上海虹桥机场航油输送管道受地铁杂散电流干扰的检测与防护

马晓华

(中国航空油料有限责任公司 华东分公司，上海 200335)



上海虹桥机场航油输送管道受地铁杂散电流干扰的检测与防护

马晓华

(中国航空油料有限责任公司 华东分公司，上海 200335)

虹桥机场航油管道受地铁直流杂散电流影响，部分管道阴极保护电位无法达到保护要求，管道存在极高的电化学腐蚀风险。对航油管道的干扰情况进行检测，采取以排流保护和阴极保护相结合的综合防护措施。结果表明:管道保护电位达到保护要求，地铁对管道造成的杂散电流干扰危害得到有效消除。

地铁杂散电流;航油管道;干扰检测;干扰防护

航油输送管道(简称航油管道)是大中型机场的生命线，担负着从储备(中转)油库到机场油库远距离输送航空燃料的重要任务。由于航油管道通常敷设在地下，与城市轨道交通存在交叉并行等情况不可避免。随着城市轨道交通建设的迅猛发展，航油管道受地铁杂散电流干扰的问题日益突出，这不仅严重威胁管道安全运行，还会给机场航班的正常运行埋下隐患。本工作以虹桥机场航油管道为例，探讨地铁杂散电流对航油管道干扰的检测与防护措施。

1　虹桥机场航油管道受扰情况调查与检测

1.1管道保护现状及受干扰情况

上海虹桥机场共有2条航油管道，即龙虹2号输油管道和新建航油管道。管道全长约51 km，管道防腐蚀措施采用外防腐蚀层与阴极保护联合方法，其中龙虹2号输油管道外防腐蚀层为环氧煤沥青加强级，新建航油管道外防腐蚀层为3PE加强级，阴极保护均采用镁合金牺牲阳极。

近10 a来，上海轨道交通建设发展迅速，虹桥机场航油管道与多条城市地铁存在交叉，其中龙虹2号输油管道分别与地铁10号线、9号线、12号线及1号线交叉；新建航油管道与地铁8号线交叉，与磁悬浮轨道存在并行。

管道巡查管理单位在对管道进行定期检测过程中发现：①部分阴极保护测试桩通电电位异常波动，存在漂移现象；②部分测试点断电电位不达标。

1.2管道受干扰情况检测

1.2.1 通电电位采集

选取离地铁较近的CS-15、CS-18阴极保护测试桩，测试此处的通电电位进行测试时间为15 min,采集测试采集间距1 s，参比电极为铜/硫酸铜参比电极(CSE),文中电位若无特指，均相对于CSE。测试结果见图1。由图1可见,2处测试点的通电电位均出现严重漂移现象，电位波动频率高，幅度大(1.0～-2.5 V)，管道疑受到地铁干扰。

(a)　CS-15测试桩

(b)　CS-18测试桩图1　CS-15和CS-18测试桩测得的通电电位Fig. 1　On-potentials in CS-15 (a) and CS-18 (b) test points

图2为CS-18处测试桩连续24 h的通电电位。由图2可见，通电电位最大值为1.0 V，最小值为-2.0 V，而在24∶00-5∶00时间段内比较平稳，基本稳定在-1.0～-1.2 V。这一时间段与地铁停运时间基本吻合，进一步证明了管道电位的波动是由地铁杂散电流干扰引起的。

图2　CS-18测试桩处连续24 h的通电电位Fig. 2　24 hours uninterrupted on-potentials of CS-18 test point

1.2.2 断电电位测试

由于该管道采用牺牲阳极保护(阳极无法断开)，且受到杂散电流干扰，管道断电电位采用试片断电法进行测试[1]。在测试点处埋设一个与管道材质相同的裸试片用来模拟管道防腐蚀层破损点，参比电极靠近试片安装，试片与管道用导线连接。测量时，只需断开试片与管道的连接导线，就可以测得试片(代表管道)的断电电位。

依据GB/T 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中的阴极保护准则，管道阴极保护电位(即断电电位)应为-850 mV(CSE)或更负。

由图3可见，在18个测试点中，有12处测试点的断电电位的最大值在保护范围值之外(负于-850 mV)，管道处于欠保护状态，为避免发生腐蚀，应及时采取干扰防护措施。

图3　全线测试桩的断电电位Fig. 3　Off-potentials of all test points before improvement

2　地铁干扰成因及危害

上海地铁采用直流1 500 V供电系统，正极接架空接触线，钢轨作为负回流，电流从直流变电所正极流出，经架空接触线、列车、钢轨，最后流回变电所负极，形成完整回路(见图4)。一部分电流会从钢轨泄漏至大地，形成杂散电流，流入地下管道，杂散电流流入管道的部分为阴极，发生阴极反应，管道得到保护；杂散电流流出管道的部位为阳极，产生氧化反应，管道发生电化学腐蚀[2]。

图4　地铁杂散电流干扰示意图Fig. 4　Schematic diagram of subway stray current interference

与金属的自然腐蚀相比，地铁杂散电流造成的电化学腐蚀危害具有以下特点：腐蚀激烈；腐蚀集中于局部位置；有防腐蚀层时，多集中于防腐蚀层的缺陷部位，易在短时间内发生点状坑蚀，造成泄漏事故；阴极保护失效。根据法拉第电解定律，金属在电解质溶液中自发地进行电化学腐蚀的腐蚀量与流过金属的电流量成正比，因此，若有1 A直流电从金属流到电解质溶液中，1 a后，将会导致9.08 kg铁被腐蚀溶解，所以，如果用作地铁系统牵引动力的电流是3 000 A，其中5%的电流变成了杂散电流，杂散电流对地下金属构筑物带来的潜在危害是相当严重的[3]。

3　防护措施及效果

3.1防护措施

常用的防护措施有排流保护、阴极保护、防腐蚀层修复、绝缘隔离和屏蔽等。根据实际干扰情况，往往会采取一种或多种防护措施。

根据虹桥机场航航油管道的受干扰情况，本工作拟采用以排流保护为主结合阴极保护的综合防护措施。

常用的排流保护方式可分为接地排流、直接排流、极性排流以及强制排流等，每种方式的原理及适用情况见表1。

表1　几种常用的排流保护方式Tab. 1　Common discharge protection methods

参照表1，鉴于本工作中管道阳极区不稳定，可采用极性排流方式，即在管道和干扰源负回归网络或排流接地体间串入单向导通的排流器，由于地铁系统的负回归网络是地铁的走行轨，需将电流排放回轨道上，但需地铁方极大支持，故实际操作难度较大。

最终采用排流器+排流接地体地床的极性排流形式，排流器一端与管道相连，另一端与排流地床相连，使干扰电流通过排流地床排出。由于牺牲阳极的开路电位较负，故利用牺牲阳极材料作为排流接地体，以提高排流系统的驱动电压，有利于增大排流电流，从而提高排流效果。排流点的选取综合考虑管道与地铁的相对位置，实测干扰情况、排流阳极体地床的土壤电阻率以及所在场所的征占地及是否便于管理，排流点优先设置在管道与地铁交叉处、近距离伴行处、实测干扰严重处，本案例共设置排流点18处。

针对管道电位出现正移的情况，管线增加外加电流强排阴保站，通过外加电流阴极保护系统使管道电位尽可能负移，消除电位正移的危害。通过馈电试验模拟后，在管道靠近机场末端设置一处外加电流强排阴保站，恒电位仪30A/50V，阳极地床采用深井阳极地床，辅助阳极采用预包装MMO阳极。

由于管道采用了牺牲阳极的阴极保护方式，阳极与管道连接处既可能是杂散电流流出点也可能是流入点，因此需尽可能将原有埋设的阳极找出，通过在阳极和管道之间接入直流单向导通排流器，使阳极连接处成为单纯杂散电流流出点。

3.2防护效果

按照规范要求,对于干扰防护系统中的管道，断电电位(管地电位)应达到阴极保护电位且最大负值不宜超过管道所允许的最大保护电位(-0.85～-1.2 V)。

由图5和图6可见,改造后通电电位波动区间明显收窄集中，正电位基本消除。

由图7可见，全线测试点断电电位最大值、最小值均在-0.85～-1.2 V范围内，符合阴极保护保护准则，管道得到有效保护，可消除地铁杂散电流干扰对管道的危害。

4　结论

虹桥机场航油管道与上海地铁系统存在交叉伴行，地铁直流供电系统对航油管道造成了严重的直流杂散电流干扰，管道通电电位波动剧烈幅度大，部分管道阴极保护断电电位达不到保护要求，管道存在极高的电化学腐蚀风险。对被干扰的管道采取以排流保护为主，阴极保护为辅的综合防护措施后，管道管地电位达到规范保护要求，地铁对管道的杂散电流干扰危害得到有效消除。

图5　CS-18号测点防护改造后的通电电位Fig. 5　On-potentials (24 h) of CS-18 test point after improvement

(a)　CS-18测试桩 (b)　CS-08测试桩

(c)　CS-14测试桩 (d)　CS-16测试桩图6　部分测点防护改造前后通电电位Fig. 6　On-potentials (15 min) of part test points before and after improvement

图7　改造后全线测点断电电位测试图Fig. 7　Off-potential test of all test points after improvement

消除地铁对管道干扰危害最为有效的办法是从源头抓起，即作为干扰源的地铁方需采取积极有效的措施。一是地铁方在工程设计时就需采取有效措施,尽量减少杂散电流的泄漏；二是地铁方在工程建设中应着重加强铁轨绝缘施工监管，在运行过程中加强铁轨轨地电位、轨道绝缘情况、接地装置、

变电站接地极等的检测与管理[2-3]；三是当地铁杂散电流已对管道造成干扰时，地铁方需积极配合被干扰方采取防护措施。

随着城市规模的发展扩大，城市地下管网及轨道交通的体量都会进一步增长，由此带来的地铁对埋地管道的杂散电流干扰问题也会日益突出，严重威胁到管道的安全运行，而这一问题要得到根本解决，还需要地铁方及管道方合作协调共同解决。

[1]杨义军，李文玉，王芷芳,等． 极化探头在埋地钢质管道阴极保护的应用[J]． 煤气与热力，2010，30(4)：24-27.

[2]林江，唐华，于海学,等． 地铁迷流腐蚀及其防护技术[J]． 建筑材料学报，2002，5(1)：72-76.

[3]颜达峰，刘乃勇，袁鹏斌，等． 地铁维修基地杂散电流对埋地钢质制管道的腐蚀及防护措施[J]． 腐蚀与防护，2013，34(8)：739-742.

Interference Detection and Protection of Subway Stray Current Interference on Shanghai HongQiao Aeri-oil Pipeline

MA Xiao-hua

(China National Aviation Fuel Corporation Limited Liability Company in East China, Shanghai 200335, China)

Due to the serious DC stray current interference caused by subway, part of pipeline in HongQiao airport aeri-oil pipeline couldn′t meet the protection requirements, high risk of electrochemical corrosion existed. The interference on the pipeline was tested, and the combination of discharge protection and cathodic protection was taken. The results showed that the cathodic protection potential of the pipeline could meet the protection requirement, and the hazard of subway stray current interference on pipeline was effectively eliminated.

subway stray current; aerioil pipeline; interference detection; interference protection

10.11973/fsyfh-201605003

2015-06-16

马晓华(1968-)，工程师，硕士，从事民用航空燃料设施的建设、运营及安全管理工作,13916991799,maxh@cnaf.com

TG174.41

A

1005-748X(2016)05-0364-04