǎng)時(shí)間處于正向偏移狀態(tài)，斷電電位很難達(dá)到陰極保護(hù)準(zhǔn)則要求（﹣0.85 VCSE～﹣1.2 VCSE），這極大地增加了腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2832.1―2015規(guī)定：①對(duì)存在地電流干擾影響的位置要求對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地電流影響的測(cè)試時(shí)，通常必須記錄20 h的電位。如果采用數(shù)據(jù)記錄儀監(jiān)測(cè)電位，其采樣頻率應(yīng)不低于1次／min。②受地電流影響的結(jié)構(gòu)的電位正于保護(hù)準(zhǔn)則的時(shí)間不應(yīng)超過測(cè)試時(shí)間的10％。確定電位的變化幅度時(shí)，應(yīng)對(duì)記錄期間電離層擾動(dòng)的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

受潮汐能干擾的管道通電電位近17%的時(shí)間持續(xù)正于﹣0.85 VCSE，斷電電位未達(dá)到﹣0.85 VCSE的時(shí)間也超過10%，故需要對(duì)管道采取一系列措施來緩解 干擾。

5 潮汐能干擾的緩解及維護(hù)建議

（1）管道陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流與犧牲陽(yáng)極聯(lián)合保護(hù)的方式

其目的是在不損害陰極保護(hù)效果的前提下，提供安全的低電阻對(duì)地泄流路徑，只要土壤電阻率足夠低，能夠使?fàn)奚��?yáng)極有效輸出電流，且排除一部分電流，沿線分布的犧牲陽(yáng)極就會(huì)有效緩解地電流腐蝕影響（圖 12）。

（2）管道沿線埋設(shè)試片用于日常通斷電位測(cè)試或用來進(jìn)行腐蝕狀況監(jiān)測(cè)

由于大地中存在的地電位梯度無(wú)法消除，傳統(tǒng)的管道通電電位、斷電電位測(cè)試已經(jīng)無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估管道真實(shí)的陰極保護(hù)狀況。為了消除地電流影響，可以埋設(shè)參比管以及雙試片或環(huán)形試片來準(zhǔn)確測(cè)試管道陰極保護(hù)狀況，如圖 13所示。

（3）監(jiān)測(cè)腐蝕速率

潮汐能干擾對(duì)埋地管道腐蝕的影響目前尚無(wú)更多案例。為了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)并驗(yàn)證是否對(duì)管道陰極保護(hù)效果及管道腐蝕產(chǎn)生影響，建議在距離海岸線相對(duì)較近位置設(shè)置陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備及ER腐蝕速率測(cè)試探頭進(jìn)行同步監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

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[8]  CP3-Cathodic Protection Technologist course manual.

作者：鄒德龍，上海道盾科技股份有限公司壓力管道檢驗(yàn)員。