福建LNG长输管道杂散电流干扰的排查研究

唐赵林

(中海福建天然气有限责任公司，莆田 351100)



福建LNG长输管道杂散电流干扰的排查研究

唐赵林

(中海福建天然气有限责任公司，莆田 351100)

为了解决福建液化天然气(LNG)管道ZZ002测试桩附近杂散电流干扰问题，联合使用长时间电位监测手段、密间隔电位测试(CIPS)检测方法、土壤电位梯度(DCVG)检测等方法确定了管道电位异常的时间、范围和沿管道的分布状况，发现了杂散电流的源头；切断杂散电流干扰源后，对管道进行复测，管道电位恢复正常；并对干扰现象产生的原理进行了分析、计算，和实际测量结果进行核对，证实联合使用时间电位监测手段、CIPS检测方法、土壤电位梯度检测等方法可以有效查找杂散电流干扰源。

杂散电流；直流干扰；阴极保护；密间隔电位测试(CIPS);直流电位梯度(DCVG)

直流杂散电流会对管道造成严重的危害，在电流吸收区，可能会造成管道过保护，严重情况下会引起涂层鼓泡剥离、管材氢脆等现象；在电流排放区，会引起管道的快速腐蚀。早在19世纪晚期和20世纪早期，遍及北美街道的轨道交通实现了电气化，这最终导致了铸铁水管的腐蚀；我国早期管道建设中也出现直流干扰现象，东北管网一管道建设完成后仅1 a就因为直流干扰产生穿孔情况[1]。在电流排出区，管道作为阳极释放电流，其理论腐蚀速率为9.13 kg/a，在土壤中，其腐蚀速率为8.4 kg/a[2]。据文献报道[3]，抚顺地区管道在投产初期，因杂散电流干扰腐蚀穿孔漏油9 次, 占同期东北管网管道腐蚀漏油事故的78%。抚鞍线康乐站段投产不到半年就因杂散电流腐蚀穿孔漏油2次。随着轨道交通业的发展，地铁系统对管道的影响日趋严重，据文献报道地铁对管道的严重干扰距离约60 km，明显干扰距离约100 km[4]；特高压直流输电系统对管道的干扰也十分严重，干扰范围更大。翁永基[5]等提出判断直流干扰存在的评判指标为电位偏移、电位梯度等；当管道任一点的管地电位较自然腐蚀电位正向偏移≥100 mV或管道附近土壤表面电位梯度大于2.5 mV/m时，应采取直流排流保护或其他防护措施[6]。

1　管道状况及干扰表象

1.1管道状况

福建LNG天然气管道厦门至漳州段全长约40 km，为φ406 mm×7 mm管道，管道材质为X60钢，防腐蚀层为3LPE。该段管道在厦门和漳州段设有两座阴极保护站，阴极保护站为恒电位运行模式，厦门站阴极保护站位于XM028附近，角美阴极保护站位于ZZ013测试桩附近；管道电位测试桩约每公里设置1处，要求每月测试管道电位(目前测试数据为通电电位、交流电压)。表1和表2为2014年1月管道阴极保护系统运行记录和沿线测试桩位置管道电位测试记录,文中电位若无特指均相对于CSE(饱和硫酸铜电极)。

表1　厦门站、漳州站阴极保护设备运行数据表

表2　厦门-漳州段管道阴极保护电位

1.2干扰表象

由表3可见,2014年2月起，厦门至漳州段管道ZZ002测试桩处管道电位为-2.5 V，ZZ01测试桩及ZZ003测试桩处管道电位分别为1.17，0.96 V。相对于2014年2月前管道电位，ZZ002处电位大幅度负向偏移，而ZZ002前后两个测试桩电位无明显变化，2014年3月管道电位基本和2014年2月情况一致，ZZ002处测试桩电位偏负现象一直存在。相对于直流电位的变化，管道交流电位保持稳定，没有明显变化；厦门站恒电位仪输出情况没有发生变化。

2　技术方法

2.1采用电位采集仪DL-1 24 h连续监测管道ZZ002测试桩交直流电位

采用电位采集仪DL-1对ZZ002处测试桩进行24 h连续监测。监测时间从10点左右开始，至次日9点左右结束，采集频率1次/s。监测按照GB 21246《阴极保护测试规范》要求进行连线，DL-1的通道1负极连接饱和硫酸铜参比电极，正极连接管道，采集管道通电电位；通道3负极连接饱和硫酸铜参比电极，正极连接管道，采集管道交流电位。测试结果如图1。

图1　ZZ002测试桩管道电位监测图Fig. 1　Monitoring of potential on the station ZZ02

由图1可见,管道交流干扰电位为1～4 V，白天电位稍高，约3 V，晚上电位稍低，约为1 V。该现象是由高压交流输电线路影响所致，由于昼夜线路系统载荷不同而发生电位变化;管道通电电位一直比较稳定，白天和晚上保持在约-2.5 V，这也排除了厦深高铁对管线直流干扰的可能性,直流干扰源稳定为-2.5 V。

2.2采用CIPS对ZZ002测试桩进行电位测试

以ZZ002测试桩为中心，密间隔电位(CIPS)测试管道通电电位，测试结果见图2。由图可见,管道受干扰范围为ZZ002-700 m至ZZ002+600 m，其中ZZ002+100 m处电位最负，约为-2.6 V，以ZZ002+100 m位置为中心，管道电位分布基本呈对称形状,说明干扰源的位置为ZZ002+100 m处。

图2　ZZ002测试桩附近管道电位分布图Fig. 2　Potential profile along the pipe

2.3采用万用表测试土壤电位梯度

以管道电位最负点位置(ZZ002+100 m)为起点，测试垂直管道方向土壤直流电位梯度，测试过程中，和红色表笔(+极端)所连接的参比电极靠近管道，两参比电极间距为10 m，万用表档位放置于直流档。第一次测量时，红色表笔所连参比电极放置在管道正上方，第二次和红色表笔连接的参比电极放在第一次测量时和负极连接的参比电极位置，依次类推。测试结果如表4。

表4　土壤电位梯度

由表4可见,管道垂直方向120～130 m的范围内，电流方向发现改变，判断该范围内有干扰源；再以电流方向改变的位置为起点，在平行与管道的方向上继续采用土壤电位梯度法，最终判断稳定的干扰源为管道水平方向位于高速公路边一广告牌，以铁塔为中心向外辐射状测量土壤电位差，检测到10 m间距土壤电位差为10 V，电位梯度方向呈辐射状指向铁塔四周。

2.4干扰源的确定与排除

该铁塔和管道垂直距离约为120 m，管道上距离铁塔的最近点和电位最负点距离约为20 m。和铁塔广告牌管理部门沟通后，对方安排电气工程师对该铁塔广告牌照明系统进行检修，发现广告牌照明漏电。随后依据电气规范正确接线，处理完成后，广告牌投入运行，对管道进行测试，直流干扰源消除，管道电位恢复正常。

通过现场调查、测量发现广告牌铁塔的照明采用直流电源供电，电压为36 V，利用三极法测量高塔接地极接地电阻为1.5 Ω，接地极流出电流为15 A。

3　干扰原理分析

为便于分析计算，将铁塔接地简化为半径为R的半球，半球面全部埋设在电阻率为ρ的土壤中，埋设深度为R。假设接地释放出的故障电流为I，则半球在大地中形成一个以半球为中心的大地电场，距离球心r处的电位为Vr，则：

(1)

对上式进行积分：

(2)

无穷远处，该电场电位为0，即：

(3)

对式(2)、式(3)进行求解：

可见，接地半球形成的地电场造成了半球周围的地电位升高，在半球半径R处地电位最高为Iρ/2πR，随着距离半球距离的增加，地电位迅速降低。如果管道距离半球为r，则管道电位会发生数值约为(Iρ/2πr)，且为负向偏移；随着管道和半球距离增加，管道电位变化逐渐减小。如果管道距离半球足够远，则半球引起的地电位升高不足以影响管道电位发生明显的变化。如果电流方向相反，则管道电位会发生正向偏移。

4　结论

通过详细的数据分析、计算，证实测试桩ZZ002处管道正是处于铁塔接地处故障电流的地电场范围内而造成电位发生变化。该处平均土壤电阻为60 Ω，现场测量故障电流为15 A，方向为从接地流入大地，根据计算，在距离铁塔约120 m大地电位约为1.2 V和管道电位的负向偏移量(1.4 V)基本一致。

验收完成后，2014年5月至12月的电位测试结果恢复正常。综合利用连续在线电位监测手段、CIPS检测方法、土壤电位梯度检测等方法查找杂散电流干扰源，并通过数据分析、计算与实际测量结果进行核对，确认干扰源的干扰原理是可行、有效的。

若不能及时发现并有效解决次段管线直流干扰问题，可能会造成管道腐蚀穿孔发生，这就不可避免涉及到管道补强甚至停输换管等一系列的后续补救措施，不仅会造成巨大的经济损失，还会造成较大的社会影响和民众安全问题，后果相当严重。采用各种先进的阴保测试手段，成功的排查出直流干扰源，则可以从根本上解决了直流干扰对管线的影响，避免了管道发生腐蚀穿孔的危险，保证了管道的安全有效运行，确保了漳州居民及工业用气安全，产生了较大的经济效益及社会效益。

[1]SY/T 0017-2006埋地钢质管道直流排流保护技术标准[S].

[2]胡士信. 阴极保护手册[M]. 北京：化学工业出版社,1999:106-107.

[3]陈敬和,何悟忠,李绍忠. 抚顺地区管道直流杂散电流干扰腐蚀及防护的探讨[J]. 管道技术与设备,1999(6):13-17.

[4]杨敬杰. 地铁直流干扰影响下管道阴保电位的测试和评价[J]. 腐蚀与防护,2014，35(3)：288-291.

[5]翁永基,李英义. (埋地管道直流干扰腐蚀研究)I检测指标和评价体系[J]. 腐蚀科学与防护技术，2010，22(1)：1-3.

[6]GB/T 19285-2014埋地钢制管道防腐蚀防护工程检验[S].

Survey and Mitigation of Interference on Fujian LNG Pipeline

TANG Zhao-lin

(CNOOC Fujian Gas Limited Liability Company, Putian 351100, China)

In order to solve the stray current interference problem near the Fujian LNG pipeline ZZ002 test pile, the stray current source was found by combined several methods, including CIPS, DCVG and potential detection. The interference was eliminated by turning off the stray current source and then the negative shift of potential disappeared. The strength of the interference was analyzed and computed. The contrast was completed between the computed data and the field data. It is confirmed that the combination of time potential monitoring means, CIPS, DCVG and potential detection can effectively find the stray current interference sources.

stray current; DC interference; cathodic protection; close interval pipe-to-soil potential survey (CIPS); direct current voltage gradient (DCVG)

2014-12-09

唐赵林(1983-),工程师,本科,从事阴极保护相关工作,15960529249,tzl19511@163.com

应用技术

10.11973/fsyfh-201512015

TG172.84

B

1005-748X(2015)12-1180-03