李舒根 朱昱庠

國家管網(wǎng)集團(tuán)華中公司江西輸油分公司

摘要：城市地鐵會對鄰近埋地管道產(chǎn)生直流雜散電流干擾，影響陰保系統(tǒng)運(yùn)行效果。利用數(shù)據(jù)記錄儀對某成品油管道進(jìn)行長時間通/斷電位檢測。結(jié)果表明，管道明顯受到地鐵直流雜散電流干擾，檢測管段陰極保護(hù)效果不達(dá)標(biāo)。采用極性排流接地方式治理后，再次檢測其斷電電位達(dá)標(biāo)。可為管道陰極保護(hù)管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：埋地管道；地鐵直流干擾；通斷電位；排流治理

地鐵運(yùn)行需牽引變電站通過牽引網(wǎng)將直流電輸送給地鐵機(jī)車，再通過鐵軌將電流送回牽引變電站，正常情況下形成閉環(huán)電流回路。當(dāng)某段鐵軌由于施工、老化等原因?qū)е陆^緣性能不佳時，該段電流通過地下流入周邊輸油管道，并順著輸油管道向牽引變電站方向流動，在某一離變電站較近位置流出后再回到變電站。這一過程對周邊埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)造成干擾，影響陰保有效性。本文以某埋地成品油管道為研究對象，測試分析南昌市地鐵運(yùn)行對其通/斷電位的影響，并驗證直流干擾治理效果。

1  評價標(biāo)準(zhǔn)及測試方法

1.1  評價標(biāo)準(zhǔn)

基于地鐵動態(tài)雜散電流干擾特性，本文主要采用AS 2832.1―2015 《Cathodic protection of metals Part 1: Pipes and cables》（金屬的陰極保護(hù)1：管道和電纜）和GB/T 21448―2017 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》等進(jìn)行評價。即采用時間累積方式對動態(tài)雜散電流干擾進(jìn)行分類，以電位正于保護(hù)準(zhǔn)則的時間不應(yīng)超過測試時間5%作為分界線對陰保是否達(dá)標(biāo)進(jìn)行判定；管道陰極保護(hù)電位（即管/地界面極化電位）應(yīng)為﹣850 mVCSE或更負(fù)，陰極保護(hù)狀態(tài)下管道的極限保護(hù)電位不能比﹣1200 mVCSE更負(fù)。

1.2  測試方法

采用數(shù)據(jù)記錄儀（uDL2型）對管道24 h通/斷電位進(jìn)行檢測，參比電極為銅/硫酸銅，斷電試片暴露面積為6.5 cm2、材質(zhì)為L360。管道極化時間為1 h，通電周期設(shè)置為10 s，斷電周期1 s。

埋設(shè)試片時應(yīng)盡可能保證與管道埋深相同，若現(xiàn)場開挖情況不允許，應(yīng)至少保證埋設(shè)深度為50 cm。便攜式參比電極盡可能靠近試片埋設(shè)。測試接線如圖 1所示。

圖 1 管道電位檢測接線示意圖

2  研究結(jié)果

2.1  干擾源調(diào)查

經(jīng)過現(xiàn)場勘探，周邊直流干擾源主要為地鐵。選擇62#、68#、71#、77#和91#測試樁，5處測試點(diǎn)離地鐵最近距離分別為13.2 km、11.1 km、6.5 km、5.3 km和4.6 km，如圖 2所示。

圖 2 管道與地鐵相對位置及測試樁位置示意圖

2.2  直流干擾測試結(jié)果

（1）電位測試結(jié)果。5處測試樁24 h電位測試結(jié)果如表 1所示。

表 1 管道電位測試結(jié)果

從表 1可知，5處測試樁處斷電電位正于   ﹣850 mVCSE的時間比例均遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5%，地鐵雜散電流明顯影響了該段管道陰極保護(hù)的有效性，使管道處于欠保護(hù)狀態(tài)。

圖 3為71#和91#測試樁通/斷電位測試結(jié)果。兩處測試樁均表現(xiàn)出相同的波動規(guī)律，即通/斷電位在凌晨5:00至夜間22:30波動明顯，夜間22:30至凌晨5:00明顯趨于平緩，存在晝/夜周期規(guī)律。該電位波動時間與地鐵白天運(yùn)行夜間停運(yùn)時間相吻合，進(jìn)一步印證主要干擾源為地鐵。

圖 3 71#和91#測試樁通/斷電位波動圖

（2）晝/夜斷電電位分析。當(dāng)?shù)罔F停運(yùn)時，兩處斷電電位均穩(wěn)定在﹣0.86 VCSE左右，管道陰極保護(hù)水平達(dá)標(biāo)。該極化值是管道受恒電位儀開機(jī)極化的結(jié)果。電位波動幅度白天明顯大于夜間，既存在正于、也存在負(fù)于穩(wěn)定時電壓情況。該現(xiàn)象主要源于地鐵運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)?shù)罔F出站加速、進(jìn)站減速時或與管道距離發(fā)生改變時，由鐵軌泄漏進(jìn)入管道的雜散電流大小將發(fā)生變化，表現(xiàn)為電位上下波動。

（3）通/斷電位波動幅度分析。71#測試樁14:29至20:02通電電位波動幅度為1.77 V（﹣2.00 VCSE～ ﹣0.23 VCSE），遠(yuǎn)大于同時段斷電電位波動幅度0.33 V（﹣0.72 VCSE～﹣1.05 VCSE）。主要原因是受IR降波動影響。測試通電電位是管道和參比電極之間的管地電位，測試回路中存在土壤電阻率、部分涂層電阻率，當(dāng)外界動態(tài)雜散電流I波動時，IR通隨之波動。測試斷電電位是斷電試片與參比電極之間的電位。雖然依舊存在動態(tài)雜散電流I，但是由于斷電試片離參比電極足夠近，且無涂層，R斷遠(yuǎn)小于R通，則通電電位波動幅度遠(yuǎn)大于斷電電位的。

2.3  地鐵干擾治理效果評價

（1）治理方式。根據(jù)SYT 0017―2016《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，采用“接地排流”方式在5個測試樁處加裝犧牲陽極進(jìn)行排流治理。每處埋設(shè)15支鎂陽極，并通過極性排流器與管道串聯(lián)。使用極性排流器作為中間媒介將管道和犧牲陽極地床串聯(lián)，為了確保管道電流向陽極地床單向流動，禁止在動態(tài)雜散電流干擾下從地床流向管道。若陽極地床和管道直接串聯(lián)，因其未涂覆防腐層、接地電阻很小（小于10 Ω）、為金屬良導(dǎo)體，會使得大量雜散電流從犧牲陽極流進(jìn)、管道流出，導(dǎo)致管道腐蝕速度比未排流前還要快。

（2）電位檢測。排流治理后，再次對5處測試樁進(jìn)行24 h通/斷電位檢測，陰保效果判定結(jié)果如表 2所示。

表 2 排流治理后陰保效果判定結(jié)果

（3）治理效果對比。對比表 1和表 2結(jié)果，加裝陽極排流地床后，5處測試樁電位明顯降低，處于﹣850 mVCSE～﹣1200 mVCSE，24 h內(nèi)斷電電位正于﹣850 mVCSE的時間均低于5%，達(dá)到陰極保護(hù)要求。71#和91#測試樁最大斷電電位、最小斷電電位和平均斷電電位整體下移，如圖 4所示。

圖 4 治理后71#和91#測試樁通/斷電位波動圖

對比治理前后通電電位，波動幅度幾乎無變化。主要原因是犧牲陽極可以降低管道的斷電電位，但是不能改變原環(huán)境中雜散電流帶來的IR降變化。因此日常管理應(yīng)重視對管道斷電電位的檢測。

3  結(jié)論

（1）重視對管道斷電電位的檢測。現(xiàn)場通電電位檢測不能有效反映管道與土壤之間的電位變化。

（2）加強(qiáng)對排流設(shè)施的維護(hù)。排流設(shè)施使用中可能出現(xiàn)極性排流器失效、陽極地床失效等情況，需定期維護(hù)保養(yǎng)，延長使用壽命。

（3）定期開展電位復(fù)測。隨著地鐵車次、里程不斷增加，雜散電流干擾程度也會隨之加重，需定期復(fù)測管道電位，排查是否存在新的陰保異常點(diǎn)。

作者簡介：李舒根，江西輸油分公司副經(jīng)理、安全總監(jiān)，主要從事長輸管道安全管理工作。聯(lián)系方式：13607007957，19283353@qq.com。