某输油管道杂散电流干扰检测及排流防护相关研究

代爱印 潘省江 汪运宏 闫 然 孙 贺 於 涛

（1.中国化学工程第十三建设有限公司，河北 沧州 061000；2.内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014017；3.青岛融合桥头堡开发有限公司，山东 青岛 266041；4.青岛昆泉建设工程有限公司，山东 青岛 266041；5.青岛海诚油气技术有限公司，山东 青岛 266041）

0 引言

近些年随着城市发展的需求，越来越多的地铁线路在新建并开通运行。目前地铁运行主要采用直流牵引的方式，在地铁运行过程中，牵引变电所整流机组正极将电流输送至接触网，列车从接触网获取电流，电流通过钢轨流回至牵引变电所负极。当钢轨与隧道结构或钢轨与大地之间过渡电阻值较低时，部分钢轨回流电流从钢轨泄漏至外部，流入排流网或者扩散至大地，形成杂散电流[1]。某城市地铁8号线地铁回流系统处于地下，位于混凝土隧道结构中，杂散电流的泄漏如图1所示。

图1 地铁牵引系统杂散电流泄漏示意图

当钢轨附近敷设有埋地金属管道或其他金属构筑物时，由于埋地金属管道本身防腐层的缺陷性，导致埋地金属管道无法对大地完全绝缘，部分管道防腐层缺陷点位成为土壤中杂散电流窜入的低电阻通道。杂散电流由管道防腐层某一缺陷处流入，且流入端形成阴极区得到保护；再在变电所附近的管道防腐层缺陷点的低电阻处流出进入大地，返回变电所负极，管道中杂散电流的流出端形成阳极区并加速腐蚀，管道杂散电流干扰腐蚀如图2所示。地铁在启动、运行、制动等状态下，负荷电流都在变化，管道在受到复杂的杂散电流干扰时管道电位出现频率高、幅度大的波动，影响管道阴极保护系统的正常运行。

图2 管道杂散电流干扰腐蚀示意图

某输油管道始建于2019年，长度约50km，管道外防腐层采用3PE结构，全线管道采用外加电流阴极保护系统。地铁8号线投入运行前，管道外加阴极保护系统运行正常，电位稳定；地铁8号线投入运行后，输油管道线路测试的阴极保护电位出现异常波动，并且频率高、幅度大，导致管道断电电位正向偏移，部分时段处于欠保护状态。为确保输油管道在阴极保护状态下安全运营，对管道采取排流防护措施前、后的杂散电流干扰程度进行监测对比分析，确保管道在受到杂散电流干扰后达到阴极保护状态。

1 管道电位检测准备

1.1 管道电位测试分析

输油管道受到外界的杂散电流干扰，管道电位呈现频繁的波动漂移状态。为评估地铁8号线运行对输油管道的干扰程度，需要对距离地铁线路较近的管道位置采集电位数据，判定管道受杂散电流干扰的程度。

1.2 测试仪器

本次输油管道杂散电流干扰检测用到的主要测试仪器（如表1所示）。

表1 杂散电流干扰检测的主要仪器

2 管道杂散电流干扰及排流防护系统测试

2.1 排流防护前管道电位监测

依据前期管道阴极保护电位普查结果发现靠近地铁的测试桩5#、6#、21#、45#点处管道电位漂移范围较大。检测前，管道已经充分极化，管道断电电位监测采用数据记录仪UDL2和便携式极化探头进行监测[2]，极化探头试片埋设在管道上方土壤里（冻土层以下）并浇水浸湿，试片通过线缆与管道电缆连通，确保极化探头试片极化完成后进行24h连续监测采集管道断电电位，测试结果详如表2所示。

表2 管道直流干扰电位数据

依据管道杂散电流干扰防护标准[1]及动态杂散电流干扰防护效果评定[4]，表2测试结果表明，测试桩5#、6#、21#、45#处管道电位干扰程度达到“强”，且管道断电电位正向偏移，出现部分时段管道处于欠保护状态，无法满足动态杂散电流干扰防护效果的评定。

2.2 管道排流防护措施

为确保管道全时段处于阴极保护状态下安全运行，依据管道杂散电流干扰防护标准[1]，需要对干扰严重的测试桩5#、6#、21#、45#处管道位置增加排流防护设施。依据设计文件，对以上4处干扰严重的管道位置采用极性排流器+锌带阳极地床的组合排流措施。地床结构为浅埋锌带阳极地床，地床沿管道平行敷设，长度为150m，与管道间距为1m。排流地床的连接电缆通过极性排流器与管道相连，以起到抑制或消除杂散电流干扰的作用，排流器安装在排流测试箱中。管道排流防护系统安装如图3所示。

图3 管道排流防护系统安装示意图

2.3 排流防护后管道电位监测

测试桩5#、6#、21#、45#处管道排流防护系统安装完成且投入正常运行后，按照防护前管道断电电位监测的方法对防护后的管道电位进行监测。通过极性排流器+锌带阳极地床的组合排流作用，管道杂散电流干扰得到有效的消除和抑制，管道断电电位波动范围明显减小，且向负向偏移。5#、6#、21#、45#测试桩管道电位监测分布曲线如图4、图5、图6、图7所示。

图4 测试桩5#管道电位监测变化趋势分布图

图5 测试桩6#管道电位监测变化趋势分布图

图6 测试桩21#管道电位监测变化趋势分布图

图7 测试桩45#管道电位监测变化趋势分布图

管道测试桩5#、6#、21#、45#位置安装排流防护设施后，管道电位24h持续监测采集的数据分析结果记录（如表3所示）。

表3 防护后管道电位监测数据分析记录

由表3及5#、6#、21#、45#测试桩管道电位监测变化趋势分布图分析可知：

（1）管道采取排流防护措施后4处测试点直流干扰程度减小为“中”；

（2）5号桩正于保护准则（-850mv）的电位数据比例为2.9%，正于保护准则（-800mV）的电位数据比例为0.2%，均在保护准则（5%、2%）以内；

（3）6号桩正于保护准则（-850mV）的电位数据比例为2.4%，正于保护准则（-800mV）的电位数据比例为0.6%，正于保护准则（-750mV）的电位数据比例为0.08%，均在保护准则（5%、2%、1%）以内；

（4）21号桩正于保护准则（-850mV）的电位数据比例为2.3%，均在保护准则（5%）以内；

（5）45号桩正于保护准则（-850mV）的电位数据比例为3.5%，正于保护准则（-800mV）的电位数据比例为1.1%，正于保护准则（-750mV）的电位数据比例为0.2%，均在保护准则（5%、2%、1%）以内。

2.4 问题与分析

输油管道受到来自地铁的杂散电流干扰[1]，通过对临近地铁的管道测试点5#、6#、21#、45#测试桩监测管道电位，管道电位波动明显，且频率高幅度大。输油管道受到来自地铁为主要杂散电流干扰源的严重干扰，输油管道测试电位漂移大，管道断电电位出现正向偏移，部分时段处于欠保护状态，不能满足动态杂散电流干扰防护效果评定[4]，导致管道阴极保护系统[3]不能正常工作。

来自地铁的直流干扰腐蚀主要发生于输油管道的一些局部位置，一般集中表现在防腐层的缺陷部位，外界的杂散电流流入被干扰的管道后，从管道其他防腐层缺陷处流出，杂散电流在管道的流出点形成阳极区会加速管道的腐蚀，造成管道壁厚减薄，最后因无法承受压力而爆裂穿孔泄漏。为确保受杂散电流干扰的输油管道在阴极保护状态下安全运行，需要对干扰段管道采取排流防护措施。

对干扰段管道采取排流防护措施后，监测管道电位并与防护前进行对比分析，发现管道杂散电流干扰得到有效的消除和抑制。监测数据分析表明管道电位波动范围缩小，干扰程度由“强”减为“中”，管道断电电位负向偏移，满足动态杂散电流干扰防护效果的评定[4]，管道处于阴极保护状态下运行。

3 结语

输油管道受到来自地铁运行的杂散电流干扰，且干扰程度较为严重，尤其是管道与地铁线路交叉及平行的临近段管道，干扰后输油管道断电电位产生正向偏移，会出现处于欠保护状态。

针对受到地铁干扰的输油管道采取极性排流器+锌带阳极地床的组合排流系统，管道杂散电流干扰得到有效的消除和抑制，管道断电电位波动范围明显减小，且向负向偏移，满足动态杂散电流干扰防护效果的评定，输油管道全时段处于阴极保护状态下运行。