天然气管道杂散电流干扰监测及防护措施

2015-01-03孙银娟张志浩西安长庆科技工程有限责任公司

油气田地面工程 2015年9期

孙银娟成杰王勃张志浩西安长庆科技工程有限责任公司

天然气管道杂散电流干扰监测及防护措施

孙银娟成杰王勃张志浩西安长庆科技工程有限责任公司

通过对某天然气管道A、B线与铁路交叉处的24 h直流杂散电流干扰监测，以及A、B线距离铁路最近测试桩1 h内的交流杂散电流干扰监测，发现干扰程度均为弱，管道可不采取直流或交流干扰防护措施。若其他区域经监测需要进行干扰防护时，直流干扰的防护应按照排流保护为主、综合治理为辅、共同防护的原则进行。直流干扰的防护应根据工程实际情况，选取直接排流、嵌位式排流、牺牲阳极排流或固态耦合器排流等方式。

天然气管道；杂散电流；直流干扰；监测；防护

直流干扰会引起管道的严重腐蚀，腐蚀的速率可达到自然腐蚀的几十甚至几百倍。直流或交流干扰的存在，对管线的安全运行构成了严重的威胁。因此，如何有效地进行干扰防护是管线管理的重要工作。2015年1月14日至1月15日期间对某天然气管道A线和B线进行直流杂散电流干扰监测。2015年1月17日对这两条管道离铁路最近的测试桩进行了交流杂散电流干扰监测和管道保护电位监测。

1 检测内容及方法

某天然气管道A线与某铁路线桥墩I段交叉穿越处进行24 h直流杂散电流干扰监测；某天然气管道B线与某铁路线桥墩II段交叉穿越处进行24 h直流杂散电流干扰监测；某天然气管道A线和B线距铁路最近测试桩进行1 h管道保护电位监测和交流杂散电流干扰监测。

直流杂散电流干扰监测期间，在管道垂直方向和水平方向分别放置2个参比电极，电极间距40 m，采用存储式杂散电流测试仪（HC-069）每隔1 s监测储存1个数据。

管道保护电位监测和交流杂散电流干扰监测期间，在靠近铁路测试桩用存储式杂散电流测试仪（HC-069）连接参比电极与管道，在高铁运行高峰进行1 h监测。

2 检测结果及分析

2.1 直流杂散电流干扰

直流杂散电流腐蚀又称为直流干扰腐蚀，通常是由地中杂散电流以管道为回路引起的腐蚀，或管道处于杂散电流产生的地电位梯度变化剧烈区域内引起的腐蚀。

按照《埋地钢制管道直流排流保护技术（SY/ T 0017—2006）》标准规定，当管道任意点上的管地电位较自然电位偏移20 mV或管道附近土壤电位梯度大于0.5 mV/m时，确认为直流干扰。借助管地电位梯度数据，按表1所列指标判定杂散电流强弱程度。

表1 直流杂散电流干扰程度指标

当管道任意点上管地电位较自然电位正向偏移100 mV或者管道附近土壤电位梯度大于2.5 mV/m时，管道应及时采取直流排流保护或其他防护措施。

2.1.1 某天然气管道A线

开始测试时间为2015年1月14日13：58，结束测试时间为2015年1月15日13：58，测试时长为24 h，采样速率为1 s-1。该次监测分为平行管道和垂直管道监测，计算的土壤电位梯度为平行土壤电位梯度与垂直土壤电位梯度的矢量和。

从监测结果看，白天高铁运行负荷大，土壤电位梯度在白天变化幅度大，存在明显的直流干扰。夜间运行车辆少，从1月14日22：44到1月15日7：59之间共有6趟高铁通过，在高铁通过时间段土壤电位梯度曲线都有明显变化，该时间段内其余时间曲线非常平缓且土壤电位梯度值较小，直流干扰与火车通过时间吻合，说明高铁运行与直流杂散电流干扰有明显关联。电气化铁路对埋地管线影响大小与其馈电方式有关，该铁路虽对管线造成直流干扰，但从干扰程度看并不大，平均土壤电位梯度为0.42 mV，直流杂散电流干扰等级为弱等级。管道附近土壤电位梯度低于2.5 mV/m，管道不需要采取直流排流保护或其他防护措施。

2.1.2 某天然气管道B线

开始测试时间为2015年1月14日14：14，结束测试时间为2015年1月15日14：14，测试时长为24 h，采样速率为1 s-1，该次监测分为平行管道和垂直管道监测，计算的土壤电位梯度为平行土壤电位梯度与垂直土壤电位梯度的矢量和。

从监测结果看，白天高铁运行负荷大，土壤电位梯度在白天变化幅度大，存在明显的直流干扰。夜间运行车辆少，从1月14日22：44到1月15日7：59之间共有6趟高铁通过，在高铁通过时间段土壤电位梯度曲线都有明显变化，该时间段内其余时间曲线非常平缓且土壤电位梯度值较小，直流干扰与火车通过时间吻合，说明高铁运行对直流杂散电流干扰有明显关联。电气化铁路对埋地管线影响大小与其馈电方式有关，该铁路虽然对管线造成直流干扰，但从干扰程度看并不大，平均土壤电位梯度为0.15 mV，直流杂散电流干扰等级为弱等级。管道附近土壤电位梯度低于2.5 mV/m，则管道不需要采取直流排流保护或其他防护措施。

2.2 交流杂散电流干扰

按照《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准（GB/T 50698—2011）》规定，当管道上的交流干扰电压不高于4 V时，可不采取交流干扰防护措施；高于4 V时，应采用交流电流密度进行评估。管道受交流干扰的程度可按表2的规定判定。当交流干扰程度判定为强时，应采取交流干扰防护措施；判定为中时，宜采取交流干扰防护措施；判定为弱时，可不采取交流干扰防护措施。

表2 交流干扰程度判断指标

2.2.1 某天然气管道A线

此次测试时间为高铁运行高峰时间段。开始测试时间为2015年1月17日12：23，结束测试时间为2015年1月17日13：23，测试时长为1 h，采样速率为1 s-1。管道保护电位最小值为-1.66 V，最大值为-0.619 V，平均值为-1.048 V。从管道交流杂散电流干扰监测曲线可看出，交流干扰电压最大值为8.99 V，最小值为0.276 6 V，平均值为0.943 V。

监测期间共有10辆高铁通过，由监测数据可以看出，高铁通过时，交流干扰电压并未发生明显变化，交流干扰电压基本在4 V以下。监测到的交流干扰电压最小值为0.276 6 V，最大值为8.99 V，平均值为0.943 V。几处峰值干扰电压都为瞬间跳变，且与高铁通过时间没有吻合，应为高压输电线和变电站影响，高铁对管线没有超标交流干扰影响。管道保护电位受交流干扰的影响有较大跳动，大部分时间满足-850 mV保护准则要求，管道保护电位平均值为-1.048 V。按标准规定，该管道交流干扰电压不高于4 V，可不采取交流干扰防护措施。

2.2.2 某天然气管道B线

此次测试时间为高铁运行高峰时间段。开始测试时间为2015年1月17日10：28，结束测试时间为2015年1月17日11：28，测试时长1 h，采样速率为1 s-1。管道保护电位最小值为-1.81 V，最大值为-0.505 V，平均值为-1.094 V。从管道交流杂散电流干扰监测曲线可看出，交流干扰电压最大值为5.66 V，最小值为1.62 V，平均值为2.25 V。

监测期间共有11辆高铁通过，由监测数据可看出，高铁通过时，交流干扰电压并未发生明显变化，交流干扰电压基本在4 V以下，最小值为1.62 V，最大值为5.66 V，平均值为2.25 V。几处峰值干扰电压与高铁通过时间没有吻合，因此处距变电站较近，应为变电站和高压输电线影响，高铁对管线没有超标交流干扰影响。管道保护电位受交流干扰的影响有较大跳动，大部分时间满足-850 mV保护准则要求，管道保护电位平均值为-1.094 V。按标准规定，该管道交流干扰电压不高于4 V，可不采取交流干扰防护措施。

3 干扰防护措施

3.1 直流干扰防护

直流干扰的防护应按照排流保护为主、综合治理为辅，共同防护的原则进行。排流保护是直流干扰保护的主要方法，应根据干扰程度、状态，干扰源与管道位置关系，场地环境等条件，选择直接排流、极性排流、强制排流、接地排流等保护方式。

直流干扰防护中要考虑以下因素或防护措施：①干扰源侧应采取措施，减少泄漏电流数量，使其对外部系统的干扰降至最小；②在受干扰的管道系统中，适当、合理地装设绝缘法兰，以缓解或解决干扰问题；③电连接（包括串联可调电阻）可以调整或改变管道内干扰电流流向和分布，有助于提高排流效果；④防腐层修理和防腐等级加强，可限制流入或流出管道的干扰电流，缓解干扰和提高排流保护效果；⑤改变预定的管道走向或阴极保护管线阳极地床的位置；⑥调节阴极保护电流的输出，或采用牺牲阳极保护代替强制电流阴极保护；⑦设置屏蔽栅极或电场屏蔽，有助于改变杂散电流流向和流入被干扰体的数量；⑧处于同一干扰区域，但产权归属不同的埋地管道或地下电力、通信等缆线，应在互相协商的基础上，纳人共同的干扰保护系统，实施共同保护，避免在独立进行干扰保护中形成相互间的再生干扰。

采取直流干扰防护措施后，应尽可能使受干扰影响的管道（包括共同防护的构筑物）上任意点的管地电位恢复到未受干扰前的状态或达到阴极保护电位标准；尽可能使受干扰影响的管道（包括共同防护的构筑物）的管地电位的负向偏移不超过所用防腐层的阴极剥离电位；对排流保护系统以外的埋地管道或地下金属构筑物的干扰尽可能小。实施排流保护后，如排流效果达不到上述要求时，可按表3所列指标评定。

表3 排流保护效果评定指标

3.2 交流干扰防护

交流干扰防护对象通常是管道沿线的高压输电线路（110 kV及以上）、高压铁塔、变电所、电气化铁路等强电线路在埋地管道上所产生的电容耦合、电感耦合、电阻耦合及其产生的交流腐蚀影响。除电容耦合影响外，其余影响均可通过接地或屏蔽保护解决，这些措施主要是解决管道阴极保护与接地排流保护的矛盾。而管道采取相应的交流防护措施后，每处排流点应满足以下防护准则：①排流后，管道上的长期交流感应电压≤10 V；②在管道的交流干扰区段内，管道涂层破损点处的交流电流密度≤60 A/m2；③交流高压线路发生单相接地故障时，在管道上产生的短期/瞬时干扰电压≤1 000 V。

根据已建工程运行经验，目前最常用的方法是排流保护法，即将管道与一低电阻的人工接地地床用导线连接起来，从而降低干扰电压。排流系统由地床、排流线和排流节3部分组成。根据地床与管道的连接方式可以分为直接排流、嵌位式排流、牺牲阳极排流和固态耦合器排流4种形式。

防护方案要根据工程实际情况确定，结合以往工程经验及相关标准，在防护方案的设计中应考虑以下因素：①强电线路走廊附近的管道当连续焊接长度超过300 m，且架空未埋地时，应采取临时接地，以消除容性影响，避免管道上焊工或其他施工人员受电击，临时接地体的接地电阻≤10 Ω；②管道与强电线路连续近距离平行段，应对被干扰管道在不超过2 km的间隔上设置排流装置，并应考虑被干扰管道的首、末两端，接近和远离点，最大电压/电流泄漏点；③管道与强电线路的交叉角度小于55°时，应在交叉点的合适位置安装排流装置；④在管道与强电线路/通讯铁塔的基础、拉线及其接地体的间距不符合规范要求时，应对此点进行强电冲击的屏蔽保护，且一条屏蔽线应至少有两点通过去耦合装置与被保护的管道跨接，并应保证屏蔽线与强电接地体的间距≥2 m；⑤在监控阀室两侧管道的合适位置设置排流装置；⑥接地电缆/屏蔽线可采用加强型锌带或裸铜线，对于仅作为排流性质的接地线，其长度应根据排流点的土壤电阻率和管道的接地电阻（一般不超过2 Ω）共同决定，对于作为屏蔽性质的锌带或裸铜线，应根据接地体与管道的距离、交叉形式、交叉频率等情况确定锌带或裸铜线的安装数量和形式；⑦根据GB/T 50698—2011的规定，埋地管道与架空送电线路的距离宜符合下列要求：在开阔地区埋地管道与架空送电线路杆（塔）基脚间控制的最小距离宜为最高杆（塔）高，在路径受限地区，埋地管道与交流电力系统的各种接地装置之间的水平距离一般情况下不宜小于表4的规定。