油气管道地铁杂散电流直接排流技术应用

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(1.华南蓝天航空油料有限公司，广东 广州 510470;2.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东 青岛 266071)

油气管道地铁杂散电流直接排流技术应用

陈耀1,严显智1,阮建平1,丁继峰2,郭彦明2

(1.华南蓝天航空油料有限公司，广东 广州 510470;2.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，山东 青岛 266071)

简述地铁杂散电流对油气管道引起的腐蚀情况，分析地铁杂散电流防护方式，通过工程实例验证了直接排流技术应用的可行性及有效性。结果表明:直接排流技术是减轻地铁杂散电流干扰的有效防护措施，具有排流效果好、经济和简单等优点。建议地铁周围有油气管道时，应预留油气管道排流电缆接口。

杂散电流地铁直接排流技术油气管道

随着国民经济的快速发展，地铁在城市交通中扮演越来越重的角色。据统计，截止2016年底中国大陆已有27个城市开通地铁，投运长度达3 000 km，据估计到2020年全国地铁运行总长度将超过6 000 km。鉴于国内人多地狭的特点，地铁和油气管道不可避免地交叉和伴行，像北京、上海、广州和深圳等地将地铁修至航站楼。现阶段因地铁杂散电流的影响，广州机坪航油管道和广州长输管道等有相关数据资料显示，管道阴极保护电位发生电位漂移，且阴极保护电位不达标，管道处于阴极保护欠保护状态。国内早在多年前就有相关杂散电流腐蚀报道,如北京和天津地铁杂散电流造成水管腐蚀穿孔；香港地铁杂散电流干扰引起煤气管道泄漏[1]。在一些地铁运行历史较长的发达国家，杂散电流腐蚀同样严重，如英国曾因地铁杂散电流腐蚀造成钢筋混凝土塌方事故；美国地铁杂散电流腐蚀引起汽油管道阴极保护失效等[2-3]。因此,应采取合理的措施对杂散电流进行严格而有效地防护。主要结合研发的新型极性排流器，研究直接排流技术对油气管道地铁杂散电流的防护效果。

1 地铁杂散电流对油气管道的腐蚀

城市地铁由1 500 V或750 V直流电牵引，正极采用架空的接触网或者第三轨供电，以行走轨道作为负极回流导体。由于负极行走轨对地绝缘不良，部分电流泄漏流入大地，形成杂散电流。若油气管道处在此电流泄漏区间内，由于管道对地绝缘并不充分，为杂散电流提供一个低电阻通道，杂散电流流入管道。由于电流是闭合环路，会从管道其他的破损点流出重新进入钢轨最后回到供电站的负极。在杂散电流上述流动过程中，形成了两个腐蚀电池:一个是电流流出铁轨进入管道处，铁轨是腐蚀电池的阳极，发生腐蚀，管道为阴极，不腐蚀；另一个是电流流出管道返回钢轨处，管道是腐蚀电池的阳极，发生腐蚀,铁轨则是阴极，不腐蚀。在作为阳极的管道处发生的腐蚀实质上是电解腐蚀，这是因为外加的杂散电流参与了腐蚀过程，杂散电流相当于外部电源，因此金属管道与土壤介质间进行的是电解反应。正因为如此，杂散电流干扰腐蚀比一般的土壤腐蚀要剧烈得多。根据法拉第电解定律：在电极上溶解(或析出)的物质的质量m与通过电解液的总电量Q(即电流强度与通电时间的乘积)成正比。即1 A的直流杂散电流在1 a内可腐蚀掉钢铁9.1 kg[4]，如果换算成1 mA的直流杂散电流作用在油气管道1 cm2防腐层破损点处，腐蚀深度高达11.6 mm/a，大于大多数油气管道的壁厚。若管道采用牺牲阳极阴极保护，流入管道的杂散电流还有可能从牺牲阳极流出，从而加速牺牲阳极的消耗，影响管道的阴极保护状态。

2 地铁杂散电流干扰防护措施

地铁杂散电流防护目前主要是“堵”和“排”。“堵”是指在地铁负极回流轨与大地之间采取有效的绝缘措施，控制和减小杂散电流产生的根源，隔离所有可能的杂散电流泄漏途径。“排”是将地铁负极回流轨中部分往外泄漏的电流，通过合理的排流结构，为其提供一条畅通的低电阻通道，将其送回供电所的负极。

“堵”主要系地铁方面负责，这里不多赘述。目前，国内油气管道针对地铁杂散电流所采取的防护方法主要有间接排流和直接排流。其中间接排流法应用较多，直接排流法应用尚未有相关报道。

直接排流技术是将管道中流动的杂散电流，通过人为通路使之直接回流到地铁牵引供电所的负极。直接排流技术具有排流效果好，经济、简单，便于管理维护的特点，不足之处是管道距地铁变电所不能太远。直接排流技术中杂散电流的流动路径是：地铁部分泄漏的电流流向土壤，沿土壤流动，从土壤/管道界面进入油气管道，再沿油气管道流动，通过新型极性排流器，沿牵引回流导线至变电所负极(见图1)。

图1 直接排流技术示意

3 直接排流技术的应用

3.1工程概况

广州白云国际机场供油系统长输管线从黄埔中转油库至机场油库部分，全长46.8 km,管道规格为φ273 mm×6 mm，外防腐层为3PE(三层聚乙烯)。全线管道分为A和B两段，A段靠近黄埔中转油库，长度大约为17 km，采用的是牺牲阳极+外加电流阴极保护；B段靠近机场油库，长度约为30 km，采用的是外加电流阴极保护。线路上约6 km航油管道与广州地铁6号线伴行。项目选取与航油管道伴行的地铁6号线暹岗站，在此处设置一处直接排流点。直接排流点的安装需要从管道侧铺设一条长约500 m的排流电缆(VV22-1 kV-1×35 mm2)通过研发的新型极性排流器到地铁排流柜，然后再引电缆至牵引供电所负极或回流轨道。通过检测管道排流量及测量排流保护长度，研究直接排流防护技术的排流效果。

3.2检测结果

工程实施完成后，新型极性排流器接入模拟管道试运行3 d，确认安全后接入航油管道。由于杂散电流是无规律的且变化幅度较大，现场直接测量很困难，通过在排流回路中串联一个阻值为0.1 Ω的标准电阻，测试其两端的电压，即可知杂散电流的排流量。利用FLUKE289C仪器测试记录标准电阻两端的电压，取样间隔为6 s，测试时间24 h，结果见图2。

图2 直接排流点持续监测结果

从图2可以看出，地铁杂散电流连续可变，无规律可循，没有固定的数值。

地铁停运时间(23：30—06：00)内，排流电流基本为零，最大排流量为11.2 A，整体排流量在4 A左右。傍晚排流量是其他运营时间的2倍多，跟行车密度有关。

3.3直接排流距离

根据测试结果可知，在23：30至第二天凌晨6点,航油管道电位处于平稳无干扰状态，排流器排出电流趋于零。在此时间段将黄埔中转油库强制排流站和白云机场油库强制排流站均调整至没有地铁干扰时的状态，机场油库电流输出1.4 A，黄埔中转油库电流输出1 A。在此状态下，线路各测试桩的阴极保护电位均负于-0.85 V，符合GB/T 21448—2008《钢质管道阴极保护技术规范》的要求。保持此状态不变，在地铁运行期间，保证直接排流正常工作测试各测试桩的极化电位；断开直接排流，采用相同方法测试各测试桩的极化电位，各测试点极化电位测试结果如表1所示。由表1可以看出，航油管道在有直接排流时，管道极化电位均符合规范要求且电位稳定；而无排流时，管道极化电位部分不符合规范要求，且极化电位持续波动。0182号桩至1100号桩，管道长超过20 km，在直接排流作用下，长输管道极化电位均达到了规范要求。

表1 各测试桩的极化电位 V

一个直接排流点保护距离没有准确数字,保护距离的长短和管道受干扰的程度有关系，而管道受干扰的程度又和管道的防腐层、管道阴极保护方式、管道和地铁的相对位置、地铁的杂散电流泄漏量、地铁线路数量和地铁的运行密度等均有关系。就广州长输管道来说，与地铁6号线伴行5.8 km，最近点距地铁30 m左右,管线防腐层经前期检测维护后整体良好，线路部分不符合要求的牺牲阳极已摘除。综合以上因素，直接排流受保护管道大于10 km。

4 结论及建议

(1)地铁杂散电流对油气管道干扰严重，影响管道安全，需及时采取防护措施。

(2)从目前实践来看，受地铁杂散电流干扰的油气管道采用直接排流技术，排流效果好，排流距离能够达10 km以上；并且该技术造价低、施工简单及便于管理维护。直接排流法是防止油气管道发生地铁杂散电流腐蚀的有效方法，但是在实施时需要征得地铁相关单位的支持与配合。

(3)建议新建地铁，在有牵引供电所的地铁站外预留油气管道排流电缆接口，以便油气管道直接通过排流电缆将杂散电流送回供电所负极；有条件实施直接排流的油气管线，管道产权单位应和地铁方密切配合，采取直接排流技术。

[1] 高敬宇,易凡.地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护措施[J].天津理工大学学报,1996,12(1):32-36.

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

[3] 卢木,王濮信,卢金勇.混凝土中钢筋锈蚀研究现状[J].混凝土,2000,23(2):37-41.

[4] 胡士信.阴极保护工程手册[M].北京:化学工业出版社，1999：255-256.

(编辑 王菁辉)

ApplicationofMetroStrayCurrentDirectDischargeTechnologyinOilandGasPipelines

ChenYao1,YanXianzhi1,RuanJianping1,DingJifeng2,GuoYanming2
(1.SouthChinaBlueskyAviationOilCo.,Ltd.,Guangzhou510470,China;2.QingdaoNCSTesting&CorrosionProtectionTechnologyCo.,Ltd.,Qingdao, 266071,China)

Corrosion of metro stray current to oil and gas pipelines was briefly introduced, and protection of metro stray current was analyzed. Feasibility and effectiveness of direct discharge technology were verified by case study. The results showed that direct discharge technology was an effective protective measure to reduce interference of metro stray current, and had the advantages of economy, simplicity and good drainage effects. It is recommended that discharge cable interface should be reserved for oil and gas pipelines at construction when there are oil and gas pipelines around the metro.

stray current, metro, direct discharge technology, oil and gas pipelines

2017-04-12；修改稿收到日期：2017-06-28。

陈耀(1975—)，工程师，主要从事航油储运设施工艺、防腐、HSSE及技术管理工作。E-mail:chenyao@blueskyoil.com