浅析杂散电流对钢质埋地管道的影响

孙彤 周佳鑫 莫力琛

摘要：介绍了杂散电流发生腐蚀的评定标准，杂散电流的检测方法，直流干扰的判定，交流干扰的判定，特殊情况下的判定。从杂散电流的分类、杂散电流的腐蚀机理及对油气管道腐蚀影响的研究进行了综述。根据现场实际工程案例，概述了杂散电流腐蚀排流法分类，直流排流法，极性排流法，强制性排流。通过浅谈杂散电流对油气管道腐蚀影响的防护措施，为建立起合理的、精确的模型进行评价和管理做准备，以逐步达到避免发生杂散电流腐蚀的目的。

关键词：杂散电流；腐蚀；防护措施

随着时代的发展和我国经济的高速进步，天然气、油气等是业务发展规模越来越大，油气管道腐蚀的问题得到相关人士的强烈关注，其中包括化学腐蚀、电化学腐蚀、土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。从油气管道腐蚀角度出发，为了保障天然气、油气等管道的正常运行，为了避免杂散电流发生腐蚀的情况，我们有必要积极对杂散电流发生腐蚀的原因、特点以及防护措施进行进一步的分析[1]。

1.杂散电流分类及危害

1.1杂散电流分类

自然界中土壤中流动的、对埋地金属管道造成干扰的杂散电流形式多样。根据电流来源和机理不同，可分为直流干扰和交流干扰两大类。

直流干扰来源广泛，直流电力设备设施均有可能充当干扰源。对埋地金属管道常见干扰源有直流电气化铁路、有轨电车、直流电网、施工中所用的电焊机及附近其他的阴极保护系统等。

交流干擾复杂多变，根据不同干扰机制大致可分为：电阻（或为阻性）耦合干扰、电容（或为容性）耦合干扰、电感（或为感性）耦合干扰。对埋地金属管道常见干扰源有交流电网、交流电气化铁路等[2]。

1.2腐蚀机理

所谓杂散电流，指的是在规定回路或是现有设计之外的、进行流动的电流，也可被称为“迷流”，主要在土壤中进行流动，与被保护的管道系统不具有相关性、在管道系统中，杂散电流进入管道的部位称为“阴极”，而当电流延管道进行一段距离的流动之后，其流出的部位称为“阳极”，如果管道系统的阳极发生氧化，即为发生杂散电流腐蚀。从本质上来讲，杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀，是一种较为常见的现象。

当外部电流源被强制施加至金属构件上的直流电流，既能够产生杂散电流。当杂散电流于走行轨上发生电流泄漏，通过道床和大地流入埋在地下的金属管线中时，走行轨和管道分别为阴极和阳极，当杂散电流再次流入走行轨时，管道和走行轨分别为阴极和阳极，由此可见，杂散电流的通路已经构成了串联的腐蚀电池[3]。

1.3杂散电流腐蚀的危害

杂散电流腐蚀的发生，能够导致多种危害：（1）对走行轨及其附件产生腐蚀；（2）对钢筋混凝土结构造成破坏；（3）对埋地管线造成腐蚀；（4）对人身安全造成威胁；（5）对电气设备的正常运行造成不利影响；（6）对正常通信造成不良影响；（7）引起异常腐蚀情况[3]。

2.杂散电流干扰的判定及检测方法

2.1杂散电流发生腐蚀的判定标准

a.直流干扰的判定

直流干扰程度参照下表进行评定：

当处于直流干扰源附近、阴极保护系统以及直流电气铁路等位置的管道，其任意一点发生偏移20mV时，或是管道附近土壤的电位梯度在0.5mV/m以上时；管道上任意点电位发生100mV的偏移时，或是管道附近土壤的电位梯度在2.5mV/m以上时，应当采取防护措施或排流保护。

b.交流干扰的判定

交流干扰的测定可通过交流电压或交流电流密度的方法。当测得管道上任意一点的交流电压均小于4V时，可不采取防护措施；交流电流密度干扰程度参照下表进行评定：

2.2杂散电流检测方法

传统的杂散电流测试方法包括管地电位偏移测量、管地电位波动连续监测、密间隔管地电位（CIPS）测量、电压和电流检查及腐蚀挂片测量等。现代杂散电流测试技术已向智能化测试发展，如杂散电流智能测试仪（Stray Current Mapper，SCM）等。

4.杂散电流腐蚀的防护措施

4.1杂散电流腐蚀排流法分类

国内外常用的对油气管道杂散电流腐蚀的防护措施是排流法，其包括直流排流法、极性排流法和强制排流法。

a直流排流法。导线与埋地管道直接相连，这种方法安装方便，效果良好，但电流容易发生逆流的情况，即当轨道点位高于管道时，所以这种排流方法不常见。

b.极性排流法。在管道与轨道之间设置单向流通的二极管、整流器、逆电流继电器等设备，加装排流器，运用这种方法来进行排流就叫做极性排流法。这种排流法在国内外应用广泛，使得电流始终从油气管道导向轨道。这种方法耐久性较好，可长时间使用，场所适应能力强。

c.强制性排流。在油气管道和轨道之间通入直流电，达到强制将杂散电流排到轨道上的效果，但其运行成本较高。

4.2杂散电流对油气管道腐蚀影响的防护措施

采用缓解线进行防护：在埋地管道的附近铺设1——2条裸露的导体，该导体即为缓解线，其材料一般为裸铜导线、镀锌扁钢以及锌带等，经过缓解装置使用动态直流使其与管道进行直接的连接，根据相关研究显示，起步筋能够起到较好的抗干扰效果，还能够在一定程度上起到节约成本的作用；（2）安装交流干扰排流防护措施：安装例如牺牲阳极接地、直地接地、嵌位式排流装置等交流干扰排流防护措施，避免直流杂散电流发生流入的情况，同时也能够避免以及保护电流发生流失的情况，从而有效避免发生杂散电流腐蚀的情况。

针对以上问题，我们还需要建立起合理的、精确的模型进行评价和管理，通过试验或是根据理论依据对管道的交流腐蚀进行更加精确的分析，并选择更适宜的材料以及更适合的设计对杂散电流腐蚀的情况进行防护，以逐步达到避免发生杂散电流腐蚀的目的。

参考文献

[1]吕义超，沈卫凯，钱玉华.榆济天然气管道交流杂散电流的检测与防护[J].腐蚀与防护，2018，（5）：355-358.

[2]吴燕.干扰下埋地管道阴极保护输出调整基础研究[M].西南石油大学硕士论文，2011.

[3]封琼，张亚萍，汪洋，等.基于埋地金属管道杂散电流的腐蚀与防护[J].腐蚀与防护，2017，（2）：91-95，118.

作者简介：孙彤，北方华锦集团储运分公司，助理工程师，从事安全环保方向。

（作者单位：中国兵器北方华锦集团储运分公司）