甬台温管道杂散电流干扰防治措施*

罗勇 周斌 张海雷

1浙江省天然气开发有限公司

2中国石化石油工程设计有限公司

甬台温天然气管道与甬台温成品油管道从天然气春晓首站至瑞安站段并线敷设，并线长度341.47 km。甬台温天然气管道外防腐采用三层PE涂层，阴极保护采用强制电流保护法。并线段管道的线路阴极保护站为春晓首站、奉化分输站、宁海分输站、临海分输站、温岭分输站、龙湾分输站、瑞安分输站。甬台温成品油管道与甬台温天然气管道从成品油管道2#咸祥阀室至瑞安飞云油库段并线敷设，并线长度341.47 km。甬台温成品油管道外防腐采用三层PE 涂层，阴极保护采用强制电流保护法。并线段管道的线路阴极保护站为2#咸祥阀室、宁海分输泵站、临海分输泵站、11#清北阀室、灵昆清管站、瑞安末站。由于甬台温天然气和成品油管道与高铁和高压输电线路存在多处的伴行和交叉，导致管道出现了交流、直流杂散电流的干扰[1-4]。埋地管道防腐层和管体会被瞬时强大的电流击穿，导致管道外防腐层出现破损。腐蚀性物质通过破损点接触管道金属，出现腐蚀。同时电流也经过破损点流入管道，干扰阴极保护系统的正常工作，进一步加速腐蚀。另外，这些杂散电流和电压会严重威胁周围人员的安全。因此，采取措施减少杂散电流干扰，十分必要和紧迫[5-6]。

1 高铁和高压输电线的干扰

1.1 天然气管道杂散电流干扰严重区域

经过对《甬台温天然气管道杂散电流及阴极保护检测报告》数据的分析，交流干扰区域集中在以下区域：莼湖阀室—江瑶阀室—宁海分输站段，该段管线与甬台温高铁、输电线路伴行、交叉；澄江阀室附近，该处管线周边存在输电线路；南乐阀室—乐成阀室之间南岳镇段管线周边存在高压线。

从阴极保护系统投运前的地电位梯度、管道直流电位检测数据来看，整条管道均受到了一定的直流干扰，但位置不同其干扰规律也不同：阴极保护系统投运前，D01～FA21段、CA05～CB30 段、DC19～DC35 段、1553～2D 段、1283～1251 段 管线直流电位正向、负向波动，电位波动幅度较大，其余管段直流电位以负向波动为主。阴极保护系统投运后，直流干扰受到了抑制，干扰程度有所减弱。断电电位的波动小于通电电位的波动程度。从37处24h的通/断电检测数据来看，FA4、FA3、FA2、FA12、FA13-2、FA22-1、FA17、FA20、FA22-1 处的断电电位波动，其余位置断电电位较为稳定，但尚未达到阴极保护要求，主要表现为欠保护。

1.2 成品油管道杂散电流干扰严重区域

经过对《甬台温成品油管道杂散电流及阴极保护检测报告》数据的分析，交流干扰区域集中在以下区域：咸祥阀室—宁海分输站段，该段管线与甬台温高铁、输电线路伴行、交叉；莼湖阀室—西店阀室之间的管线周边存在高压输电线路；澄江阀室附近，该处管线周边存在输电线路。从阴极保护系统投运前的地电位梯度、管道直流电位检测数据来看，整条管道均受到了一定的直流干扰，但位置不同其干扰规律也不同：阴保系统投运前，D01～CB60 段、DC24～DC35 段、1553～3D 段、1291～1251 段管线直流电位正向、负向波动，电位波动幅度较大；阴极保护系统投运后，直流干扰程度有所减弱。从全线近期的通/断电检测数据来看，通、断电位均有波动，但波动幅度与系统投运前的检测报告数据相比较小，D06～SL10 段、CA2～CB10 段的断电电位未达到阴极保护要求，主要表现为欠保护。

1.3 杂散电流干扰的危害

杂散电流干扰会导致管道产生腐蚀，甚至威胁人员的生命安全。直流杂散电流干扰的存在极大地影响管道的运行安全，会造成绝缘器件（如阀室绝缘卡套）的损坏，影响相关设备（如恒电位仪）的正常运行，同时会导致管道出现严重的腐蚀。尽管交流干扰引起的腐蚀强度要比直流干扰小得多，大约为直流干扰的2%或更小；但是交流干扰对管道具有去极化作用，会加剧腐蚀，形成一定数量的穿孔，同时加速绝缘层的老化，引起防腐层的剥离脱落，阳极保护系统的正常运行受到影响，特殊情况下，产生的高感应电压会迅速击穿绝缘层，击毁阴极保护设施，甚至严重威胁人员安全。

1.4 杂散电流干扰的防护方式

本工程管道沿线与甬台温高铁以及多条高压输电线路伴行或交叉，部分管段交流干扰较为严重，因此要采取相应的干扰防护措施。

管道交流干扰防护措施主要有以下几类：①屏蔽：如金属格栅、防护棚洞等；②隔离：如在被干扰段设置绝缘接头或绝缘法兰；③接地：通过排流接地体将干扰产生的电流引入大地，减轻交流干扰。

目前，较为常用的还是采用接地排流的方式，GB/T 50698《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》中提到了相关的排流接地方式：直接接地、负电位接地和固态去耦合器接地。

直接接地适用于阴极保护站保护范围小的被干扰管道，具有简单经济、减轻干扰效果好的优点；应用范围小，漏失阴极保护电流。

负电位接地适用于受干扰区域管道与强制电流保护段电隔离，且土壤环境适宜采用牺牲阳极阴极保护的干扰管道，具有减轻干扰效果好、向管道提供阴极保护的优点；管道进行瞬间断电测量与评价阴极保护有效性实施困难。

固态去耦合器接地适用范围广，能有效隔离阴极保护电流，减轻干扰效果好；额定雷电冲击及故障电流通流容量大，装置抗雷电或故障电流强电冲击性能好。

2 干扰防治措施

2.1 管道交流杂散电流

由于天然气管道、成品油管道均采用强制电流阴极保护系统进行保护，为防止阴极保护电流流失，干扰防护采用固态去耦合器。与电气化铁路交叉处的排流点的接地体采用带状锌合金阳极及棒状锌合金牺牲阳极，锌带沿管道敷设；其余排流点的接地体采用棒状锌合金牺牲阳极。

2.1.1 固态去耦器和锌阳极的技术性能要求

固态去耦合器是一种集嵌位式排流与浪涌保护器于一体的交流干扰防护装置，具有较高的交流故障电流、雷电电流通流能力和极低的电压保护水平。它可安装在管道附近的高压输电线路铁塔及其接地系统附近、高压输电线路与管道并行段的公共走廊内、管道与输电线路交叉位置处的两侧，用来降低管道上感应的交流杂散电流及部分直流杂散电流对埋地管道的影响。

去耦器供货商应提供独立第三方权威检测（认证）机构出具的技术性能检测报告，确保其满足设计要求。固态去耦器技术及性能要求见表1。

锌合金牺牲阳极成分中锌的含量应不小于99.314%，高纯锌合金中锌的含量应不小于99.99%，其他元素含量应符合相关标准规定。

2.1.2 施工要求

每处干扰排流点设1 台固态去耦合器，固态去耦合器应设有混凝土基础，以增强其安装的牢固性和安全性。供货商应进行现场技术指导，固态去耦合器的安装、接线和调试等必须在供货商的指导下进行。

与电气化铁路交叉处的排流点沿管道敷设2 根锌带、6 支ZP-8 棒状锌阳极，锌带与管道间距不小于2.5 m，埋深与管道中心平齐；其余排流点埋设30 支ZP-3 棒状锌阳极。若由于征地困难等因素导致分布式排流无法实施，在征得业主、设计同意后可以考虑采用深井式排流，但要结合地质条件确定。

棒状锌合金牺牲阳极的埋设必须采用化学填包料，填包料厚度大于100 mm，应采用布袋包装回填，严禁使用化纤织品预包装，填包料包装可在室内进行。填包料应调拌均匀，不得混入石块、泥土和杂草等。填包料配方为石膏粉∶膨润土∶工业硫酸钠=75∶20∶5。

表1 固态去耦合器主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of solid state decoupler

固态去耦合器与管道的连接采用铜焊，电缆截面积不小于35 mm2。焊接完成后采用黏弹体胶带+聚丙烯胶带对破损的防腐层进行修复。

2.2 天然气管道直流杂散电流

甬台温天然气管道直流电位正向、负向波动较为严重的区域为D01～FA21 段、CA5～CB30 段、DC19～DC35 段、1553～2D 段、1283～1251 段，其 中FA26～FA17-1 段、DC26～DC29 段、1288～1261 段交流干扰较为严重，考虑到固态去耦合器在交流排流的同时，超过阈值电压后同样可以进行直流排流，因此在交/直流共存段采用固态去耦合器进行排流，但固态去耦合器的阈值电压应根据现场检测结果进行确定；其余干扰严重段采用极性排流器进行排流，排流接地体采用锌带、棒状锌阳极。

其余段管道受到的干扰较弱，阴极保护系统投运后，检测单位对SL7、SL13 进行了24 h 的通电、极化电位检测，检测结果见图1、图2。从图中可以看出，SL7、SL13 的极化电位未达到标准规范要求，主要表现为欠保护，目前尚不能确定该问题是否可以通过调节线路阴极保护系统的输出来解决，因此方案阶段暂考虑沿线设置镁合金牺牲阳极作为阴极保护补充措施，具体根据检测情况确定。

2.3 成品油管道直流杂散电流

甬台温成品油管道直流电位正向、负向波动较为严重的区域为D01～CB60 段、DC24～DC35 段、1553～3D 段、1291～1251 段，其中FA26～FA17-1段、DC26～DC29 段、1288～1261 段交流干扰较为严重，在交/直流共存段采用交/直流排流器进行排流，在交流干扰严重段采用固态去耦合器进行排流，在直流干扰严重段采用极性排流器进行排流。

2.3.1 极性排流器和镁合金牺牲阳极的技术性能要求

极性排流器供货商应提供独立第三方权威检测（认证）机构出具的技术性能检测报告，确保其满足设计要求。极性排流器技术及性能要求见表2。

镁合金阳极为梯形（每支22 kg），镁合金阳极化学成分及化学性能满足相关标准要求。

图1 SL7 的通电、极化电位曲线Fig.1 Power-on，polarization potential curve of SL7

图2 SL13 的通电、极化电位曲线Fig.2 Power-on，polarization potential curve of SL13

表2 极性排流器主要技术参数Tab.2 Main technical parameters of polarity drainager

2.3.2 施工要求

极性排流器参考固态去耦合器进行安装，接地体为30 支棒状锌阳极（每支25 kg）。甬台温天然气管道的梯形镁阳极暂考虑10 组，每组包含6 支阳极，利用沿线测试桩同管道相连。

3 结束语

(1)埋地金属管道受到直流、交流杂散电流干扰将造成严重腐蚀，并危害人员安全，应根据工程具体情况采取有效措施。

（2）通过采取不同措施，有针对性地解决了交流和直流杂散电流对天然气管道和成品油管道的干扰，使得杂散电流及时排出，降低了腐蚀风险。