埋地钢质管道交流杂散电流检测及防护措施

郭艳伟

（广东省特种设备检测研究院 佛山 528000）

埋地钢质管道交流杂散电流检测及防护措施

郭艳伟

（广东省特种设备检测研究院 佛山 528000）

本文介绍了埋地钢质管道交流杂散电流的形成原因及危害，并对其测试方法、干扰程度评价指标、防护措施进行了分析讨论。比较了国内外不同标准对于交流干扰程度的评价指标，对比了交流杂散电流常见接地排流方式的适用条件及优缺点。结合现场检验实例阐述了交流干扰评价中存在的问题，希望管道检测人员以及业主对此引起足够的重视。

埋地钢质管道 交流杂散电流 检测方法 评价指标 防护措施

随着国家经济的快速发展和城镇化的速度不断加快，输电线路、电气化铁路等基础设施的建设需求日益增加，考虑到地形，交通，距离和人员密集程度等条件，并遵循路权优先原则，埋地钢管和电气化铁路和高压输电线路共享走廊的可能性越来越大[1]。当管道和干扰源共享走廊时，由于电感耦合，电阻耦合，电容耦合等原因，在埋地钢质管道中很容易产生交流杂散电流。若是管道的防腐层受损，交流电流将从防腐层受损处流出，加快管道腐蚀，会对管道的正常运行、站场的阴保设施和维护人员造成很大的威胁[2]。因此，检测出钢质管道上的交流杂散并进行正确的评价，采取防护措施减小交流杂散对管道的干扰影响，为油气管道的安全、稳定运行提供良好的敷设环境。

1 交流杂散干扰测试方法

GB/T 19285—2014给出了交流杂散干扰的三种测试方法，分别为管道交流干扰电压测量法、交流电流密度测试法以及感应电流测试法[3]。

GB/T 19285—2014给出了交流电压检测的连线图和数据处理方法，根据检测的数据可以找到检测点干扰电压的最大值、最小值，并求得平均值，进而可以得到检测点干扰电压随时间变化的曲线以及检测点干扰电压最大值、最小值、平均值在距离上的分布情况。

交流电流密度测试法通常采取埋设腐蚀检查片或者ER探针对管道的交流干扰及腐蚀程度进行监测，检查片的裸露面积为100mm2，通常三个一组安装在靠近管线的土壤里，并与管道实现电连接，接受与管道相同的阴极保护电流和交流杂散干扰，将直接读取的交流电流值除以检查片或者ER探针的有效露出面积得到交流电流密度值[4]。

感应电流测试法采用一定数量的感应电流测试仪以一定的距离间隔和记录时间间隔放置在目标管线的正上方，可以测试出被监测管段的动态杂散电流的分布情况，并且可以精准地确定杂散电流在什么部位流出和流入。

2 交流干扰程度评价指标

交流电流密度是交流电流在防腐层受损部位单位面积的泄放值，它能客观、精确地体现交流腐蚀状况，下面总结了国内外不同标准关于交流干扰程度的评价指标。德国在不同的交流杂散干扰项目检测分析后得表1结论[5]；在DD CEN/TS 15280—2006标准中[6]，交流电流密度JAC的干扰评价指标见表2；ISO 15589-1—2015中规定交流电流密度限值为30 A/m2，当交流电流密度大于30A/m2时，很大概率产生交流腐蚀[7]。

表1 德国规定的交流电流密度评价指标

表2 DD CEN/TS 15280—2006规定的电流密度指标

在标准BS EN 12954—2001中，采用交流电流密度与直流电流密度的比值（JAC/JDC）来评价交流干扰，数值见表3[8]。

表3 BS EN 12954—2001中JAC/JDC评价指标

GB/T 19285—2014标准中规定，当管道上任意位置的交流杂散电压均小于4V时，可不采取保护手段，超过4V时，以交流电流密度的数值来评估干扰程度，数值按式（1）求得。

式中：

JAC——交流电流密度，A/m2；

V——取交流电压有效值的平均值，V；

ρ——土壤电阻率，Ω·m；

d——破损点直径，m。

ρ值取交流电压测试点处与管道相同埋深的土壤电阻率测试值，d值按发生交流腐蚀最严重的情况下的值，为0.0113，交流杂散干扰程度的判据数值见表4。

3 交流干扰案例分析

某条天然气管道与1000kV交流输电线路共用走廊，伴行距离大概22km，管线中心位置距离高压线塔约80m，对其管道的交流杂散电流干扰检测分初步检测和详细检测两个阶段，初步检测为短时间（10 min）的交流干扰监测，对检测中发现的交流干扰电压大于4V的位置开展24h连续监测，检测参数包括土壤电阻率、交流干扰电压和电流密度。现场检测结果如图1所示，在所检测的22个测试桩处，交流干扰电压超过4V的测试桩有18处，最大的达到16.75V，对其进行24h连续电位监测如图2所示；交流电流密度超过30A/m2的有22处，最大达到143.6A/m2；管道沿线土壤为稻田中的黏土，土壤电阻率介于16.98～30.14Ω·m。由于沿线土壤电阻率较小，编号为CS030、CS032以及CS033测试桩处的交流干扰电压分别为3.57V、3.81V和3.72V，虽然交流干扰电压均小于4V，但是根据计算出来的交流电流密度分别为44.767A/m2、44.767A/m2和44.767A/m2。

GB/T 19285—2014中采用单一的交流电压进行干扰评价具有片面性，因为有可能出现这种情况：在某些位置交流电压比较小，但是土壤电阻率也很小，这样计算出的电流密度却很大；或者交流电压比较大，而实际从破损点处流出的杂散电流又很少，这种情况下对管道的腐蚀伤害却不大。所以不能单一采用干扰电压4V的标准来评价是否存在交流干扰，目前国际上较多采用交流电流密度来进行交流干扰评价。

表4 GB/T 19285—2014交流干扰程度的评价指标

图1 CS032～CS050测试桩交流干扰参数检测结果

图2 CSZ049测试桩交流电压24h监测结果

4 交流杂散干扰防护措施

目前，针对交流杂散电流干扰防护措施主要是采取排流措施，最基本的原则是降低管道的接地电阻，降低交流电压，但不能影响阴极保护系统的正常运行。交流干扰防护措施主要形式有负电位接地、直接接地以及固态去耦合器等排流技术[9]，见表5。当采用固态去耦合器排流方式时，目前较多的采用普通钢管、扁钢、镀锌角钢等作为接地材料，在去耦合器失效时，可以很大程度上避免电偶腐蚀[10]。

对交流干扰防护效果的进行评价时，符合下列要求：

1）干扰防护效果的评价位置至少应有排流接地极、试片安装点、缓解效果较好的点、缓解效果较差的点，其他评定位置可依据现场情况选取；

2）在读取干扰防护措施投用前后参数时，测试位置、读数时间间隔、测试时间段、测量方法和仪器设备应一致。

在防护措施实施以后，根据GB/T 19285—2014的规定，交流干扰防护效果应符合表6的要求。

表5 交流杂散常见的接地排流方式[11-12]

表6 交流干扰防护效果评价[3]

5 结论

1）交流杂散电流的产生是由管道与干扰源之间的感性耦合、阻性耦合、电容耦合作用而引起的。

2）交流杂散干扰测试方法主要有交流干扰电压测量法、交流电流密度测试法以及感应电流测试法。

3）评价是否采取干扰防护措施不能单一采用交流电压4V的标准来评价，当土壤电阻率较低时，计算出的交流电流密度可能很大，因此，使用交流电流密度指标评价交流干扰程度较为合理。

4）采用固态去耦合器串联在接地极中的交流干扰防护措施效果最佳，接地材料选用普通钢管、扁钢、镀锌角钢，避免产生电偶腐蚀。

[1] 吴荫顺，曹备.阴极保护和阳极保护：原理、技术及工程应用[M].北京：中国石化出版社，2007.

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[8] BS EN 12954—2001 Cathodic protection of buried or Immersed metal structures—General principles and application for pipelines[S].

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[11] 苏俊华，高立群，冯仲文，等.埋地钢质管道交流干扰及排流研究[J].腐蚀与防护，2011，(07)：551-554+557.

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Testing Methods and Protective Measures for AC Stray Current in Buried Steel Pipelines

Guo Yanwei
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Foshan 528000)

In this paper, the causes and hazards of AC stray current in buried steel pipes were introduced, and testing methods, evaluation criteria, protective measures of AC stray current were discussed. This paper compared the evaluation indexes of different standards at home and abroad for the degree of AC interference, and the applicable conditions and advantages and disadvantages of the common ground discharge method of AC stray current. The problems in the evaluation of AC disturbances were expounded by field test cases. It is hoped that the pipeline inspectors and the owners will pay enough attention to it.

Buried steel pipeline AC stray current Testing method Evaluation criteria Protective measures

X924

B

1673-257X（2017）10-0032-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.10.008

郭艳伟（1987～)，男，硕士，初级工程师，从事埋地管道检验评价工作。

郭艳伟，E-mail： xitu081@126.com。

2017-03-02）