上海虹橋機(jī)場航油輸送管道受地鐵雜散電流干擾的檢測與防護(hù)

馬曉華

(中國航空油料有限責(zé)任公司 華東分公司，上海 200335)

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上海虹橋機(jī)場航油輸送管道受地鐵雜散電流干擾的檢測與防護(hù)

馬曉華

(中國航空油料有限責(zé)任公司 華東分公司，上海 200335)

虹橋機(jī)場航油管道受地鐵直流雜散電流影響，部分管道陰極保護(hù)電位無法達(dá)到保護(hù)要求，管道存在極高的電化學(xué)腐蝕風(fēng)險。對航油管道的干擾情況進(jìn)行檢測，采取以排流保護(hù)和陰極保護(hù)相結(jié)合的綜合防護(hù)措施。結(jié)果表明:管道保護(hù)電位達(dá)到保護(hù)要求，地鐵對管道造成的雜散電流干擾危害得到有效消除。

地鐵雜散電流;航油管道;干擾檢測;干擾防護(hù)

航油輸送管道(簡稱航油管道)是大中型機(jī)場的生命線，擔(dān)負(fù)著從儲備(中轉(zhuǎn))油庫到機(jī)場油庫遠(yuǎn)距離輸送航空燃料的重要任務(wù)。由于航油管道通常敷設(shè)在地下，與城市軌道交通存在交叉并行等情況不可避免。隨著城市軌道交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，航油管道受地鐵雜散電流干擾的問題日益突出，這不僅嚴(yán)重威脅管道安全運(yùn)行，還會給機(jī)場航班的正常運(yùn)行埋下隱患。本工作以虹橋機(jī)場航油管道為例，探討地鐵雜散電流對航油管道干擾的檢測與防護(hù)措施。

1　虹橋機(jī)場航油管道受擾情況調(diào)查與檢測

1.1管道保護(hù)現(xiàn)狀及受干擾情況

上海虹橋機(jī)場共有2條航油管道，即龍虹2號輸油管道和新建航油管道。管道全長約51 km，管道防腐蝕措施采用外防腐蝕層與陰極保護(hù)聯(lián)合方法，其中龍虹2號輸油管道外防腐蝕層為環(huán)氧煤瀝青加強(qiáng)級，新建航油管道外防腐蝕層為3PE加強(qiáng)級，陰極保護(hù)均采用鎂合金犧牲陽極。

近10 a來，上海軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，虹橋機(jī)場航油管道與多條城市地鐵存在交叉，其中龍虹2號輸油管道分別與地鐵10號線、9號線、12號線及1號線交叉；新建航油管道與地鐵8號線交叉，與磁懸浮軌道存在并行。

管道巡查管理單位在對管道進(jìn)行定期檢測過程中發(fā)現(xiàn)：①部分陰極保護(hù)測試樁通電電位異常波動，存在漂移現(xiàn)象；②部分測試點斷電電位不達(dá)標(biāo)。

1.2管道受干擾情況檢測

1.2.1 通電電位采集

選取離地鐵較近的CS-15、CS-18陰極保護(hù)測試樁，測試此處的通電電位進(jìn)行測試時間為15 min,采集測試采集間距1 s，參比電極為銅/硫酸銅參比電極(CSE),文中電位若無特指，均相對于CSE。測試結(jié)果見圖1。由圖1可見,2處測試點的通電電位均出現(xiàn)嚴(yán)重漂移現(xiàn)象，電位波動頻率高，幅度大(1.0～-2.5 V)，管道疑受到地鐵干擾。

(a)　CS-15測試樁

(b)　CS-18測試樁圖1　CS-15和CS-18測試樁測得的通電電位Fig. 1　On-potentials in CS-15 (a) and CS-18 (b) test points

圖2為CS-18處測試樁連續(xù)24 h的通電電位。由圖2可見，通電電位最大值為1.0 V，最小值為-2.0 V，而在24∶00-5∶00時間段內(nèi)比較平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在-1.0～-1.2 V。這一時間段與地鐵停運(yùn)時間基本吻合，進(jìn)一步證明了管道電位的波動是由地鐵雜散電流干擾引起的。

圖2　CS-18測試樁處連續(xù)24 h的通電電位Fig. 2　24 hours uninterrupted on-potentials of CS-18 test point

1.2.2 斷電電位測試

由于該管道采用犧牲陽極保護(hù)(陽極無法斷開)，且受到雜散電流干擾，管道斷電電位采用試片斷電法進(jìn)行測試[1]。在測試點處埋設(shè)一個與管道材質(zhì)相同的裸試片用來模擬管道防腐蝕層破損點，參比電極靠近試片安裝，試片與管道用導(dǎo)線連接。測量時，只需斷開試片與管道的連接導(dǎo)線，就可以測得試片(代表管道)的斷電電位。

依據(jù)GB/T 21448-2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中的陰極保護(hù)準(zhǔn)則，管道陰極保護(hù)電位(即斷電電位)應(yīng)為-850 mV(CSE)或更負(fù)。

由圖3可見，在18個測試點中，有12處測試點的斷電電位的最大值在保護(hù)范圍值之外(負(fù)于-850 mV)，管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，為避免發(fā)生腐蝕，應(yīng)及時采取干擾防護(hù)措施。

圖3　全線測試樁的斷電電位Fig. 3　Off-potentials of all test points before improvement

2　地鐵干擾成因及危害

上海地鐵采用直流1 500 V供電系統(tǒng)，正極接架空接觸線，鋼軌作為負(fù)回流，電流從直流變電所正極流出，經(jīng)架空接觸線、列車、鋼軌，最后流回變電所負(fù)極，形成完整回路(見圖4)。一部分電流會從鋼軌泄漏至大地，形成雜散電流，流入地下管道，雜散電流流入管道的部分為陰極，發(fā)生陰極反應(yīng)，管道得到保護(hù)；雜散電流流出管道的部位為陽極，產(chǎn)生氧化反應(yīng)，管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕[2]。

圖4　地鐵雜散電流干擾示意圖Fig. 4　Schematic diagram of subway stray current interference

與金屬的自然腐蝕相比，地鐵雜散電流造成的電化學(xué)腐蝕危害具有以下特點：腐蝕激烈；腐蝕集中于局部位置；有防腐蝕層時，多集中于防腐蝕層的缺陷部位，易在短時間內(nèi)發(fā)生點狀坑蝕，造成泄漏事故；陰極保護(hù)失效。根據(jù)法拉第電解定律，金屬在電解質(zhì)溶液中自發(fā)地進(jìn)行電化學(xué)腐蝕的腐蝕量與流過金屬的電流量成正比，因此，若有1 A直流電從金屬流到電解質(zhì)溶液中，1 a后，將會導(dǎo)致9.08 kg鐵被腐蝕溶解，所以，如果用作地鐵系統(tǒng)牽引動力的電流是3 000 A，其中5%的電流變成了雜散電流，雜散電流對地下金屬構(gòu)筑物帶來的潛在危害是相當(dāng)嚴(yán)重的[3]。

3　防護(hù)措施及效果

3.1防護(hù)措施

常用的防護(hù)措施有排流保護(hù)、陰極保護(hù)、防腐蝕層修復(fù)、絕緣隔離和屏蔽等。根據(jù)實際干擾情況，往往會采取一種或多種防護(hù)措施。

根據(jù)虹橋機(jī)場航航油管道的受干擾情況，本工作擬采用以排流保護(hù)為主結(jié)合陰極保護(hù)的綜合防護(hù)措施。

常用的排流保護(hù)方式可分為接地排流、直接排流、極性排流以及強(qiáng)制排流等，每種方式的原理及適用情況見表1。

表1　幾種常用的排流保護(hù)方式Tab. 1　Common discharge protection methods

參照表1，鑒于本工作中管道陽極區(qū)不穩(wěn)定，可采用極性排流方式，即在管道和干擾源負(fù)回歸網(wǎng)絡(luò)或排流接地體間串入單向?qū)ǖ呐帕髌鳎捎诘罔F系統(tǒng)的負(fù)回歸網(wǎng)絡(luò)是地鐵的走行軌，需將電流排放回軌道上，但需地鐵方極大支持，故實際操作難度較大。

最終采用排流器+排流接地體地床的極性排流形式，排流器一端與管道相連，另一端與排流地床相連，使干擾電流通過排流地床排出。由于犧牲陽極的開路電位較負(fù)，故利用犧牲陽極材料作為排流接地體，以提高排流系統(tǒng)的驅(qū)動電壓，有利于增大排流電流，從而提高排流效果。排流點的選取綜合考慮管道與地鐵的相對位置，實測干擾情況、排流陽極體地床的土壤電阻率以及所在場所的征占地及是否便于管理，排流點優(yōu)先設(shè)置在管道與地鐵交叉處、近距離伴行處、實測干擾嚴(yán)重處，本案例共設(shè)置排流點18處。

針對管道電位出現(xiàn)正移的情況，管線增加外加電流強(qiáng)排陰保站，通過外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)使管道電位盡可能負(fù)移，消除電位正移的危害。通過饋電試驗?zāi)M后，在管道靠近機(jī)場末端設(shè)置一處外加電流強(qiáng)排陰保站，恒電位儀30A/50V，陽極地床采用深井陽極地床，輔助陽極采用預(yù)包裝MMO陽極。

由于管道采用了犧牲陽極的陰極保護(hù)方式，陽極與管道連接處既可能是雜散電流流出點也可能是流入點，因此需盡可能將原有埋設(shè)的陽極找出，通過在陽極和管道之間接入直流單向?qū)ㄅ帕髌?，使陽極連接處成為單純雜散電流流出點。

3.2防護(hù)效果

按照規(guī)范要求,對于干擾防護(hù)系統(tǒng)中的管道，斷電電位(管地電位)應(yīng)達(dá)到陰極保護(hù)電位且最大負(fù)值不宜超過管道所允許的最大保護(hù)電位(-0.85～-1.2 V)。

由圖5和圖6可見,改造后通電電位波動區(qū)間明顯收窄集中，正電位基本消除。

由圖7可見，全線測試點斷電電位最大值、最小值均在-0.85～-1.2 V范圍內(nèi)，符合陰極保護(hù)保護(hù)準(zhǔn)則，管道得到有效保護(hù)，可消除地鐵雜散電流干擾對管道的危害。

4　結(jié)論

虹橋機(jī)場航油管道與上海地鐵系統(tǒng)存在交叉伴行，地鐵直流供電系統(tǒng)對航油管道造成了嚴(yán)重的直流雜散電流干擾，管道通電電位波動劇烈幅度大，部分管道陰極保護(hù)斷電電位達(dá)不到保護(hù)要求，管道存在極高的電化學(xué)腐蝕風(fēng)險。對被干擾的管道采取以排流保護(hù)為主，陰極保護(hù)為輔的綜合防護(hù)措施后，管道管地電位達(dá)到規(guī)范保護(hù)要求，地鐵對管道的雜散電流干擾危害得到有效消除。

圖5　CS-18號測點防護(hù)改造后的通電電位Fig. 5　On-potentials (24 h) of CS-18 test point after improvement

(a)　CS-18測試樁 (b)　CS-08測試樁

(c)　CS-14測試樁 (d)　CS-16測試樁圖6　部分測點防護(hù)改造前后通電電位Fig. 6　On-potentials (15 min) of part test points before and after improvement

圖7　改造后全線測點斷電電位測試圖Fig. 7　Off-potential test of all test points after improvement

消除地鐵對管道干擾危害最為有效的辦法是從源頭抓起，即作為干擾源的地鐵方需采取積極有效的措施。一是地鐵方在工程設(shè)計時就需采取有效措施,盡量減少雜散電流的泄漏；二是地鐵方在工程建設(shè)中應(yīng)著重加強(qiáng)鐵軌絕緣施工監(jiān)管，在運(yùn)行過程中加強(qiáng)鐵軌軌地電位、軌道絕緣情況、接地裝置、

變電站接地極等的檢測與管理[2-3]；三是當(dāng)?shù)罔F雜散電流已對管道造成干擾時，地鐵方需積極配合被干擾方采取防護(hù)措施。

隨著城市規(guī)模的發(fā)展擴(kuò)大，城市地下管網(wǎng)及軌道交通的體量都會進(jìn)一步增長，由此帶來的地鐵對埋地管道的雜散電流干擾問題也會日益突出，嚴(yán)重威脅到管道的安全運(yùn)行，而這一問題要得到根本解決，還需要地鐵方及管道方合作協(xié)調(diào)共同解決。

[1]楊義軍，李文玉，王芷芳,等． 極化探頭在埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)的應(yīng)用[J]． 煤氣與熱力，2010，30(4)：24-27.

[2]林江，唐華，于海學(xué),等． 地鐵迷流腐蝕及其防護(hù)技術(shù)[J]． 建筑材料學(xué)報，2002，5(1)：72-76.

[3]顏達(dá)峰，劉乃勇，袁鵬斌，等． 地鐵維修基地雜散電流對埋地鋼質(zhì)制管道的腐蝕及防護(hù)措施[J]． 腐蝕與防護(hù)，2013，34(8)：739-742.

Interference Detection and Protection of Subway Stray Current Interference on Shanghai HongQiao Aeri-oil Pipeline

MA Xiao-hua

(China National Aviation Fuel Corporation Limited Liability Company in East China, Shanghai 200335, China)

Due to the serious DC stray current interference caused by subway, part of pipeline in HongQiao airport aeri-oil pipeline couldn′t meet the protection requirements, high risk of electrochemical corrosion existed. The interference on the pipeline was tested, and the combination of discharge protection and cathodic protection was taken. The results showed that the cathodic protection potential of the pipeline could meet the protection requirement, and the hazard of subway stray current interference on pipeline was effectively eliminated.

subway stray current; aerioil pipeline; interference detection; interference protection

10.11973/fsyfh-201605003

2015-06-16

馬曉華(1968-)，工程師，碩士，從事民用航空燃料設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)營及安全管理工作,13916991799,maxh@cnaf.com

TG174.41

A

1005-748X(2016)05-0364-04