燃气管道的杂散电流腐蚀防护监测与预警研究

杜霖 高铭 孙宝镇

摘要：埋地钢质管道面临严峻的杂散电流腐蚀是常见的典型的电解腐蚀，危害极大。例如地铁采用750V或1500V高压直流供电，泄漏的电流是直流杂散电流，对地下钢构物而言，这种电流在流入的地方不腐蚀，而在流出的地方会产生剧烈的电化学腐蚀，即杂散电流腐蚀，经计算1A电流一年时间即可腐蚀9kg钢铁。而且随着城市地铁的快速发展和地下管道的“老龄化”，使得杂散电流腐蚀的风险大大增加了。

关键词：燃气管道;杂散电流;腐蚀防护;监测

引言

环境问题已成为一个国家和全球问题。天然气作为清洁能源，已成为工业和生活的主要能源，也是人们生产和生活的催化剂。因此，管道安全尤为重要。但是城市地铁产生的泄漏电流给城市燃气管道带来了巨大的挑战尽管在人行横道和地铁床之间采取了隔离措施，但在地铁运营期间，由于湿度和污染、地面隔离恶化或事先保护措施效率低下等环境因素，一些泄漏电流扩散到了地面.

1项目研究的主要内容

1.1测量传感器

测量传感器包括偏振探头、参考电极、采样电阻等偏振探头由试验和寿命较长的铜/硫酸铜基准电极（CSE）组成，安装在管侧，铺设深度低于管中线，主要用于监测通道和断电电平。试验用电线连接管道，管道提供的电流由试验极化。测试探针可以监测管道的通电等级、断电等级和交流电干扰电压。由于管道不易断开牺牲阳极的连接，因此试验件与试验件之间的导线在测量过程中使用试验件测量，通过试验件与管道之间的快速导线断开，将测量道上的下行降到最低，从而使由于试验与管道连接，两者的极化程度基本相同，因此试验探针中的试验断电等级可能与管道断电等级相似。根据GB/T21246埋地钢管阴极保护参数的测量方法，试验探头适用于泄漏电流干扰或不能立即切断保护电流的管道，并且测试探针用于测量放置管线的电气切断程度，测试探针不仅能有效地消除IR下降，测量埋管断电的电气水平，还能在一定程度上消除输出直流干扰对结果的影响关于试验探针中试样尺寸的选择，可参考埋钢控制试样应用技术规范SY/T0029，其中规定试验探针中试样的外露面积应根据土壤腐蚀性和沉降时间确定，并且因此，由于3PE管道的防腐层具有较高的强度和较少的泄漏点，因此最好采用下限;对于裸露和腐蚀层较低的管线，选择试验零件的时间上限。使用更大的药片必须提前验证。

1.2智能数据收集

由于要监测的输气线靠近地铁线，并受到泄漏电流的严重干扰，需要在更换线的起点建立管道电气位置监测点，在监测点试验台上安装智能数据采集器（每个采集器一个偏振探头和一个长期硫酸铜基准电极），实时监测管道阴极保护状态和漏电电流的实际影响。智能数据采集由电气位置测量模块、通信模块、无线模块、电池模块、定位模块等组成。它连接到测试探针并安装在测试支架上。其主要功能是对通信电源位置进行监控和存储，并通过通信模块将数据发送到服务器。电气位置测量模块主要包括断路器和伏特计，可控制试验零件与管道之间的通信中断，然后用伏特计测量试验零件的阴极保护参数和漏电干扰参数;通信模块，通过GPRS/4G系统（部分使用NB-10T和北斗3技术）向服务器传输监测数据，检测管道泄漏电流的危害;无线模块旨在确保通信信号的正常传输;电池模块为整个远程传输终端供电，定位模块能够准确响应.

2防腐方面

2.1外加电流阴极保护技术的应用

所谓阴极电流保护技术实际上是一种保护技术，它利用高压直流电源和其他辅助阳极电源控制地面上额外电流的总流动，主要目的是防止地面环境中额外电流的存在此保护技术有助于防止结构金属表面没有阳极或阳极，并可通过导电支架快速将阳极电流传递到由阳极保护的结构金属表面。在准备利用技术设施保护气体排放管路和气体排放管路的接地时，必须在所用碳酸盐阳极周围填土填土一层碳酸盐阳极，以便在地下形成阳极的地下床大量石墨填充材料的选择将对石墨阳极的正常寿命产生直接和严重的影响，因此通常需要尽可能多地选择惰性材料，如石墨颗粒和金属冶金中的焦炭，以有效降低接地率.

2.2设计方面

（1）关于防腐层的等级，大部分旧燃气管道均用延时带防腐层进行了试验，带防腐层便于长时间使用，去除鼓包，造成防腐层的破裂点。泄漏电流腐蚀集中在當地，经常发生在防腐层的缺陷部位，导致管井腐蚀，并可能在短时间内造成管道穿孔和泄漏事故。具体而言，长距离埋有防腐层的金属管道具有大量分散电流，集中在管道内部，当泄漏电流脱离防腐层缺陷时，就会发生严重的局部腐蚀。（2）牺牲阳极排列较多。管道施工开始时，管道保存的主要影响因素是管道的自然腐蚀，其中大部分是原电池类型，驱动电位差只有几百毫米，腐蚀电流只有几十毫米。由于低为了保证阳极寿命的牺牲，在设计初期有更多的牺牲阳极布局，通常随着时间的推移采用，牺牲阳极的一部分已经用尽，这将产生防腐层的断点，为地铁色散电流提供良好的输入输出通道（3）设计中缺乏必要的监测机制。由于地铁泄漏电流具有广泛的影响和强的随机性，因此需要更多的测试桩和监测点进行监测。但是，最初设计时没有考虑到这些因素，因此没有足够的检测设备来有效监测漏电对管道的影响。（4）管道与地铁设施之间的安全距离不符合GB50028城市燃气设计标准的要求。由于城市地铁建设的区域规模，不可避免地与地铁设施平行，无法再满足最初设想的安全距离。

2.3缓蚀剂防护技术的应用

缓蚀剂金属防护剂该技术的广泛应用在具有腐蚀性的环境中，也就是通过应用金属缓蚀剂技术阻止或大大减缓其对金属腐蚀的反应速度。而由于使用空气缓蚀剂涂层防护处理技术可以防止大量燃气进入管道内壁受到空气腐蚀，具有防护收效快、投资少和使用方便的三大特点，所以目前已经得到了广泛的工业应用。从工作原理上来讲，就是通过利用管道缓蚀剂金属分子上的各个极性基本能团的电荷吸附相互作用将这些缓蚀剂分子吸附在整个管道金属表面，从而可以改变管道金属表面的极性电荷运动状态，继而可以使金属腐蚀化学反应的活化能力也得到大大增加。同时，缓蚀剂管道中的非稳定极性金属基团也因为能够在两个金属表面之间形成一层极性保护膜，从而有效阻止金属电荷或极性物质的快速转移，所以它们能够有效减少比管道小的抗腐蚀剂的速度。而金属缓蚀剂的化学吸附静电作用又可以分成是一种物理上的吸附静电作用和化学静电吸附两种作用，分别认为是由两个电荷反应产生的化学静电作用吸引力和金属分子与其他金属的两个配拉电力键反应产生的静电作用。

结束语

目前，针对地铁等城市轨交系统产生的杂散电流对燃气管网的腐蚀问题，结合杂散电流及燃气管网阴极保护系统相关参数测试结果，以及创新设计了基于无线网络的数据采集转换器及智慧化上位管理服务系统，研究并设计实现了对地铁杂散电流的监测及针对性监测、防护及预警。城市埋地钢制燃气管网的地铁杂散电流腐蚀防护与预警系统项目研究成果具备良好的推广前景，随着国内建设轨道交通体系的城市越来越多、越来越复杂，该项防护预警技术愈发值得广泛应用，尤其在安全领域值得众多燃气企业采纳该种防护，从而可在轨道交通运行区域加强燃气管网的管控，延长钢制埋地燃气管道的寿命，减少事故的发生，为智慧燃气系统增添更加可靠的支撑。

参考文献

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