中国和欧洲管道交流干扰腐蚀标准差异分析

孙芳芳 茹晓哲 王宏武 张轩轲 胡炎兴 马伟平

1中油管道建设工程有限公司

2中国石油新疆油田分公司采气一厂

3中国石油青海油田分公司管道输油处

4中国石油新疆油田分公司油气储运公司

5中国石油管道科技研究中心

近年来，我国长输油气管道实现跨越式发展[1]，但长输管道与高压输电线路、铁路并行和交叉敷设的安全问题日益突出[2]。影响管道交流腐蚀的主要因素有感应的交流电压、裸露金属上的交流电流密度、管道直流电流的极化程度、防腐层破损点尺寸、周围的土壤电阻率和周围的土壤化学成分[3]。例如忠武输气管道宜昌—武汉段、武汉—黄石支线与三峡水电站外输的多条500 kV 高压输电线路存在并行和交叉问题，管-地电位出现大幅度波动（最高达到-230 mV），交流电压也达到20 V[4]。输电线路会对埋地金属管道产生较强的交流干扰腐蚀，输电线路故障所造成的瞬态高感应电压可能击穿管道防腐层，毁坏阴极保护系统设备，并对操作人员人身安全造成威胁[5]。随着750 kV 和1 000 kV特高压输电线路技术的应用，对管道设计和安全运行运营提出了更高的要求[6]。

国外基于大量实验、现场测量、案例分析和工程应用的实践经验，制定了管道交、直流干扰防护的系列标准，其中较有代表性的是欧洲标准EN 15280—2013[7]。新版的EN 15280—2013 在交流腐蚀判定准则、测试点选择、减缓措施等方面进行了修订。

1 国内外标准

国家标准GB/T 50698—2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》，2011版修订了交流腐蚀的识别、评估、调查与测试、监测等方面内容，以及减轻交流电和雷电对管道腐蚀控制系统影响的防护技术。

欧洲标准EN 15280—2013《Evaluation of A.C.Corrosion Likelihood of Buried Pipelines Applicable to Cathodically Protected Pipelines/埋地阴极保护管道交流腐蚀可能性评估》，由欧洲标准化委员会CEN/TC 219“阴极保护技术委员会”制定，上一版本是CEN/TS 15280—2006。该标准适用于受交流牵引系统和交流输电线路影响的埋地管道（频率在16.7～60 Hz），研究了由交流电力系统的感应、传导和耦合作用导致的干扰腐蚀及其影响的容许极限，规定了评价交流干扰可能性相关的测试技术，减缓交流腐蚀系统投运的措施。

2 阴极保护人员资质要求

欧洲标准EN 15280 规定从事阴极保护系统的设计、安装监理、投运、操作监督、测量、监控以及维修监督的人员应具备完成任务所要求的能力。欧洲标准EN 15257—2007《阴极保护人员能力水平认证》给出了评价阴极保护人员的适用方法，阴极保护人员宜遵循EN 15257 或其他同等程序取得资质证书。

国家标准GB/T 21447 未规定阴极保护人员资质要求。GB/T 21448规定应在有资格的腐蚀工程师或具有实践经验的腐蚀专家指导下使用阴极保护。GB/T 50698规定从事交流干扰和雷电影响的防护设施安装、调试、测试、维修的人员应受过电气安全培训，并掌握相关电气安全知识。

我国标准针对阴极保护人员资质要求不如欧洲标准EN 15280 严格，欧洲还制定了专门的评价阴极保护人员能力水平的标准EN 15257，具有借鉴意义。

3 管道设计阶段交流腐蚀评估

GB/T 50698规定在路径受限区域，设计时应充分考虑管道可能受到的交流干扰，并对管道上可能产生的交流腐蚀和对腐蚀控制系统的影响程度进行分析和评估。

欧洲标准EN 15280 规定应根据EN 50443—2011《由于高压交流牵引系统和输电线路对管道造成的电磁干扰影响》，采用数学模型计算干扰水平，结合现场测试结果，以确定为保持接触电压在可接受安全水平所需的接地要求。计算结果也用来确定降低交流腐蚀所需的电压，同时作为实施减缓措施的依据。

我国标准针对管道设计阶段交流腐蚀评估仅为原则性规定。欧洲制定了专门评估交流腐蚀影响的标准EN 50443，综合利用数学模型和现场测试确定交流腐蚀影响，并作为设计、实施减缓措施的依据，理念更为合理，具有借鉴意义。

GIS使现状的空间位置与属性相对应，并进行可视化表达，实现信息的快速查询与分析，使管廊规划更具科学性，同时提高设计与管理的工作效率。多规统筹，GIS缓冲区分析和叠合分析，配合因子权重和专家打分机制，使空间耦合，确定合理规划方案[2]。管廊布置方案规划如图3所示。

4 交流腐蚀判定准则

4.1 我国标准交流腐蚀判定准则

国家标准GB/T 21447 规定交流电对高性能防腐层埋地管道的干扰可按15 V 交流开路电压进行判定，在有安全防护措施的情况下，判断标准可适当放宽。

国家标准GB/T 50698 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。管道受交流干扰程度的判断准则见表1。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。

4.2 欧洲标准交流腐蚀判定准则

欧洲标准EN 15280 使用多种指标对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价。

（1）交流电压。根据大量交流腐蚀案例数据，并考虑了不同国家预防控制交流腐蚀的差异性，EN 15280—2013 版修改了判定管道是否存在交流干扰的准则，准则考虑了两种不同的情形：①管道在“低”通电电位（正于-1.2 V，相对饱和硫酸铜电极）时，允许交流电压达到15 V；②管道在“高”通电电位（负于-1.2 V，管道存在杂散电流干扰）时，要求将交流电压降至最低允许水平。

（2）交流电流密度。欧洲标准EN 15280 使用交流电流密度参数评价交流腐蚀的可能性准则：交流电流密度低于30 A/m2时，不会发生交流腐蚀或者发生交流腐蚀的可能性较小；交流电流密度介于30～100 A/m2之间时，发生交流腐蚀的可能性为中等；交流电流密度大于100 A/m2时，发生交流腐蚀的可能性很高。

（3）交流电流密度Iac/直流电流密度Idc比值。欧洲标准EN 15280 提出根据交流电流密度Iac和直流电流密度Idc之比评估管道交流干扰腐蚀风险：Iac/Idc＜5，交流腐蚀可能性低；Iac/Idc＝5～10，存在交流腐蚀的可能性，需要结合极化特性、防腐层缺陷面积、土壤电阻率等阴极保护参数确定；Iac/Idc＞10，交流腐蚀可能性高，需要采取腐蚀减缓措施。

（4）土壤电阻率。欧洲标准EN 15280 规定土壤电阻率与发生交流腐蚀风险的经验关系为：电阻率低于25 Ω·m，极高风险；电阻率介于25～100 Ω·m 之间，高风险；电阻率介于100～300 Ω·m之间，中等风险；电阻率大于300 Ω·m，低风险。EN 15280 还规定了不同土壤电阻率条件下交流干扰电压对管道的影响程度：管道附近局部土壤电阻率大于25 Ω·m时，交流干扰电压不应超过10 V；当局部土壤电阻率小于25 Ω·m时，交流干扰电压不应超过4 V。

4.3 中欧交流腐蚀判定准则差异

欧洲标准EN 15280 认为埋地金属管道的交流干扰源主要是高压交流输电线路和高压交流牵引系统，在低电阻率土壤区域采用单一交流电流密度评估，以及在高电阻率土壤区域采用单一交流干扰电压评估，均存在一定的局限性。因为交流干扰电压与多种参数有关，如输电线路电压等级、输电线路相导体和接地体的配置、输电线路与管道的距离、交流输电线路相导体的电流、管线涂层平均电阻、涂层厚度和土壤电阻率[10]。因此，欧洲标准EN 15280 指出交流腐蚀复杂多变，不应使用单一阈值，应使用多种指标（电压、电流、电流比值和土壤电阻率等）对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价，其相对国内标准更为全面、合理。

5 交流腐蚀减缓效果评估

5.1 我国标准交流腐蚀减缓效果评估准则

国家标准GB/T 50698 规定管道交流腐蚀防护应遵循以下两点：

（1）土壤电阻率不大于25 Ω·m的区域，管道交流干扰电压低于4 V；土壤电阻率大于25 Ω·m 的区域，交流电流密度小于60 A/m2。

（2）管道上的持续干扰电压和瞬间干扰电压应低于阴极保护系统设备和测试桩的抗工频干扰电压和抗电强度指标，并满足安全接触电压的要求。

5.2 欧洲标准交流腐蚀减缓效果评估准则

欧洲标准EN 15280 规定应实施管道交流腐蚀减缓措施，以降低至可接受水平，具体为：

（1）第一步，将管线上的交流电压降至目标值，宜小于等于15 V，该值为在代表性时间期段内（如24 h）测量的均方根平均值。

（2）第二步，按照欧洲标准EN 12954—2001《埋地或水下金属结构的阴极保护——一般原则和在管道中的应用》实施交流腐蚀减缓措施，应符合下列要求：①在代表性时间段内（如24 h），使1 cm2的检查片或探头上的交流电密度均方根平均值小于30 A/m3；②如交流电流密度高于30 A/m3时，在代表性时间段内，使1 cm2的检查片或探头上保持平均阴极电流密度低于1 A/m3；③在代表性时间段内，保持交流电流密度和直流电流密度之比小于5。

此外，欧洲标准EN 15280 指出，电流密度比值在3～5 之间，表明发生交流腐蚀风险较低。为了最大程度降低腐蚀风险，最好保证电流密度比值小于3。测量腐蚀速率也可证明交流腐蚀减缓措施的有效性。

5.3 中欧交流腐蚀减缓效果评估准则差异

我国标准交流腐蚀减缓效果评估中，交流干扰电压和交流电流密度是并列关系，即优先级是相同的，满足其一即可。交流干扰电压可接受水平为不能影响阴极保护系统设备电气安全，以及满足人员安全接触电压。

欧洲标准EN 15280 交流腐蚀减缓效果评估中，交流干扰电压优先级最高，即首先降低交流干扰电压，其次是交流电流密度，这体现了“以人为本”“生命至上”的理念。此外考虑管道交流腐蚀受多种因素影响，分别规定了交流电流密度、阴极保护电流密度和Iac/Idc比值应满足规范的要求。该理念更为合理、全面，避免了使用单一参数评价交流腐蚀减缓效果的局限性，也为制定交流腐蚀减缓措施提供了多种选择，具有灵活性。

6 交流腐蚀测试点选择原则

国家标准GB/T 50698 将交流腐蚀测试分为普查测试和详细测试两种类型，分别规定了普查测试点选定的原则，以及详细测试的时间频率要求。普查测试点应选在与干扰源接近的管段，间隔宜为1 km，宜利用现有测试桩；与高压交流输电线路接近的管段，各点测试时间不短于5 min；与交流电气化铁路接近的管段，测试宜选择在列车运行的高峰时间段上。

欧洲标准EN 15280 规定交流腐蚀测试应结合阴极保护有效性测试，即定期测量测试桩的交流电压。在疑似存在交流腐蚀的区域应进行必要的测试，应选择的测试点包括：①土壤电阻率较低（例如低于25 Ω·m）的区域；②套管填充有较低电阻率物质（如膨润土）的区域；③存在最高交流电干扰水平的区域；④先前发生过交流腐蚀的区域；⑤局部直流极化条件有利于交流腐蚀的区域，如存在直流杂散电流干扰的阴极区，或存在较高阴极保护水平的区域；⑥内检测工具已探测到外部金属损失的区域。

针对交流腐蚀测试点，我国标准为原则性规定，例如接近干扰源，利用现有的测试桩。欧洲标准EN 15280 强调了在交流腐蚀高风险区域进行测试，例如较低土壤电阻率土壤区域；此外还考虑管道运行历史和现状因素，例如已发生交流腐蚀的区域以及内检测确定的腐蚀区域。研究表明，输电线路、铁路交通产生的电流是动态变化的，应用常规的管-地电位梯度法不能检测杂散电流的规律和危害程度[11]。因此欧洲标准EN 15280规定的交流腐蚀测试点选择原则更为全面、合理，具有借鉴意义。

7 交流腐蚀减缓措施

我国管道采用的交流腐蚀减缓措施包括电屏蔽、接地网、管道等电位跨接、分布式阳极、套管、绝缘接头、绝缘短接、接地电池和极化电池等其他措施[12]。在可能受到交流干扰影响的管道裸露部分进行切割、换管或防腐层修复时，应确定管-地交流电压或电流，如超过人员安全接触电压限值应采取防护措施，并在切割点或待拆除管段上做好等电位跨接。

欧洲标准EN 15280 规定根据实际情况和经济条件采取适宜的施工和操作措施，施工措施包括改变垫层材料、安装绝缘接头和输电线路调整优化，操作措施包括接地、阴极保护系统调整、修复涂层缺陷等。

针对交流腐蚀减缓措施，中欧标准基本一致。值得指出的是，我国国家标准、管道标准和电力行业标准均规定了埋地管道与输电线路的安全距离，而新版的欧洲标准EN 15280 删除了埋地管道与输电线路的安全距离的章节，其更倾向于通过增大管道与输电线路之间的距离减缓交流干扰的影响。

8 结论

国家标准GB/T 50698 是基于多年来我国管道交流干扰腐蚀防护工程在设计、施工和维护方面的实践经验基础上制定的，为应对长输管道与输电线路日益严峻的安全问题，GB/T 50698 应充分吸收、借鉴欧洲标准EN 15280 等国外标准的先进经验和新修订信息，提高标准的技术水平。

（1）制定从事管道阴极保护工作特别是管道交流腐蚀干扰工作的人员资质认证标准。

（2）在管道设计阶段通过数学模型和现场测试确定交流腐蚀影响，并作为管道设计、实施减缓措施的依据。

（3）应使用多种指标参数（例如交流电压，电流密度，交、直流电流密度比值和土壤电阻率等），对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价。

（4）交流腐蚀减缓效果评估原则是首先降低交流干扰电压，其次是降低电流密度。

（5）确定交流腐蚀测试点，除了应在交流腐蚀高风险区域，还应考虑管道运行历史、现状和内检测数据等因素。

（6）如条件允许（例如在人口密度较低的地区），在管道设计阶段尽可能增大管道与输电线路之间的距离，以减缓交流干扰的影响。