王成 吳翔 郭永 劉貴江

西部管道塔里木輸油氣分公司管道科

摘要：庫鄯輸油管道近年來(lái)受外部交流干擾日趨嚴重。為提升管道完整性管理水平，全面評價(jià)管道腐蝕風(fēng)險，對庫鄯管道受電力輸送線(xiàn)路和牽引鐵路交流干擾程度開(kāi)展檢測評價(jià)，對電氣化鐵路引起的沖擊式交流干擾進(jìn)行了研究，提出當前國內外交流干擾評價(jià)標準有關(guān)電氣化鐵路干擾評價(jià)適用性存在問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：輸油管道；交流干擾；電氣化鐵路；評價(jià)準則

近年來(lái)國內多條管道發(fā)生交流干擾造成管道腐蝕情況，交流干擾來(lái)源包括電氣化鐵路、交流輸電線(xiàn)路等[1-3]。在國內外報道的埋地鋼質(zhì)管道交流干擾案例中，交流輸電線(xiàn)路干擾占多數，防腐層性能優(yōu)異的管道受到的干擾更強烈，比如3PE或FBE防腐層管道[4]。塔里木輸油氣分公司庫鄯輸油管道全長(cháng)266 km，管徑610 mm，壁厚7.11 mm～11.1 mm，采用3PE防腐層和外加電流陰極系統保護，全線(xiàn)共設置2座站場(chǎng)和10座閥室，6座陰極保護站。

庫鄯管道沿線(xiàn)與多處交流輸電線(xiàn)路平行或交叉，與交流牽引鐵路長(cháng)距離并行，在以往常規檢測中曾發(fā)現管道交流電壓較高現象。為了準確評估庫鄯管道交流干擾風(fēng)險，開(kāi)展了雜散電流干擾檢測評價(jià)專(zhuān)項工作，本文介紹相關(guān)研究成果，為解決類(lèi)似干擾問(wèn)題提供借鑒。

1  交流干擾評價(jià)準則

本次交流干擾風(fēng)險評價(jià)依據國標GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》和國際標準ISO 18086―2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria》。

GB/T 50698―2011規定，管道交流干擾電壓不高于4 V時(shí)，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時(shí)，應采用交流電流密度進(jìn)行評估；管道受交流干擾程度“強”“中”“弱”判定指標分別為：＞100 A/m2，30 A/m2～100 A/m2，＜30 A/m2；“強”應采取交流干擾防護措施；“中”宜采取交流干擾防護措施；“弱”可不采取交流干擾防護措施。

ISO 18086―2019規定，陰極保護系統的設計、安裝、維護應確保交流電壓水平不會(huì )引起交流腐蝕。因工況多變，不存在單個(gè)通用閾值。通過(guò)降低管道交流電壓和電流密度來(lái)實(shí)現交流腐蝕控制。

第一步，交流電壓應該降到15 V（rms）以下。該電壓數值為某時(shí)間段內測量值的平均值（24 h）；第二步，為了有效控制交流腐蝕，要滿(mǎn)足ISO 15589―1―2015《Petroleum，petrochemical and natural gas industries—Cathodic protection of pipeline systems—Part 1：On-land pipelines》陰極保護電位要求，且在1 cm2試片或探針上測量得到的有代表性時(shí)間段內（24 h）的平均交流電流密度（rms）低于30 A/m2，或如果大于30 A/m2，在1 cm2試片或探針上測量得到的有代表性時(shí)間段內（24 h）的平均直流電流密度低于1 A/m2，或在代表性時(shí)間段內（24 h）交流電流密度（Ja.c.）與直流電流密度（Jd.c.）之比低于5。

2  檢測結果與討論

2.1  陰極保護有效性檢測結果

庫鄯管道共有4套陰極保護系統，分別位于庫爾勒原油站、4#閥室、馬蘭中間站、1#陰極保護站。表 1檢測結果表明，4臺恒電位儀實(shí)際輸出電流、輸出電壓、參比電位與儀表面板顯示基本一致，恒電位儀均正常。

表 1 庫鄯管道陰極保護系統參數

（1）測試樁通電電位普測結果

使用萬(wàn)用表和銅/飽和硫酸銅參比電極，對庫鄯管道1#—65#、89#—158#和168#—250#測試樁管段通電電位進(jìn)行普測，測量5 min時(shí)長(cháng)最大、最小及平均值。結果顯示，管道通電電位在﹣1.506 V～﹣0.950 V之間波動(dòng)，通電電位波動(dòng)范圍2 mV～380 mV，大部分測試樁的通電電位波動(dòng)幅度均小于200 mV。

（2）直流干擾詳測結果

基于普測結果，選取通電電位波動(dòng)大于200 mV和疑似存在直流干擾的位置進(jìn)行直流干擾詳細檢測（管道72小時(shí)通/斷電電位）。①首先將極化試片或測試探頭埋在管道中心線(xiàn)以下，距離管道100 mm～300 mm并澆水，然后將試片與管道用電纜相連充分極化（24 h）；②試片充分極化后，在管道與試片的中間安裝數據記錄儀（圖 1）；③通斷周期選為10 s，斷電1 s；④數據記錄儀采集頻率為1 s采集1個(gè)數據。

圖 1 直流干擾測試接線(xiàn)圖

對35#—249#管段56個(gè)測試樁進(jìn)行了直流雜散電流干擾詳細檢測，其試片斷電電位統計如圖 2所示。圖 3為36#和232#測試樁72小時(shí)通斷電電位圖，36#測試樁管道通電電位出現頻繁的正負向波動(dòng)，斷電電位隨著(zhù)通電電位正負向波動(dòng)。 232#測試樁管道通電電位在﹣1.231 V～﹣0.899 V之間波動(dòng)，斷電電位在﹣1.196 V～﹣0.966 V之間波動(dòng)，管道通電電位整體波動(dòng)較小，斷電電位均負于﹣0.85 V（CSE），直流雜散電流干擾程度較小。

圖 2 庫鄯管道72小時(shí)斷電電位分布圖


圖 3 庫鄯管道36#和231#測試樁72 h通斷電電位圖

結果表明，庫鄯管道通電電位在﹣2.111 V～ ﹣0.193 V之間波動(dòng)，斷電電位皆負于﹣0.85 V。依據國標GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標準》，管道均處于有效保護狀態(tài)。

2.2  交流雜散電流檢測結果

（1）交流干擾源調查結果

經(jīng)現場(chǎng)調查發(fā)現，庫鄯管道與輸電線(xiàn)路交叉26處、并行1處，交叉位置主要分布在測試樁0—136#，與輸電線(xiàn)路并行132 km；與1條電氣化鐵路交叉，交叉位置為63#測試樁，與電氣化鐵路并行70 km。

（2）交流干擾普測結果

對1#—249#管段交流雜散電流干擾普測結果見(jiàn)圖 4，顯示管道交流電壓在0 ～15.5 V之間，其中36#—180#和238#—250#管段交流干擾電壓高于4 V，受干擾時(shí)交流電壓波動(dòng)較大，需要對以上管段及附近有交流干擾源的管道進(jìn)一步進(jìn)行交流干擾專(zhuān)項檢測。

圖 4 庫鄯管道交流電壓普測分布圖

（3）交流干擾詳測結果

根據普測結果，對35#—197#和230#—249#段管道進(jìn)行交流雜散電流干擾專(zhuān)項檢測，內容包括72 h交流干擾電壓和交流電流密度、土壤電阻率等，交流干擾檢測結果見(jiàn)圖 5和圖 6。此段管道交流電壓在0～71.9 V之間， 36處高于15 V，不滿(mǎn)足ISO 18086―2019標準要求。最大交流電流密度達到705.60 A/m2，其中150#和234#測試樁兩處交流電流密度平均值大于100 A/m2，交流干擾程度評價(jià)為“強”，應采取交流干擾防護措施；19處平均值在30 A/m2～100 A/m2之間，交流干擾程度評價(jià)為“中”，宜采取交流干擾防護措施；其余41處平均值小于30 A/m2，交流干擾程度評價(jià)為“弱”。

圖 5 庫鄯管道72 h交流電壓分布圖

圖 6 庫鄯管道72 h交流電流密度分布圖

圖 7為庫鄯管道36#測試樁72 h交流電壓和交流電流密度波動(dòng)圖�？梢钥闯龉艿澜涣麟妷汉徒涣麟娏髅芏炔粩嗖▌�(dòng)，在部分時(shí)間點(diǎn)，交流電壓和交流電流密度明顯上升，然后再下降，判斷為電氣化鐵路造成的干擾。列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)交流電壓和交流電流密度迅速上升，列車(chē)經(jīng)過(guò)后又降到較低水平。

圖 7 庫鄯管道36#測試樁72 h管道交流電壓和交流電流密度波動(dòng)圖

（4）結果分析

本次檢測評價(jià)的庫鄯輸油管道與電氣化鐵路并行管段受到強烈交流干擾�；�于國內外現有交流干擾評價(jià)標準，該管道的交流干擾電壓和交流電流密度都較大，具有較高的交流腐蝕風(fēng)險。目前存在的問(wèn)題是，現有國內外交流干擾評價(jià)標準都是基于較穩定的交流干擾而研究和制訂的，對于交流牽引鐵路造成的沖擊式干擾，標準適用性存在問(wèn)題。這可能是未來(lái)交流干擾和交流腐蝕研究方面的一個(gè)重點(diǎn)方向。

3  結論

（1）庫鄯管道檢測管段的陰極保護處于有效狀態(tài)。管段受電氣化鐵路造成的動(dòng)態(tài)交流雜散電流干擾電壓和交流電流密度均超出標準限值。交流干擾為沖擊式干擾，列車(chē)臨近時(shí)干擾增大，列車(chē)離去后干擾逐步降低。

（2）目前國內外交流干擾評價(jià)標準的評價(jià)指標均建立在穩態(tài)交流干擾基礎上，對于庫鄯管道所受到的電氣化鐵路引起的沖擊式干擾，目前尚無(wú)成熟的評價(jià)方法。建議通過(guò)埋設交流腐蝕試片或對管道外防腐層破損點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗證，核實(shí)管道發(fā)生交流腐蝕的嚴重程度。

參考文獻：

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作者簡(jiǎn)介：王成， 1976年生，1997年畢業(yè)于石河子大學(xué)，本科，工程師，從事埋地管道腐蝕與防護工作。聯(lián)系方式：13899018301，wangcheng06@pipechina.com.cn。