王成 吴翔 郭永 刘贵江

西部管道塔里木输油气分公司管道科

 

摘要：库鄯输油管道近年来受外部交流干扰日趋严重。为提升管道完整性管理水平，全面评价管道腐蚀风险，对库鄯管道受电力输送线路和牵引铁路交流干扰程度开展检测评价，对电气化铁路引起的冲击式交流干扰进行了研究，提出当前国内外交流干扰评价标准有关电气化铁路干扰评价适用性存在问题。

关键词：输油管道；交流干扰；电气化铁路；评价准则

 

近年来国内多条管道发生交流干扰造成管道腐蚀情况，交流干扰来源包括电气化铁路、交流输电线路等[1-3]。在国内外报道的埋地钢质管道交流干扰案例中，交流输电线路干扰占多数，防腐层性能优异的管道受到的干扰更强烈，比如3PE或FBE防腐层管道[4]。塔里木输油气分公司库鄯输油管道全长266 km，管径610 mm，壁厚7.11 mm～11.1 mm，采用3PE防腐层和外加电流阴极系统保护，全线共设置2座站场和10座阀室，6座阴极保护站。

库鄯管道沿线与多处交流输电线路平行或交叉，与交流牵引铁路长距离并行，在以往常规检测中曾发现管道交流电压较高现象。为了准确评估库鄯管道交流干扰风险，开展了杂散电流干扰检测评价专项工作，本文介绍相关研究成果，为解决类似干扰问题提供借鉴。

1  交流干扰评价准则

本次交流干扰风险评价依据国标GB/T 50698―2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》和国际标准ISO 18086―2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria》。

GB/T 50698―2011规定，管道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“强”“中”“弱”判定指标分别为：＞100 A/m2，30 A/m2～100 A/m2，＜30 A/m2；“强”应采取交流干扰防护措施；“中”宜采取交流干扰防护措施；“弱”可不采取交流干扰防护措施。

ISO 18086―2019规定，阴极保护系统的设计、安装、维护应确保交流电压水平不会引起交流腐蚀。因工况多变，不存在单个通用阈值。通过降低管道交流电压和电流密度来实现交流腐蚀控制。

第一步，交流电压应该降到15 V（rms）以下。该电压数值为某时间段内测量值的平均值（24 h）；第二步，为了有效控制交流腐蚀，要满足ISO 15589―1―2015《Petroleum，petrochemical and natural gas industries—Cathodic protection of pipeline systems—Part 1：On-land pipelines》阴极保护电位要求，且在1 cm2试片或探针上测量得到的有代表性时间段内（24 h）的平均交流电流密度（rms）低于30 A/m2，或如果大于30 A/m2，在1 cm2试片或探针上测量得到的有代表性时间段内（24 h）的平均直流电流密度低于1 A/m2，或在代表性时间段内（24 h）交流电流密度（Ja.c.）与直流电流密度（Jd.c.）之比低于5。

2  检测结果与讨论

2.1  阴极保护有效性检测结果

库鄯管道共有4套阴极保护系统，分别位于库尔勒原油站、4#阀室、马兰中间站、1#阴极保护站。表 1检测结果表明，4台恒电位仪实际输出电流、输出电压、参比电位与仪表面板显示基本一致，恒电位仪均正常。

表 1 库鄯管道阴极保护系统参数

（1）测试桩通电电位普测结果

使用万用表和铜/饱和硫酸铜参比电极，对库鄯管道1#—65#、89#—158#和168#—250#测试桩管段通电电位进行普测，测量5 min时长最大、最小及平均值。结果显示，管道通电电位在﹣1.506 V～﹣0.950 V之间波动，通电电位波动范围2 mV～380 mV，大部分测试桩的通电电位波动幅度均小于200 mV。

（2）直流干扰详测结果

基于普测结果，选取通电电位波动大于200 mV和疑似存在直流干扰的位置进行直流干扰详细检测（管道72小时通/断电电位）。①首先将极化试片或测试探头埋在管道中心线以下，距离管道100 mm～300 mm并浇水，然后将试片与管道用电缆相连充分极化（24 h）；②试片充分极化后，在管道与试片的中间安装数据记录仪（图 1）；③通断周期选为10 s，断电1 s；④数据记录仪采集频率为1 s采集1个数据。

图 1 直流干扰测试接线图

对35#—249#管段56个测试桩进行了直流杂散电流干扰详细检测，其试片断电电位统计如图 2所示。图 3为36#和232#测试桩72小时通断电电位图，36#测试桩管道通电电位出现频繁的正负向波动，断电电位随着通电电位正负向波动。 232#测试桩管道通电电位在﹣1.231 V～﹣0.899 V之间波动，断电电位在﹣1.196 V～﹣0.966 V之间波动，管道通电电位整体波动较小，断电电位均负于﹣0.85 V（CSE），直流杂散电流干扰程度较小。

图 2 库鄯管道72小时断电电位分布图


图 3 库鄯管道36#和231#测试桩72 h通断电电位图

结果表明，库鄯管道通电电位在﹣2.111 V～ ﹣0.193 V之间波动，断电电位皆负于﹣0.85 V。依据国标GB 50991―2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》，管道均处于有效保护状态。

2.2  交流杂散电流检测结果

（1）交流干扰源调查结果

经现场调查发现，库鄯管道与输电线路交叉26处、并行1处，交叉位置主要分布在测试桩0—136#，与输电线路并行132 km；与1条电气化铁路交叉，交叉位置为63#测试桩，与电气化铁路并行70 km。

（2）交流干扰普测结果

对1#—249#管段交流杂散电流干扰普测结果见图 4，显示管道交流电压在0 ～15.5 V之间，其中36#—180#和238#—250#管段交流干扰电压高于4 V，受干扰时交流电压波动较大，需要对以上管段及附近有交流干扰源的管道进一步进行交流干扰专项检测。

图 4 库鄯管道交流电压普测分布图

（3）交流干扰详测结果

根据普测结果，对35#—197#和230#—249#段管道进行交流杂散电流干扰专项检测，内容包括72 h交流干扰电压和交流电流密度、土壤电阻率等，交流干扰检测结果见图 5和图 6。此段管道交流电压在0～71.9 V之间， 36处高于15 V，不满足ISO 18086―2019标准要求。最大交流电流密度达到705.60 A/m2，其中150#和234#测试桩两处交流电流密度平均值大于100 A/m2，交流干扰程度评价为“强”，应采取交流干扰防护措施；19处平均值在30 A/m2～100 A/m2之间，交流干扰程度评价为“中”，宜采取交流干扰防护措施；其余41处平均值小于30 A/m2，交流干扰程度评价为“弱”。

图 5 库鄯管道72 h交流电压分布图

图 6 库鄯管道72 h交流电流密度分布图

图 7为库鄯管道36#测试桩72 h交流电压和交流电流密度波动图。可以看出管道交流电压和交流电流密度不断波动，在部分时间点，交流电压和交流电流密度明显上升，然后再下降，判断为电气化铁路造成的干扰。列车经过时交流电压和交流电流密度迅速上升，列车经过后又降到较低水平。

图 7 库鄯管道36#测试桩72 h管道交流电压和交流电流密度波动图

（4）结果分析

本次检测评价的库鄯输油管道与电气化铁路并行管段受到强烈交流干扰。基于国内外现有交流干扰评价标准，该管道的交流干扰电压和交流电流密度都较大，具有较高的交流腐蚀风险。目前存在的问题是，现有国内外交流干扰评价标准都是基于较稳定的交流干扰而研究和制订的，对于交流牵引铁路造成的冲击式干扰，标准适用性存在问题。这可能是未来交流干扰和交流腐蚀研究方面的一个重点方向。

3  结论

（1）库鄯管道检测管段的阴极保护处于有效状态。管段受电气化铁路造成的动态交流杂散电流干扰电压和交流电流密度均超出标准限值。交流干扰为冲击式干扰，列车临近时干扰增大，列车离去后干扰逐步降低。

（2）目前国内外交流干扰评价标准的评价指标均建立在稳态交流干扰基础上，对于库鄯管道所受到的电气化铁路引起的冲击式干扰，目前尚无成熟的评价方法。建议通过埋设交流腐蚀试片或对管道外防腐层破损点进行开挖验证，核实管道发生交流腐蚀的严重程度。

 

参考文献：

[1]钟良，董凯，孙伟栋，谭冰.埋地金属油气管道交流杂散电流检测、评价综述[J].全面腐蚀控制，2021，35(06)：4-9+29.

[2]李承媛，陈旭，何川，李鸿瑾，潘鑫.埋地金属管道交流电腐蚀研究进展[J].中国腐蚀与防护学报，2021，41(02)：139-150.

[3]李鑫，陈长风.油气长输埋地管道交流腐蚀研究进展[J].材料保护，2020，53(09)：114-120.

[4]胡士信，路民旭，杜艳霞，窦宏强，张本革，闫明珍，郑安升，廖煜炤.管道交流腐蚀的新观点[J].腐蚀与防护，2010，31(06)：419-424.

作者简介：王成， 1976年生，1997年毕业于石河子大学，本科，工程师，从事埋地管道腐蚀与防护工作。联系方式：13899018301，wangcheng06@pipechina.com.cn。