油气长输管道杂散电流干扰腐蚀与防护措施

明士涛，崔 斌，淦 邦

(1.中国石化管道储运分公司华东管道设计研究院，江苏徐州 2210082.中国石化管道储运分公司管道科学研究院，江苏徐州 221008)

油气长输管道杂散电流干扰腐蚀与防护措施

明士涛1，崔 斌1，淦 邦2

(1.中国石化管道储运分公司华东管道设计研究院，江苏徐州2210082.中国石化管道储运分公司管道科学研究院，江苏徐州221008)

针对国内油气管道杂散电流干扰腐蚀日益突出的情况，分析了杂散电流的腐蚀机理、特点及最新的防护措施，通过多种防护措施的综合运用，减少杂散电流对管道的腐蚀危害，达到防护与治理的目的。

杂散电流 腐蚀 管道 阴极保护 排流保护

早在1812年Davy[1]便发现了杂散电流的腐蚀现象。20世纪60年代，Schwalm等人[2]研究发现杂散电流对埋地金属结构具有强烈的腐蚀作用。据统计，截至2014年底，我国陆上油气管道总长度已超过12×104km[3]。因此，对油气长输管道杂散电流干扰腐蚀的研究具有重要意义。结合国内外最新研究成果，本文对杂散电流干扰腐蚀的机理、分类、特点、危害以及防护措施等方面进行了详细介绍和分析。

1 杂散电流干扰腐蚀机理

杂散电流是指在规定的电路以外流动的电流[4]，如从回路中流入大地的电流。由杂散电流引起的腐蚀称为杂散电流腐蚀，其本质是电化学腐蚀的电解作用[5]。由于埋地钢质管道的导电性，杂散电流在管道中流动时形成电位差[6]，从而建立腐蚀电池。

杂散电流进入金属管道的地方带负电，这一区域称为阴极区，处于阴极区的管道一般不会受到影响，若阴极区的电位值过大时，管道表面会析出大量的氢，而造成防腐层剥离。杂散电流从管道破损点流出的地方带正电，这一区域称为阳极区，处于阳极区的金属管道以离子的形式溶于周围介质中而造成管道的电化学腐蚀。其电化学腐蚀过程发生如下反应。

a)析氢腐蚀

阳极反应：Fe→Fe2++2e-

无氧酸性环境中的阴极反应：

2H++2e-→H2↑

无氧中性、碱性环境中的阴极反应：

2H2O+2e-→2OH-+H2↑

b)吸氧腐蚀

阳极反应：Fe→Fe2++2e-

有氧酸性环境中的阴极反应：

O2+4H++4e-→2H2O

有氧中性、碱性环境中的阴极反应：

O2+2H2O+4e-→4OH-

在阳极区和阴极区分别发生阳极反应和阴极反应，根据埋地钢质管道所处的环境不同，阴极反应有着不同的反应形式，但阳极反应却相同。可见，在阴极区积累了大量的OH-，而在阳极区积累了大量的Fe2+，Fe2+和OH-在土壤中结合成腐蚀产物Fe(OH)2，进而继续氧化成Fe2O3·2H2O或Fe3O4等铁锈成分，从而造成油气管道腐蚀。

2 杂散电流干扰腐蚀的特点

a)强度高、危害大。埋地钢质管道在没有杂散电流时，只发生自然腐蚀，所产生的腐蚀电流只有几十毫安，当土壤中存在杂散电流时，通过的电流最大能达到几百安。金属的腐蚀量与杂散电流强度成正比，满足法拉第定律。

b)范围广、随机性强。杂散电流作用的范围很大，其影响可达几千米，甚至几十千米，这与引起杂散电流的外部电流源密切相关。杂散电流干扰腐蚀的发生又常常是随机变化的，无论从电流的方向、强度，都是随着外界电力设施的负载情况、轨道连接、管道的绝缘状况而变化，给防护带来一定难度。

c)腐蚀部位集中。杂散电流一般选择管道接地阻抗较小的部位流入土壤，所以杂散电流腐蚀也大都集中在这些位置。对于有防腐层的油气长输管道，腐蚀往往集中于防腐层的缺陷部位。

d)直流杂散电流腐蚀更强。关于交流电的腐蚀作用，国内外已有数十年的研究历史，一般认为相当于直流腐蚀的2%左右[7]。所以，直流杂散电流的腐蚀作用更为强烈。

3 杂散电流干扰腐蚀的防护措施

a)远离杂散电流干扰源。管道线路路由设计时，应选择合理的路由走向，避开地铁、电气化铁路、交直流输配电线、城市轨道交通及地下管网等杂散电流干扰源。标准规定：管道与高压直流输电系统、直流牵引系统等干扰源宜保持防护间距[8]；在接地极与地下金属管道的最小距离小于10 km，或者地下金属管道的长度大于10 km的情况下，应计算接地极地电流所产生的不良影响[9]；在开阔地区，埋地管道与高压交流输电线路杆塔基脚间控制的最小距离宜不小于杆塔高度；在路径受限地区，埋地管道与交流输电系统的各种接地装置之间的最小水平距离一般情况下不宜小于表1的规定。在采取故障屏蔽、接地、隔离等防护措施后，表1规定的距离可适当减小[10]。

表1 埋地管道与交流接地体的最小距离

埋地管道与架空送电线路平行敷设时控制的最小距离宜按表2的规定执行[11]。

埋地管道的正上方或下方，严禁有直埋敷设的电缆，埋地管道与直埋敷设电缆之间平行时容许的最小距离为1 m，交叉时最小距离为0.5 m[11]。

b)排流保护。排流保护措施不同于管道防腐设计，前期的调查和测试是有效进行管道排流保护的前提，根据具体情况进行方案的确定。

表2 埋地管道与架空送电线路最小距离 m

注：距离为边导线至管道任何部分的水平距离。

对于交流杂散电流干扰，采用接地式排流，可把感应电压降到原来的三分之一左右，其中效果最好的是钳位式排流，它把交流电压排除的同时可在管道上残留-0.9 V左右的直流电位，用于阴极保护[7]。但是，钳位式排流的接地材料应和被保护管道相同，否则，两者间存在的电位差将严重影响排流后的直流电位，有时可能向正方向偏移，达不到预期效果。

对于直流杂散电流干扰，国内一般采用镁阳极作为辅助接地床，主要目的是提高排流驱动电压，同时在无干扰时或干扰较小时，可以提供阴极保护。因其具有增加寿命和减小接地电阻的效益趋同性，即增加阳极组的支数，可同时获得延长使用寿命，减小接地电阻双重目的，在经济上是相对合理的。

c)阴极保护。由于杂散电流的不稳定性，多数情况下，杂散电流表现不十分明显，因而管道的自然腐蚀仍会占据主导地位，因此排流保护必须与阴极保护相结合才能有效遏制管道腐蚀。

d)防腐层修复。对处于杂散电流干扰区域的管道每年应进行防腐层缺陷检测，管道阴极区的防腐层缺陷应及时修复，对于管道阳极区的防腐层缺陷应待该管段转变为管道阴极区或干扰消除后进行修复，防腐层修复所使用材料的绝缘性能不应低于原防腐层。

e)绝缘隔离。对处于干扰较严重的区域管段，可采用绝缘隔离的措施，同时，为了保证管道的电连续性，对绝缘装置外则的管道进行电缆跨接，跨接电缆安装后，绝缘装置两端的电位差不宜超过50mV[8]。从阴极保护管道中隔离的管段还应设置独立的阴极保护装置，单独进行保护。

f)加强日常监测。油气长输管道的杂散电流干扰腐蚀与防护是一项长期艰苦的工作，必须长期监测干扰区域杂散电流的变化情况，根据具体检测结果指定相应的防护措施。

4 结语

随着我国油气管道长度总量的不断增加，杂散电流干扰腐蚀问题越来越受到人们的重视，相应的防护措施也日趋完善。通过多种防护措施的综合运用，减少杂散电流对管道的腐蚀危害，达到防护与治理的目的。

[1] Brian Martin. A history of stray current corrosion [J]. Corrosion & Materials，2006，31(3):12-14.

[2] L H Schwalm，J G Sandor. Stray current-the major cause of underground plant corrosion [J]. Materials Perform，1969(6):31-36.

[3] http://www.chinapipe.net/news/2015/38928.html. 2015-2-9

[4] 杨筱蘅. 输油管道设计与管理[M]. 东营：中国石油大学出版社，2006.

[5] L Bertolini，M Carsana, P Pedeferri. Corrosion behaviour of steel in concrete in the presence of stray current[J]. Corrosion Science，2007(49):1056-1068.

[6] Brichau F，Deconinck J，Driesens T. Modeling of underground cathodic protection stray currents[J]. Corrosion, 1996(52):480-8.

[7] 胡士信. 阴极保护工程手册[M]. 北京：化学工业出版社，1999.

[8] GB50991-2014.埋地钢质管道直流干扰防护技术标准[S].

[9] DL/T 5224-2014.高压直流输电大地反悔系统设计技术规程[S].

[10] GB/T 50698-2011.埋地钢质管道交流干扰防护技术标准[S].

[11] GB/T 21447-2008.钢质管道外腐蚀控制规范[S].

StrayCurrentCorrosionandProtectionofOilandGasTransmissionPipeline

Ming Shitao,Cui Bin,Gan Bang

(1.SINOPEC Pipeline Storage & Transportation Co.,LTD East-China Pipeline Design & Research Institute，Jiangsu，Xuzhou，2210082.SINOPEC Pipeline Storage & Transportation Co.,LTD Pipeline Science Research Institute, Jiangsu, Xuzhou，221008)

According to the increasing of the stray current corrosion in domestic oil and gas pipeline, this paper analyzed the corrosion mechanism, characteristics and protection of stray current, Through a variety of integrated use of protective measures, reduce the stray current corrosion of pipeline, and achieve the goal of protection and management.

stray current；corrosion；pipeline；cathodic protection；drainage protection

2016-01-03

明士涛，工程师，硕士研究生，2010年毕业于中国石油大学(北京)材料学专业，现从事油气长输管道防腐设计工作。