中美管道交流干扰腐蚀防护标准差异分析

王品贤，蔡亮，李建国，李磊，侯涛，李欣妍

（1.中国石油天然气管道局工程有限公司管道投产运行分公司， 河北 廊坊 065001）

（2.中国航油集团津京管道运输有限责任公司， 天津 300300）

（3.中国石油西南管道天水输油气分公司， 甘肃 天水 741002）

（4.中国石油天然气股份有限公司管道济南输油气分公司， 山东 济南 250000）

（5.中国石油青海油田分公司管道输油处， 青海 格尔木 816000）

随着我国电力和管道行业的建设发展，管道和输电线路共用路权带做法已越来越普遍，管道与输电线路并行、交叉和靠近敷设的安全问题日益突出[1]。输电线路会对埋地管道产生较强的交流干扰腐蚀。研究输电线路对埋地管道和人员安全的影响具有实际意义，特别是管道施工人员、阴极保护检测人员、管道维护人员和安全工程师。随着750kV以上等级高压输电线路的应用，对管道设计和安全运行提出了更高要求[2]。国外基于大量实验、现场测量、案例分析和工程应用，制定了管道交直流干扰防护的标准。我国根据管道建设和运行的需求，总结管道交流干扰防护的实践经验制定了国家标准。本文研究了国内外管道交流干扰腐蚀防护标准的重要差异，结合我国管道腐蚀控制技术现状，提出了国内标准改进建议，以供标准管理部门和腐蚀技术人员参考。

1 中美管道交流干扰腐蚀防护标准

我国管道交流干扰腐蚀防护主要执行GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》，2011版修订了交流腐蚀的识别、评估、调查与测试、监测等方面的内容，以及减轻交流电和雷电对管道腐蚀控制系统影响的防护技术。GB/T 21447-2018《钢质管道外腐蚀控制规范》也规定了干扰防护的要求。

美国标准NACE SP0177-2014 Mitigation of Alternating Current and Lighting Eあects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems（减缓交流电和雷电对金属构筑物和腐蚀控制系统影响的标准规程），由“T-10B干扰问题委员会”在1977年7月首次发布，1983年和1995年进行了两次修订，2000年重新确认有效。考虑该问题未来研究和现场实践的需求，NACE成立专门技术组“STG 05阴极/阳极保护”。该标准由技术组“TG 025交流供电系统附近腐蚀控制与缓解影响的安全程序”在2007年和2014年进行了两次修订。该标准规定了金属构造物和腐蚀控制系统在设计、施工、操作和维护过程中减缓雷电和交流输电系统影响方面行业公认的做法和措施，包括正常运行情况下持续干扰防护方面的固态去耦合器排流防护新技术，以及电力故障和雷电冲击防护方面的集中接地、接地垫、屏蔽线等措施。

2 交变电流和雷电对管道影响的形式

NACE SP0177阐述了交流供电系统和雷电对金属构筑物的影响及物理作用机理，包括电阻耦合、电容耦合、电感耦合、雷电电弧、开关冲击或其他瞬变电流等形式。我国标准GB/T 21447和GB/T 50698未规定交变电流和雷电的影响和机理等内容。

针对输电线路导致的管道交流腐蚀问题的机理还未达成共识，目前较为公认的观点认为影响管道交流腐蚀的因素有：感应的交流电压；裸露金属上的交流电流密度；管道直流电流的极化程度；防腐层破损点尺寸；周围的土壤电阻率；周围的土壤化学成分[3]。建议借鉴美国标准，补充管道交流腐蚀机理的内容，提高我国标准的全面性和综合性。

3 管道保护措施设计原则

NACE SP0177规定减缓交流输电线路对管道影响的保护措施设计应考虑稳态条件和故障条件，稳态条件包括正常、紧急状况和未来载荷条件下的接触电压和最大管道电位，故障条件包括接触和跨步电压，避免管壁击穿、电弧烧伤和涂层可承受应力外加电压等。输电线路故障条件下，电感耦合和电阻耦合作用叠加，感应电压幅度增大。感应电位的幅度取决于下列因素：

（1）管道与输电线路之间的分隔距离；（2）并行长度和输电线路电流量级；（3）输电线路导线布置的变化或间隔距离的变化；（4）输电线路上用作避雷线的导线类型；（5）管道涂层电阻；（6）管道接地；（7）土壤电阻率。

我国标准GB/T 21447规定根据实际情况管道可采用一种或多种防护措施。选取防护措施应考虑下列因素：（1）干扰源与管道的相互位置关系；（2）干扰形态和程度；（3）干扰范围及管道阳极区、阴极区和交变区的位置；（4）管道周围地形、地貌和土壤电阻率等环境因素；（5）管道防腐层绝缘性能；（6）管道现有防护措施的应用效果。

针对管道交流干扰腐蚀防护措施设计原则，美国标准设计原则是降低管道上的感应电压，并分为稳态和故障条件下的多种感应电压类型，给出了感应电压的影响因素，以感应电压作为缓解措施设计目标。中国标准是分析干扰源的性质、特点和程度，以确定防护措施类型。美国标准侧重管道和供电系统在规划、设计和施工阶段解决二者的相互影响。中国标准侧重管道运行维护中安全间隔不足或者已检测存在交流干扰腐蚀情况下，而采取相应的防护措施。二者区别在于“主动型”和“被动型”防御策略，美国标准更具有前瞻性。

4 管道交流干扰腐蚀防护技术

NACE SP0177-2014规定的可以有效缓解交流供电系统和雷电影响的管道交流干扰腐蚀防护措施包括故障屏蔽、集中/独立接地、梯度控制线/垫、管道等电位跨接、分布式阳极、套管、绝缘接头、绝缘短接、电解接地电池、固态直流去耦合器、极化电池和过电压保护器等。中国标准GB/T 21447规定的管道干扰防护措施包括排流保护、阴极保护、防腐层修复、等电位连接、绝缘隔离、绝缘装置跨接和屏蔽等。GB/T 50698规定在存在直流杂散电流干扰影响的管段进行持续交流干扰防护时，宜采用去耦隔直装置。

经调研，国内管道干线应用最广的交流排流技术是钳位式排流，排流器主要由钳位式排流节组成，钳位排流节由三只硅二极管组成。集中接地防护技术在油气站场应用普遍，在线路监视阀室、监控阀室及进出工艺站场处设置低电压电涌保护装置与接地连接的集中接地排流防护。目前国内排流设施的应用广泛，但缺乏对其性能的长期跟踪测试与评价，许多情况下甚至无法或不会判断排流器的性能[4]。在排流器出现故障情况下，也不能做到及时维修。

美国标准规定的管道交流干扰腐蚀防护技术更多样化。调研国外应用广泛的是固态去耦合器加接地排流技术，也是美国腐蚀工程师协会NACE和国际管道研究理事会推荐的首选方式，主要用于持续干扰的交流排流和故障下的强电冲击屏蔽保护。该技术特点是一种隔直不隔交的排流方法，除了能将允许超过一定范围内的交流电压排流外，还可以阻止阴极保护电流的流失，同时具有抗大电流冲击强、提供过压保护等优点。

5 管道交流干扰人员安全

埋地管道交流干扰电压产生的危害主要是金属腐蚀和人身安全两方面。危险等级取决于感应电位和接触持续时间。交流电位应降至安全水平，防止电击伤害。NACE SP0177规定了金属构筑物施工、运行、施工、系统运行、腐蚀测量和阴极保护系统维护过程中人员接触交流电位的风险和安全规程。输电线路对管道和人员的电危害可参考人体电阻阻值。成年男性身体平均的手到手或手到脚电阻在600Ω到10000Ω之间。用于估计身体电流的安全值为手到手或手到脚电阻1500Ω。人体肌肉收缩特性研究表明，在6到20mA范围内，成年男性触电之后将无法摆脱。通常确定10mA为手到手或手到脚的最大绝对安全通过电流。保守设计甚至使用更低的数值。15V外加交流电压通过1500Ω载荷会产生10mA的电流，NACE SP0177设定的交流电压为15V。因此，NACE SP0177从人身安全角度出发，认为15V交流开路电压或超过5mA电流密度构成了预期的电击危险状态，交流感应电压最大不应超过15V。审慎设计针对特殊情况采用更低的数值。

中国标准GB/T 21447规定交流电对高性能防腐层埋地管道的干扰可按15V交流开路电压进行判定，在有安全防护措施时，判断指标可适当放宽。该标准给出的15V限制也是参考NACE SP0177。我国对管道防腐专业特低电压限值还缺少试验数据和工程经验数据，我国管道行业尚无人体长时间安全电压规定的相关标准，由工程技术人员根据实际情况确定。

6 结论和建议

通过研究新版美国标准NACE SP0177-2014与我国标准的重要差异，该标准对于改进我国管道交流干扰腐蚀防护标准和保障人员人身安全具有借鉴意义。

（1）国内标准应补充管道交流腐蚀机理方面的内容，以提高我国标准的全面性和综合性。

（2）建议在管道和输电线路规划、设计和施工阶段，以降低管道上的感应电压为准则，作为减缓管道交流腐蚀干扰措施的设计目标。

（3）建议国内标准目前国外应用广泛的固态去耦器加接地（如：裸铜线或锌带）排流技术。

（4）我国油气管道行业尚无人体长时间安全电压规定的相关标准，建议相关标准增加持续或瞬间干扰下对操作和公众人员的安全电压指标相关内容要求。

◆参考文献

[1] 王世伟，张连来，何煦. 输油管道与稳态高压交流输电线路并行规律[J].油气储运，2015，34(11)：1208-1213.

[2] 祝兴辉，王树辉，韩月红. 交流高压线对埋地管道阴极保护影响研究[J].管道技术与设备，2019，(2)：60-62.

[3] 赵君，丁俊刚，何飞，等. 埋地管道交流感应电压影响因素分析[J].管道技术与设备，2013，(6)：7-9+16.

[4] 李明，王晓霖，蒲宏斌，等. 埋地油气管道杂散电流检测与防护[J].北京石油化工学院学报，2014，(4)：49-53.