苏南成品油管道交流杂散电流干扰检测及防护措施

陈亮

（中国石化销售有限公司华东分公司，上海201100）

国民经济的快速发展和城市化进程的不断推进，极大地促进了石油、电力以及交通运输业的发展［1］。由于地理位置的限制，相关部门在油气管道与电力线路和电气化铁路的设计和建设过程中都会采取路径“择优原则”，这就使得油气管道不可避免要与高压输电线路或电气化铁路在“公共走廊”中小间距、长距离的并行或交叉［2］；同时随着防腐蚀涂层的发展，PE／3PE等高绝缘性能涂层的应用越来越多，使得埋地管道面临的交流干扰问题日益突出，严重威胁着管道及其相关设备的安全（绝缘法兰、阴极保护设备等）以及工作人员的人身安全。此外，最令人担忧的是，交流杂散电流干扰还会造成管道的腐蚀穿孔（即交流腐蚀），从而引起能源浪费、环境污染以及火灾、爆炸等事故，因此埋地管道的交流干扰问题日益受到人们的关注。

本工作对苏南成品油管道存在交流杂散电流干扰的管段进行了全面检测，掌握了苏南成品油管道的交流杂散电流干扰的程度和来源，同时根据管道的交流干扰程度和现场模拟试验，提出了苏南成品油管道交流干扰的防护措施。

苏南成品油管道工程（江南部分）在用主管线366km（见图1），全线共有输油工艺站场6座。管道的规格为：管径φ406.4mm；壁厚7.1mm、7.9mm、8.7mm三种规格；管道材质L415；管道直埋段采用加强级熔结环氧粉末防腐蚀层，穿越段采用3PE防腐蚀层。

图1 苏南成品油管道走向示意图Fig.1 Alignment graphics of Sunan refined oil pipelines

1 交流杂散电流干扰标准

最新标准GB／T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》规定［3］，当管道上的交流干扰电压不高于4V时，可不采取交流干扰防护措施；高于4V时，应采用交流电流密度进行评估，交流电流密度可按下式计算：

式中：JAC为评估的交流电流密度，A／m2；V为交流干扰电压有效值的平均值，V；ρ为土壤电阻率，Ω·m，ρ值应取交流干扰电压测试时，测试点处与管道埋深相同的土壤电阻率实测值；d为破损点直径，m，d值按发生交流腐蚀最严重考虑，取0.011 3m。

管道受交流干扰的程度可按表1交流干扰程度的判断指标来判定。

表1 交流干扰程度的判断指标Tab.1 Analyzing index of AC interference degree

当交流干扰程度判定为“强”时，应采取交流干扰防护措施；判定为“中”时，宜采取交流干扰防护措施；判定为“弱”时，可不采取交流干扰防护措施。

2 交流杂散电流干扰检测结果

本次对全线82处测试桩进行了交流杂散电流干扰测试，其中14处干扰较小的位置进行了1h的监测，对干扰较严重的68处进行了24h交流电压的监测，数据采集间隔为1s。测试结果显示，杂散电流干扰的管段可以分为5个管段，分别为：镇江六里村段、镇江基冯路段、镇江338省道段、常州338省道段和江阴段。

2.1 镇江六里村段

对此段管道21个测试桩进行了测试，有20处管道的交流电压最大值高于4V，1处管道交流电压最大值接近4V，其中有11处管道的交流电压最大值超过安全电压15V，所有检测位置的平均交流电压均小于4V，管道的平均交流电流密度均小于30A／m2，交流干扰程度判定为“弱”，测试结果见图2。此段管道的24h交流干扰电压的监测表明，管道白天时间段的交流电压波动较大，呈现不规则的脉冲式波动，最高交流电压能波动到28V，夜间管道的交流电压处于较低水平。调查发现此段管道沿线多处京沪高铁交叉并行，且于NZ038测试桩附近穿越高铁变电所，此段管道的附近未发现其他可能的干扰源，同时从管道的干扰电压波形看出，在夜间高铁停运时，管道交流电压处于较低水平，可以推断此段管道交流干扰是由高铁造成，属典型的间歇干扰［4-6］。

图2 镇江六里村段管道交流电压和平均交流电流密度Fig.2 The AC voltage and average AC current density diagram of Zhenjiang Liulicun pipeline

2.2 镇江基冯路段

对此段管道7个测试桩进行了测试，有4处的交流电压高于4V，4处交流电流密度处于30～100A／m2，交流干扰程度判定为“中”，测试结果见图3。对段管道的24h的交流电压监测显示，管道交流电压随时间发生一定的波动，但是短时间内波动幅度不大，均处在一个较高水平。调查发现此段管道沿线与多组高压输电线并行，高压输电线的等级多为500kV与220kV，同时交流电压24h均处于一个较高水平，可以推断此段管道交流干扰由高压输电线造成，属于典型的持续干扰，由高压输电线路的电感耦合造成的［7］。

2.3 镇江338省道段

对此段管道22个测试桩进行了测试，长时间监测结果显示16处的管道交流电压高于4V，其中有14处管道交流电流密度处于30～100A／m2，交流干扰程度判定为“中”，1处高于100A／m2，交流干扰程度判定为“强”，测试结果见图4。对此段管道的24h的交流电压监测显示，管道交流电压随时间发生一定的波动，但是短时间内波动幅度不大，均处在一个较高水平。调查发现此段管道沿线有多组高压输电线并行，高压输电线的等级多为220kV，且交流电压24h均处于一个较高水平，推断此段管道交流干扰由高压输电线造成的持续干扰。

图3 镇江基冯路段管道交流电压和平均交流电流密度Fig.3 The AC voltage and average AC current density diagram of Zhenjiang Fengji road pipeline

2.4 常州338省道段

对此段管道20个测试桩进行了测试，长时间监测结果显示15处的管道交流电压高于4V，其中有9处管道交流电流密度处于30～100A／m2，交流干扰程度判定为“中”，测结果见图5。对此段管道的24h的交流电压监测显示，管道交流电压随时间发生一定的波动，白天的波动幅度较大，夜间的波动幅度较小，同时24h的交流电压均处在一个较高水平。调查发现此段管道沿线有多组高压输电线并行，高压输电线的等级多为220kV和500kV，且交流电压24h均处于一个较高水平，推断此段管道交流干扰由高压输电线造成。

2.5 江阴段

对此段管道12个测试桩进行了测试，长时间监测结果显示8处的管道交流电压高于4V，其中有6处的交流电流密度处于30～100A／m2，交流干扰程度判定为“中”，2处大于100A／m2，交流干扰程度判定为“强”，测试结果见图6。对此段管道的24h的交流电压监测显示，管道交流电压随时间发生一定的波动，长时间处在一个较高水平。调查发现此段管道沿线有多组高压输电线并行，高压输电线的等级多为220kV和500kV，且交流电压24h均处于一个较高水平，推断此段管道交流干扰由高压输电线造成，是典型的持续干扰。

4 镇江338省道段管道交流电压和平均交流电流密度图Fig.4 The AC voltage and average AC current density diagram of Zhenjiang 338highway pipeline

图5 常州338省道段管道交流电压和平均交流电流密度Fig.5 The AC voltage and average AC current density diagram of Changzhou 338highway pipeline

图6 江阴段管道交流电压和交流电流密度Fig.6 The AC voltage and average AC current density diagram of Jiangyin pipeline

3 交流干扰防护措施的设计

测试管道中有4个管段的交流干扰程度均高于标准要求，1个管道（镇江六里村段）管道交流电流密度较小，但是管道瞬间的交流电压较高，因此均需要采取干扰防护措施。

通过在受干扰的管道设置一处临时的缓解地床，测试临时缓解地床的排流效果，即缓解地床连接前管道交流电压VO，缓解地床连接后管道的交流电压Vmit，缓解地床的接地电阻R。根据研究报告《AC PREDICTIVE AND MITIGATION TECH-NIQUES》［5］提供的简化公式估算排流地床的预期接地电阻公式，反推出管道的特征阻抗Z，再利用此公式计算出每个交流干扰防护点降低到标准要求的交流电压值需要的缓解地床的接地电阻值。

本次于江阴段CJ4199测试桩处进行现场模拟试验，安装临时锌接地地床，地床接地电阻为6.75Ω，将管道与临时地床连接，连接前管道的交流电压为7.5V，连接后管道交流电压降低到6V，通过以上公式，计算出管道的特征阻抗值为3.375Ω。

本次交流干扰防护措施采用固态去耦合器［4］和锌带，锌带选择埋深为1.5m，填包料的直径选择为20cm。根据测试的管道交流电压的分布，管道的特征阻抗和土壤电阻率，确定交流干扰防护措施的位置和每个防护点的排流地床锌带的长度。对于由高铁造成的交流干扰，交流电流密度较小，考虑将交流电压降低到安全电压15V以下［6］，高压输电线造成的持续的交流干扰，交流电流密度较大，将交流电压降低到4V［3］。设计时每个排流地床的接地电阻考虑50%裕量，即设计时采用的接地电阻为计算值的50%。

根据以上的设计方法，分别给5段管道提出的交流干扰防护措施，共设置39处交流干扰防护措施。（1）镇江六里村段设置8个干扰防护措施；（2）镇江基冯路段设置4个干扰防护措施；（3）镇江338省道段设置13个干扰防护措施；（4）常州338省道段设置9个干扰防护措施；（5）江阴段设置4个干扰防护措施。具体位置见表2。

4 结论

（1）苏南成品油管道共有5个管段的杂散电流干扰较为严重，其中一个管段的交流干扰是由高铁造成，其他四个管段是由高压输电线造成。

（2）此管道共有33处的交流干扰程度评价为“中”，3处的交流干扰程度评价为“强”。

（3）高铁造成管道的交流干扰电压波动规律和高压输电线造成有明显区别，高铁造成的交流干扰电压呈脉冲式的波动，典型的间歇干扰［1］。且在白天时间段，高铁运行时，交流干扰电压峰值较高，在夜间，高铁停运时，管道交流干扰电压较小。高压输电线造成的干扰电压在24h内均处于较高水平，整体波动不大，呈典型的持续干扰，是由于高压输电线路的电感耦合造成的［7］。

表2 苏南管道的交流干扰防护措施参数表Tab.2 Interference mitigation measures for Sunan refined oil pipelines

（4）确定了交流干扰的防护措施，根据现场模拟试验，计算了每个管段的排流地床参数。化设计，结论如下：

（1）腐蚀成分分析显示，在出口集合管盲端法兰内侧发生了高温硫腐蚀。富氢环境使腐蚀产物疏松多孔，在高流速流体冲刷下发生了冲刷腐蚀。

（2）介质在J面上始终以一种漩涡状的形态顺时针流动，在J面右下侧漩涡强度最大。随着介质处理量的增加，J面右下侧漩涡的涡量值也不断增大。J面上介质切向速度分布不均匀，右下侧介质速度最大，随着处理量的增加，速度也不断增大。

（3）J面右下侧漩涡流的涡量值和速度都明显高于其他部位，介质对壁面的冲刷破坏也明显比其他部位严重，使得腐蚀产物不断被冲刷带走，从而加剧了腐蚀进程。

（4）优化的平盖结构使集合管盲端介质漩涡流程度和切向速度大大降低且分布均匀，有效改善了漩涡流对法兰内壁的冲刷作用，达到防腐蚀的目的。

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