浅谈关于地铁对埋地钢质管道直流干扰影响的防护

(惠州市大亚湾华德石化有限公司，惠州 516081)

近年来，我国城市规模不断扩大，地铁总里程相应增长。然而，在我国发达地区(华东区域、华南区域等)由于受到土地限制，埋地钢质管道不可避免会与地铁邻近或交叉。杂散电流会导致埋地钢质管道发生严重的腐蚀，一般集中于电阻小的局部位置，如防腐蚀层破损处，强度大，可使金属溶解量大大增加，在短时间内引发管道腐蚀穿孔。杂散电流的存在给城市埋地输气、输油、输水等金属管线的安全运行带来了巨大隐患。

国内于1988年开始提出埋地钢质管道与杂散电流排流与阴极保护技术[1]；于2000年前后开始研究直流杂散电流特别是地铁造成的直流杂散电流对埋地钢质管道造成干扰的机理、腐蚀问题和防护方法[2-5]；于2010年前后出现了地铁直流杂散电流对埋地钢质管道特别是城镇燃气管道造成干扰的腐蚀防护案例[6-8]，但对地铁开通前后埋地钢质管道受干扰情况的对比分析较少。本工作对地铁开通前后，附近埋地钢质管道阴极保护电位的波动和干扰规律进行了现场检测，并根据现场实际情况采取了防护措施，以期为受直流杂散电流干扰的埋地钢质管道的测试、评价和缓解防护提供新思路。

1 问题提出

某城市地铁于2017年底投入运营，经过测算，地铁轨道距离所研究的管道最近处不到800 m，并行长度约11 km。在地铁投入运营后，立即开展了受干扰段埋地钢质管道阴极保护电位的检测和长期监测，并与地铁投运前的数据进行对比，见表1，本文中所使用的参比电极均为Cu/饱和CuSO4参比电极(CSE)。

由图1可见：地铁运营后，管道通电电位波动幅度变大，波幅最大值达到6.37 V，而地铁运营前的管道通电电位波幅最大值仅为1.84 V，这说明2017年底前该段管道受较小的直流干扰，而新建地铁运营后该段埋地管道受到的直流干扰大大增加。

表1 地铁投运前后的管道通电电位Tab. 1 On-potential of the pipeline before and after the operation of subway V

图1 地铁运营前后的管道通电电位波动幅度Fig. 1 Fluctuation range of on-potential of pipeline before and after subway operation

为了进一步研究地铁对埋地钢质管道通电电位和断电电位的影响，采用6.5 cm2圆柱形试片和数据记录仪(uDL2)对距离地铁最近的两处测试桩7#和8#的电位进行监测，结果见图2。

由图2可见：7#和8#测试桩处的通电/断电电位在夜间0∶00～5∶30时是平稳的，而在其他时间段内波动剧烈，符合受地铁直流杂散电流干扰的管道电位变化特征。同时查阅该地铁运营时间，地铁停止运行的时间段与测试桩处电位恢复平稳的时间段基本吻合。

2 国内外技术标准及评价

GB/T 21447—2018《钢质管道外腐蚀控制规范》中指出，在一般土壤和水环境中，无IR降阴极保护电位EIRFree，应处于-0.85～-1.20 V，直流干扰防护措施及防护效果应满足GB 50991—2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》的有关规定：已投运阴极保护的管道，当干扰导致管道不满足最小保护电位要求时，应及时采取干扰防护措施。

(a) 测试桩7#

(b) 测试桩8#图2 测试桩7#和8#处的电位监测结果Fig. 2 Potential monitoring results at piles 7# and 8#

采用数据记录仪和试片，对受地铁影响的管段进行长时间断电电位测试，发现该段管道除通电电位剧烈波动外，断电电位亦剧烈波动，波幅最大值达0.770 V，见表2。对于受直流杂散电流特别是动态直流杂散电流干扰的管道，断电电位亦剧烈波动的情况，国内标准未能明确提出判断其阴极保护达标与否的标准[9]。

GB 50991—2014的附录中，列出了澳大利亚国家标准《Cathodic protection of metals Part 1:Pipes and cables》AS2832.1—2004中关于受杂散电流干扰的埋地结构的保护准则，供使用者参考。

目前，该标准已经更新至AS2832.1—2015，该标准中关于动态直流干扰的评价如下：

在评价牵引电流的影响时，应记录足够长时间的电位以确保所得数据包含最大程度的杂散电流影响。这个时间段包括早晚用电高峰，一般为20 h。如果用数据记录仪监测电位，采样频率应每分钟至少4次。受牵引电流影响构筑物的阴极保护电位准则根据构筑物极化时间的不同而异。

表2 受地铁影响管道的断电电位测量结果Tab. 2 Measurement results of the off-potential of pipeline affected by the subway V

对于短时间极化的构筑物，防腐蚀层性能良好的构筑物或已证实对杂散电流的响应为快速极化和去极化的构筑物，应遵循以下准则：

电位正于保护准则(钢铁构筑物电位为-850 mV )的时间不应超过测试时间的5%；

电位正于保护准则+50 mV(钢铁构筑物电位为-800 mV)的时间不应超过测试时间的2%；

电位正于保护准则+100 mV(钢铁构筑物电位为-750 mV)的时间不应超过测时间的1%；

电位正于保护准则+850 mV(钢铁构筑物电位为0 mV)的时间不应超过测试时间的0.2%。

考虑到本次杂散电流的实际情况，本项目采用AS2832.1—2015标准来进行直流干扰评价，并进行效果评定。

3 直流干扰防护措施

GB50991—2014提出了四种直流排流保护方式，即直接排流、极性排流、强制排流和接地排流。考虑到现场实际情况，选用了接地排流方式作为该管道的直流干扰防护措施，采用在距离地铁最近的7#和8#测试桩处埋设10支高电位镁阳极和极性排流器的方式。

4 直流干扰防护效果评价

在防护措施施工完成后，利用数据记录仪长时间监测测试桩处的阴极保护电位，结果见图3。采用AS2832.1—2015标准对直流干扰防护效果进行评价，直流干扰防护措施完工后，断电电位正于-850 mV 数据百分比均小于5%，满足该标准要求，见表3。但通过数据仍可以看到，防护施工后断电电位正于-850 mV的比例较多，考虑到后期地铁机车频次的增加会导致管道受干扰的强度增大，本工程将会继续对强制排流的方式进行研究。

表3 防护施工前后正于-850 mV的断电电位百分比Tab. 3 The percentage of off-potential above -850 mV before and after protection construction

(a) 7#桩

(b) 8#桩图3 防护施工后测试桩7#和8#处的电位监测结果Fig. 3 Potential monitoring results at piles 7# and 8# after protection construction

5 结论

(1)地铁运营后，附近埋地钢质管道的通电电位与运营前的相比波动加剧，断电电位亦有较大波动；

(2)鉴于国内标准中未明确提出受动态直流干扰管道断电电位剧烈波动的情形下，直流干扰评价的标准，本工程借鉴采用AS2832.1—2015标准进行直流干扰评价，并进行效果评定；

(3)实施镁阳极排流措施后，管道阴极保护水平明显提升，可满足AS2832.1—2015标准要求；

(4)建议国内相关机构和标准制定者，适时修订GB 50991中的有关条款，增加有关直流干扰评定的描述；

(5)由于采取直流干扰排流措施后，两处测试桩均存在断电电位正于-850mV的情况，建议增加该处的监测频率，并在合适的时候增设强制排流措施进行排流。