天然氣管道雜散電流干擾監(jiān)測及防護(hù)措施

孫銀娟 成 杰 王 勃 張志浩 西安長慶科技工程有限責(zé)任公司

天然氣管道雜散電流干擾監(jiān)測及防護(hù)措施

孫銀娟 成 杰 王 勃 張志浩 西安長慶科技工程有限責(zé)任公司

通過對某天然氣管道A、B線與鐵路交叉處的24 h直流雜散電流干擾監(jiān)測，以及A、B線距離鐵路最近測試樁1 h內(nèi)的交流雜散電流干擾監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)干擾程度均為弱，管道可不采取直流或交流干擾防護(hù)措施。若其他區(qū)域經(jīng)監(jiān)測需要進(jìn)行干擾防護(hù)時，直流干擾的防護(hù)應(yīng)按照排流保護(hù)為主、綜合治理為輔、共同防護(hù)的原則進(jìn)行。直流干擾的防護(hù)應(yīng)根據(jù)工程實際情況，選取直接排流、嵌位式排流、犧牲陽極排流或固態(tài)耦合器排流等方式。

天然氣管道；雜散電流；直流干擾；監(jiān)測；防護(hù)

直流干擾會引起管道的嚴(yán)重腐蝕，腐蝕的速率可達(dá)到自然腐蝕的幾十甚至幾百倍。直流或交流干擾的存在，對管線的安全運行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。因此，如何有效地進(jìn)行干擾防護(hù)是管線管理的重要工作。2015年1月14日至1月15日期間對某天然氣管道A線和B線進(jìn)行直流雜散電流干擾監(jiān)測。2015年1月17日對這兩條管道離鐵路最近的測試樁進(jìn)行了交流雜散電流干擾監(jiān)測和管道保護(hù)電位監(jiān)測。

1 檢測內(nèi)容及方法

某天然氣管道A線與某鐵路線橋墩I段交叉穿越處進(jìn)行24 h直流雜散電流干擾監(jiān)測；某天然氣管道B線與某鐵路線橋墩II段交叉穿越處進(jìn)行24 h直流雜散電流干擾監(jiān)測；某天然氣管道A線和B線距鐵路最近測試樁進(jìn)行1 h管道保護(hù)電位監(jiān)測和交流雜散電流干擾監(jiān)測。

直流雜散電流干擾監(jiān)測期間，在管道垂直方向和水平方向分別放置2個參比電極，電極間距40 m，采用存儲式雜散電流測試儀（HC-069）每隔1 s監(jiān)測儲存1個數(shù)據(jù)。

管道保護(hù)電位監(jiān)測和交流雜散電流干擾監(jiān)測期間，在靠近鐵路測試樁用存儲式雜散電流測試儀（HC-069）連接參比電極與管道，在高鐵運行高峰進(jìn)行1 h監(jiān)測。

2 檢測結(jié)果及分析

2.1 直流雜散電流干擾

直流雜散電流腐蝕又稱為直流干擾腐蝕，通常是由地中雜散電流以管道為回路引起的腐蝕，或管道處于雜散電流產(chǎn)生的地電位梯度變化劇烈區(qū)域內(nèi)引起的腐蝕。

按照《埋地鋼制管道直流排流保護(hù)技術(shù)（SY/ T 0017—2006）》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)管道任意點上的管地電位較自然電位偏移20 mV或管道附近土壤電位梯度大于0.5 mV/m時，確認(rèn)為直流干擾。借助管地電位梯度數(shù)據(jù)，按表1所列指標(biāo)判定雜散電流強(qiáng)弱程度。

表1 直流雜散電流干擾程度指標(biāo)

當(dāng)管道任意點上管地電位較自然電位正向偏移100 mV或者管道附近土壤電位梯度大于2.5 mV/m時，管道應(yīng)及時采取直流排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。

2.1.1 某天然氣管道A線

開始測試時間為2015年1月14日13：58，結(jié)束測試時間為2015年1月15日13：58，測試時長為24 h，采樣速率為1 s-1。該次監(jiān)測分為平行管道和垂直管道監(jiān)測，計算的土壤電位梯度為平行土壤電位梯度與垂直土壤電位梯度的矢量和。

從監(jiān)測結(jié)果看，白天高鐵運行負(fù)荷大，土壤電位梯度在白天變化幅度大，存在明顯的直流干擾。夜間運行車輛少，從1月14日22：44到1月15日7：59之間共有6趟高鐵通過，在高鐵通過時間段土壤電位梯度曲線都有明顯變化，該時間段內(nèi)其余時間曲線非常平緩且土壤電位梯度值較小，直流干擾與火車通過時間吻合，說明高鐵運行與直流雜散電流干擾有明顯關(guān)聯(lián)。電氣化鐵路對埋地管線影響大小與其饋電方式有關(guān)，該鐵路雖對管線造成直流干擾，但從干擾程度看并不大，平均土壤電位梯度為0.42 mV，直流雜散電流干擾等級為弱等級。管道附近土壤電位梯度低于2.5 mV/m，管道不需要采取直流排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。

2.1.2 某天然氣管道B線

開始測試時間為2015年1月14日14：14，結(jié)束測試時間為2015年1月15日14：14，測試時長為24 h，采樣速率為1 s-1，該次監(jiān)測分為平行管道和垂直管道監(jiān)測，計算的土壤電位梯度為平行土壤電位梯度與垂直土壤電位梯度的矢量和。

從監(jiān)測結(jié)果看，白天高鐵運行負(fù)荷大，土壤電位梯度在白天變化幅度大，存在明顯的直流干擾。夜間運行車輛少，從1月14日22：44到1月15日7：59之間共有6趟高鐵通過，在高鐵通過時間段土壤電位梯度曲線都有明顯變化，該時間段內(nèi)其余時間曲線非常平緩且土壤電位梯度值較小，直流干擾與火車通過時間吻合，說明高鐵運行對直流雜散電流干擾有明顯關(guān)聯(lián)。電氣化鐵路對埋地管線影響大小與其饋電方式有關(guān)，該鐵路雖然對管線造成直流干擾，但從干擾程度看并不大，平均土壤電位梯度為0.15 mV，直流雜散電流干擾等級為弱等級。管道附近土壤電位梯度低于2.5 mV/m，則管道不需要采取直流排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。

2.2 交流雜散電流干擾

按照《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50698—2011）》規(guī)定，當(dāng)管道上的交流干擾電壓不高于4 V時，可不采取交流干擾防護(hù)措施；高于4 V時，應(yīng)采用交流電流密度進(jìn)行評估。管道受交流干擾的程度可按表2的規(guī)定判定。當(dāng)交流干擾程度判定為強(qiáng)時，應(yīng)采取交流干擾防護(hù)措施；判定為中時，宜采取交流干擾防護(hù)措施；判定為弱時，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

表2 交流干擾程度判斷指標(biāo)

2.2.1 某天然氣管道A線

此次測試時間為高鐵運行高峰時間段。開始測試時間為2015年1月17日12：23，結(jié)束測試時間為2015年1月17日13：23，測試時長為1 h，采樣速率為1 s-1。管道保護(hù)電位最小值為-1.66 V，最大值為-0.619 V，平均值為-1.048 V。從管道交流雜散電流干擾監(jiān)測曲線可看出，交流干擾電壓最大值為8.99 V，最小值為0.276 6 V，平均值為0.943 V。

監(jiān)測期間共有10輛高鐵通過，由監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，高鐵通過時，交流干擾電壓并未發(fā)生明顯變化，交流干擾電壓基本在4 V以下。監(jiān)測到的交流干擾電壓最小值為0.276 6 V，最大值為8.99 V，平均值為0.943 V。幾處峰值干擾電壓都為瞬間跳變，且與高鐵通過時間沒有吻合，應(yīng)為高壓輸電線和變電站影響，高鐵對管線沒有超標(biāo)交流干擾影響。管道保護(hù)電位受交流干擾的影響有較大跳動，大部分時間滿足-850 mV保護(hù)準(zhǔn)則要求，管道保護(hù)電位平均值為-1.048 V。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該管道交流干擾電壓不高于4 V，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

2.2.2 某天然氣管道B線

此次測試時間為高鐵運行高峰時間段。開始測試時間為2015年1月17日10：28，結(jié)束測試時間為2015年1月17日11：28，測試時長1 h，采樣速率為1 s-1。管道保護(hù)電位最小值為-1.81 V，最大值為-0.505 V，平均值為-1.094 V。從管道交流雜散電流干擾監(jiān)測曲線可看出，交流干擾電壓最大值為5.66 V，最小值為1.62 V，平均值為2.25 V。

監(jiān)測期間共有11輛高鐵通過，由監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，高鐵通過時，交流干擾電壓并未發(fā)生明顯變化，交流干擾電壓基本在4 V以下，最小值為1.62 V，最大值為5.66 V，平均值為2.25 V。幾處峰值干擾電壓與高鐵通過時間沒有吻合，因此處距變電站較近，應(yīng)為變電站和高壓輸電線影響，高鐵對管線沒有超標(biāo)交流干擾影響。管道保護(hù)電位受交流干擾的影響有較大跳動，大部分時間滿足-850 mV保護(hù)準(zhǔn)則要求，管道保護(hù)電位平均值為-1.094 V。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該管道交流干擾電壓不高于4 V，可不采取交流干擾防護(hù)措施。

3 干擾防護(hù)措施

3.1 直流干擾防護(hù)

直流干擾的防護(hù)應(yīng)按照排流保護(hù)為主、綜合治理為輔，共同防護(hù)的原則進(jìn)行。排流保護(hù)是直流干擾保護(hù)的主要方法，應(yīng)根據(jù)干擾程度、狀態(tài)，干擾源與管道位置關(guān)系，場地環(huán)境等條件，選擇直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流、接地排流等保護(hù)方式。

直流干擾防護(hù)中要考慮以下因素或防護(hù)措施：①干擾源側(cè)應(yīng)采取措施，減少泄漏電流數(shù)量，使其對外部系統(tǒng)的干擾降至最?。虎谠谑芨蓴_的管道系統(tǒng)中，適當(dāng)、合理地裝設(shè)絕緣法蘭，以緩解或解決干擾問題；③電連接（包括串聯(lián)可調(diào)電阻）可以調(diào)整或改變管道內(nèi)干擾電流流向和分布，有助于提高排流效果；④防腐層修理和防腐等級加強(qiáng)，可限制流入或流出管道的干擾電流，緩解干擾和提高排流保護(hù)效果；⑤改變預(yù)定的管道走向或陰極保護(hù)管線陽極地床的位置；⑥調(diào)節(jié)陰極保護(hù)電流的輸出，或采用犧牲陽極保護(hù)代替強(qiáng)制電流陰極保護(hù)；⑦設(shè)置屏蔽柵極或電場屏蔽，有助于改變雜散電流流向和流入被干擾體的數(shù)量；⑧處于同一干擾區(qū)域，但產(chǎn)權(quán)歸屬不同的埋地管道或地下電力、通信等纜線，應(yīng)在互相協(xié)商的基礎(chǔ)上，納人共同的干擾保護(hù)系統(tǒng)，實施共同保護(hù)，避免在獨立進(jìn)行干擾保護(hù)中形成相互間的再生干擾。

采取直流干擾防護(hù)措施后，應(yīng)盡可能使受干擾影響的管道（包括共同防護(hù)的構(gòu)筑物）上任意點的管地電位恢復(fù)到未受干擾前的狀態(tài)或達(dá)到陰極保護(hù)電位標(biāo)準(zhǔn)；盡可能使受干擾影響的管道（包括共同防護(hù)的構(gòu)筑物）的管地電位的負(fù)向偏移不超過所用防腐層的陰極剝離電位；對排流保護(hù)系統(tǒng)以外的埋地管道或地下金屬構(gòu)筑物的干擾盡可能小。實施排流保護(hù)后，如排流效果達(dá)不到上述要求時，可按表3所列指標(biāo)評定。

表3 排流保護(hù)效果評定指標(biāo)

3.2 交流干擾防護(hù)

交流干擾防護(hù)對象通常是管道沿線的高壓輸電線路（110 kV及以上）、高壓鐵塔、變電所、電氣化鐵路等強(qiáng)電線路在埋地管道上所產(chǎn)生的電容耦合、電感耦合、電阻耦合及其產(chǎn)生的交流腐蝕影響。除電容耦合影響外，其余影響均可通過接地或屏蔽保護(hù)解決，這些措施主要是解決管道陰極保護(hù)與接地排流保護(hù)的矛盾。而管道采取相應(yīng)的交流防護(hù)措施后，每處排流點應(yīng)滿足以下防護(hù)準(zhǔn)則：①排流后，管道上的長期交流感應(yīng)電壓≤10 V；②在管道的交流干擾區(qū)段內(nèi)，管道涂層破損點處的交流電流密度≤60 A/m2；③交流高壓線路發(fā)生單相接地故障時，在管道上產(chǎn)生的短期/瞬時干擾電壓≤1 000 V。

根據(jù)已建工程運行經(jīng)驗，目前最常用的方法是排流保護(hù)法，即將管道與一低電阻的人工接地地床用導(dǎo)線連接起來，從而降低干擾電壓。排流系統(tǒng)由地床、排流線和排流節(jié)3部分組成。根據(jù)地床與管道的連接方式可以分為直接排流、嵌位式排流、犧牲陽極排流和固態(tài)耦合器排流4種形式。

防護(hù)方案要根據(jù)工程實際情況確定，結(jié)合以往工程經(jīng)驗及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在防護(hù)方案的設(shè)計中應(yīng)考慮以下因素：①強(qiáng)電線路走廊附近的管道當(dāng)連續(xù)焊接長度超過300 m，且架空未埋地時，應(yīng)采取臨時接地，以消除容性影響，避免管道上焊工或其他施工人員受電擊，臨時接地體的接地電阻≤10 Ω；②管道與強(qiáng)電線路連續(xù)近距離平行段，應(yīng)對被干擾管道在不超過2 km的間隔上設(shè)置排流裝置，并應(yīng)考慮被干擾管道的首、末兩端，接近和遠(yuǎn)離點，最大電壓/電流泄漏點；③管道與強(qiáng)電線路的交叉角度小于55°時，應(yīng)在交叉點的合適位置安裝排流裝置；④在管道與強(qiáng)電線路/通訊鐵塔的基礎(chǔ)、拉線及其接地體的間距不符合規(guī)范要求時，應(yīng)對此點進(jìn)行強(qiáng)電沖擊的屏蔽保護(hù)，且一條屏蔽線應(yīng)至少有兩點通過去耦合裝置與被保護(hù)的管道跨接，并應(yīng)保證屏蔽線與強(qiáng)電接地體的間距≥2 m；⑤在監(jiān)控閥室兩側(cè)管道的合適位置設(shè)置排流裝置；⑥接地電纜/屏蔽線可采用加強(qiáng)型鋅帶或裸銅線，對于僅作為排流性質(zhì)的接地線，其長度應(yīng)根據(jù)排流點的土壤電阻率和管道的接地電阻（一般不超過2 Ω）共同決定，對于作為屏蔽性質(zhì)的鋅帶或裸銅線，應(yīng)根據(jù)接地體與管道的距離、交叉形式、交叉頻率等情況確定鋅帶或裸銅線的安裝數(shù)量和形式；⑦根據(jù)GB/T 50698—2011的規(guī)定，埋地管道與架空送電線路的距離宜符合下列要求：在開闊地區(qū)埋地管道與架空送電線路桿（塔）基腳間控制的最小距離宜為最高桿（塔）高，在路徑受限地區(qū)，埋地管道與交流電力系統(tǒng)的各種接地裝置之間的水平距離一般情況下不宜小于表4的規(guī)定。

表4 埋地管道與交流接地體的最小距離

4 結(jié)語

處于輸電線路、電氣化鐵路及接地體附近的管道應(yīng)加強(qiáng)管理，防止對管道維護(hù)人員的傷害。應(yīng)定期對管線與鐵路交叉點等干擾情況多變區(qū)域進(jìn)行雜散電流干擾監(jiān)測。當(dāng)干擾環(huán)境發(fā)生變化時，應(yīng)進(jìn)行調(diào)查，如發(fā)生雜散電流超標(biāo)的情況應(yīng)及時采取相應(yīng)防護(hù)措施。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.033

孫銀娟：工程師，碩士研究生，2008年畢業(yè)于河南工業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，從事油氣田腐蝕防護(hù)工作。

2015-04-08

（029）86599228、syj02@petrochina.com.cn