李明 張力 張冰 安明輝

北京管道北京輸油氣分公司

摘要：陜京三線(xiàn)良西段輸氣管道與多條地鐵交叉或靠近，使管道受到明顯的地鐵動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾；且部分閥室存在土層厚度偏薄及土壤電阻率偏大，腐蝕速率超過(guò)2 mm/a以上的情況。結合外檢測、智能測試樁及腐蝕監測數據，開(kāi)展雜散電流干擾專(zhuān)項測試，并采取直流雜散電流干擾緩解措施，使管道達到有效陰極保護狀態(tài)，減緩腐蝕速率。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；陰極保護；地鐵干擾；腐蝕監測

陜京三線(xiàn)良鄉—西沙屯段（簡(jiǎn)稱(chēng)良西段）主要沿北京市內西六環(huán)鋪設，與燕房線(xiàn)、16號線(xiàn)、S1磁懸浮線(xiàn)、昌平線(xiàn)等多條地鐵交叉使管道受到明顯的地鐵動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾，嚴重影響管道陰極保護有效性及加速管道腐蝕，甚至出現ER腐蝕探頭不到三個(gè)月腐蝕殆盡，腐蝕速率超過(guò)2 mm/a以上情況。

良西段于2014年12月投產(chǎn)，全長(cháng)98.4 km，管徑1016 mm，設計壓力10 MPa，采用L485（X70）鋼。沿線(xiàn)設42#—49#共8座閥室。管道采用外加電流陰極保護和外防腐涂層聯(lián)合方式防腐，設2座陰極保護站，分別位于良鄉站與49#閥室。全線(xiàn)大部采用高溫型三層PE外防腐層，環(huán)氧底層厚度≥120 μm，普通級防腐層總厚度≥3.0 mm；加強級防腐層總厚度≥3.7 mm。結合管道內檢測及腐蝕監測歷史數據，通過(guò)開(kāi)展直流雜散電流干擾專(zhuān)項測試，經(jīng)饋電實(shí)驗，采取治理措施并提出合理化建議。

1  數據分析

圖 1為良西段ER腐蝕探頭監測腐蝕速率與電位正于﹣0.85 VCSE的時(shí)間比例分布，測試時(shí)間為2020年8月至10月。由圖 1可知，45#—46#閥室段管道電位正于﹣0.85 VCSE時(shí)間比例遠高于5%（參考AS 2832.1―2015《金屬的陰極保護》），均在20%以上，最高達95%以上，面臨嚴重的直流干擾風(fēng)險及陰極保護失效隱患。管段兩端原始厚度500 μm的ER腐蝕探頭，在不足3個(gè)月時(shí)間內腐蝕殆盡，基于此計算得知腐蝕速率超過(guò)2 mm/a以上，亟需治理。圖 2為良西段2019年內檢測外部金屬損失深度分布。圖 3為2020年內檢測時(shí)深度大于15%外部金屬損失分布。兩次內檢測發(fā)現的外部金屬損失均主要分布于45#—46#閥室段，為良西段主要腐蝕風(fēng)險段。

圖 1 良西段監測腐蝕速率與正于-0.85 Vcse時(shí)間比例分布

圖 2 良西段內檢測外部金屬損失深度分布

圖 3 良西段內檢測深度大于15%外部金屬損失分布

2  專(zhuān)項測試

2.1  土壤電阻率測試

圖 4為位于良鄉站上游的琉璃河分輸站至西沙屯分輸站土壤電阻率測試結果。各測試樁處測試深度2～3 m，其中44#—47#閥室段測試間隔不低于500 m加密測試，共測試154處土壤電阻率。依據GB/T 21246―2020《埋地鋼制管道陰極保護參數測量方法》，其中115處土壤電阻率大于50 Ω·m，腐蝕評價(jià)為“弱”；38處為20 Ω·m～50 Ω·m，腐蝕評價(jià)為“中”；1處小于20 Ω·m，腐蝕評價(jià)為“強”。44#—47#閥室段管道經(jīng)過(guò)門(mén)頭溝山區，附近土壤電阻率明顯高于其他管段，最高可達500 Ω·m，過(guò)高的土壤電阻率將影響及減小陰極保護電流在管道上的分布。

圖 4 琉璃河—西沙屯段土壤電阻率分布

2.2  與地鐵位置關(guān)系

良西段管道與地鐵燕房線(xiàn)及房山線(xiàn)呈90°交叉，與閻村車(chē)輛段距離在500 m內。45#閥室與S1線(xiàn)垂直接近不交叉，與石廠(chǎng)車(chē)輛段距離6300 m。與16號線(xiàn)呈60°交叉，與北安河車(chē)輛段距離890 m；西沙屯站與昌平線(xiàn)垂直接近不交叉，最近距離2400 m，距離地鐵站3000 m。

2.3  干擾規律與分布

為研究管道直流雜散電流干擾規律與分布，進(jìn)行分段及全線(xiàn)特征點(diǎn)電位同步專(zhuān)項測試，根據同步測試數據確定特征點(diǎn)并進(jìn)行相關(guān)性分析。

地鐵16號線(xiàn)是2677#—2714#測試樁管段的主要干擾源，干擾管段長(cháng)度4.881 km，共有8處測試樁；燕房線(xiàn)、房山線(xiàn)是對2197#—2263#管段影響較大的干擾源，長(cháng)度9.611 km，共有16處測試樁；S1磁懸浮線(xiàn)是2141#—2188#、2268#—2308#、2323#—2651#管段的主要干擾源，管段長(cháng)度合計65.555 km， 共有119處測試樁，全線(xiàn)17處欠保護位置均位于S1線(xiàn)干擾段。

16號線(xiàn)地鐵站鋼軌電位限制器（OVPD）運行，造成2714#—2747#管段（5.8 km）波動(dòng)幅值大幅增大，以距離16號線(xiàn)最近的2727#測試樁增大最明顯，波動(dòng)幅值增大17.37 V； 2714#—2747#管段正于保護準則時(shí)間比例大幅增高，由陰極保護達標狀態(tài)變化為欠保護狀態(tài)。

3  排流緩解措施

3.1  饋電實(shí)驗

斷開(kāi)沿線(xiàn)犧牲陽(yáng)極，選擇45#—46#閥室夜間斷電電位正于﹣0.85 VCSE，干擾處于高水平，且陰極保護電流匱乏位置為饋電實(shí)驗的饋電點(diǎn)。

進(jìn)行饋電，臨時(shí)地床距管道約150 m，恒電位儀外部供電采用220 V居民用電，為尋找管段有效保護的最低電流，逐級饋入電流0.5 A、1.0 A、1.5 A、2.0 A、3.3 A、3.5 A、4.5 A。當饋入4.5 A時(shí)，全線(xiàn)30處超標點(diǎn)與內檢測15%深度以上18處電位超標點(diǎn)達到有效陰極保護。

3.2  新增陰極保護站

根據SY/T 0017―2016《埋地鋼制管道直流排流保護技術(shù)標準》，陰極保護系統選用抗干擾恒電位儀+淺埋陽(yáng)極的方式，經(jīng)現場(chǎng)查勘，結合饋電實(shí)驗結果，綜合考慮經(jīng)濟性和施工可實(shí)施性，選取2531#測試樁處新增陰保站，安裝于管道臨近的擋墻內，陽(yáng)極地床位置距管道約80 m。

陽(yáng)極地床采用多支高硅鑄鐵陽(yáng)極并聯(lián)水平埋設，恒電位儀選型100 V/20A。依據GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規范》附錄A陰極保護給出的公式計算，40支預包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極（Φ273 mm×2000 mm）按照2 m埋深、2 m中心間距的水平敷設方式時(shí)，陽(yáng)極總接地電阻約為4.6 Ω，可以滿(mǎn)足恒電位儀的運行需要。

3.3  陰保治理效果

新增2531#陰保站已施工完成，采用太陽(yáng)能與市電聯(lián)合供電系統。圖 5為該陰保站恒位﹣1200 mVCSE輸出良西段管道陰極保護評價(jià)結果分布，評價(jià)標準按AS 2832.1―2015執行�？梢�(jiàn)，在恒位﹣1200 mVCSE輸出下，該段管道測試樁位置陰極保護均滿(mǎn)足標準要求，達到有效陰極保護狀態(tài)。

圖 5 新增陰保站恒位輸出良西段陰極保護評價(jià)結果

4  結論

陜京三線(xiàn)良西段45#—46#閥室管段因山區土層厚度偏薄及土壤電阻率偏大，造成管道陰極保護電流匱乏，面臨著(zhù)很大的欠保護壓力。通過(guò)饋電實(shí)驗，新增陰保站恒位﹣1200 mVCSE輸出，良西段管道測試樁位置陰極保護均滿(mǎn)足AS 2832.1―2015標準要求，達到有效陰極保護狀態(tài)。

作者簡(jiǎn)介：李明，1983年生，本科，北京輸油氣分公司琉璃河作業(yè)區管道工程師，現從事管道運行維護工作。聯(lián)系方式：18519532118，40024644@qq.com。