地铁动态直流电流干扰下管道阴极保护有效性测试技术*

(国家管网公司沈阳龙昌管道检测中心,辽宁 沈阳 110000)

随着国内城市轨道交通的发展，城市燃气等埋地管道遭受杂散电流干扰导致腐蚀穿孔时有发生，给管道造成重大安全隐患[1]。国内外对动态直流干扰开展了广泛的研究以及测试[2-5]。通过确定检测方法，并获取有效数据，评价直流对管道的动态干扰，因此开展动态直流干扰管段测试技术研究具有一定的工程应用价值。

1 阴极保护的有效性

动态直流干扰管段极化电位测试主要是为了确定该管段的阴极保护有效性。AS 2832.1—2004《金属的阴极防护.管道和电缆》中规定，阴极保护有效性的测试可包括电位连续监测和瞬间断电电位,可采用试片法和探头法等。BS EN 50162—2004《直流系统中杂散电流引起腐蚀的防护》中规定了杂散电流干扰的识别和测试方法，在动态直流干扰条件下，应对管道电位进行连续监测(如24 h，以覆盖干扰最严重的时刻)。2009年，滕延平等[6]在铁大线管道196—197号测试桩采用密间隔电位法(CIPS)进行了应用实践。但该方法的实施对经验要求较高，补偿后结果的真实性无法得到保证。CIPS亦无法准确测量管道断电电位,因此采用CIPS测试以及补偿修正CIPS测试结果的方法，并不太适合动态干扰下的阴极保护有效性评价。

文献[7]指出了探头法以及使用测试电流的优越性。在实际工程中，试片断电法由于其操作简单，成本低廉，更加广泛地应用于管段阴极保护有效性测试。根据现场工况条件选用不同的方法进行比较，确定测量的最佳方案，为管道动态直流干扰测试和防护提供参考。

2 阴极保护设施调查及测试

2.1 干扰源的调查

(1)确定管道与地铁位置。对管道附近的地铁站和地铁线路、管道与地铁交叉处进行定位，确定管道与地铁并行段的距离，确定管道附近最近地铁站与管道的距离。

(2)确定地铁供电系统。确定地铁供电方式、供电系统的组成、供电系统的电压和电流以及供电电流的馈电情况等。

(3)对地铁运营时间进行调查。确定早高峰以及晚高峰的时间段，确定地铁列车停运时间段，确定开站及闭站时间，确定列车平均间隔时间，对列车时刻表进行调查，确定离管道最近的地铁站首末车时间。

2.2 干扰状况的测试

在测试管段选取一定数量的管道测试点对管道交直流电位进行24 h连续测试。测试点选取(1)管道与干扰源交叉、距离突变、近距离并行的位置。(2)管道正向偏移频次较高的位置。(3)管道负向偏移频次较高的位置。(4)管道附近土壤电阻率较低，易杂散电流泄放的位置。

根据24 h监测状况以及全段管道测试点交直流电位、以往数据对比确定干扰管段阴极保护有效性的变化规律。

2.3 阴极保护附属设施的调查

对站场和阀室设施的绝缘性能进行测试，确定设施绝缘性的优劣。对阴极保护运行参数进行测试，确定恒电位仪工作方式、保护电位、控制电位、输出电流、输出电压、回路电阻、辅助阳极状况和恒电位仪规格等，并对恒电位仪通电点电位和输出电压进行24 h电位监测，确定阴极保护运行的有效性。

3 管道阴极保护有效性的测试

对测试的动态直流干扰管线划分若干个管段，每个管段选取若干个测试点。测试点选取(1)管道与干扰源交叉、距离突变和近距离并行的位置。(2)管道电位波动振幅较大的位置。(3)管道正向偏移频次较高的位置。(4)管道电位负向偏移频次较高的位置。(5)管道附近现场测试的土壤电阻率较低处。

3.1 断电电位测试

采用UDL-2数据记录仪进行试片通/断电电位测试，通电时间为4 s，断电时间为1 s，延时为50 ms，采样频率为1 次/s。采用裸露面积为10 cm2的钢质试片，采用铜饱和硫酸铜参比电极，试片极化时间为24 h，数据记录时间为24 h。

根据测试结果，绘制管段断电电位分布图及24 h测试图，如图1和图2所示。

图1 管道测试点断电电位分布

3.2 直流电流的连续测试

对同一测试点进行24 h直流电流测试，将24 h直流通断电位与直流电流进行对比，分析两者之间的规律，计算管道流入和流出的时间比，确定电流的基准值、最大值和最小值。测试结果如图3所示。

3.3 固态去耦合器的影响

选取测试点进行固态去耦合器非排流状态和排流状态通断电电位的测试。对比两种状态相比下通电电位波动范围和频次，如图4和图5所示。

图4 排流状态下管道测试点通断电位测试

图5 非排流状态下管道测试点通断电位测试

4 检查片的安装测试

4.1 检查片的安装

每处位置安装6支检查片，在埋设后不少于3个月、1 a和2 a等3个时间节点上，每次分别取出1支自然腐蚀试片和1支与管道连接的试片，进行质量损失分析。鉴于腐蚀后果观察需要一定的时间，根据以往的经验，经3个开挖时间节点分别设置在不少于3个月、1 a和2 a。

选点：(1)现场地形地貌适合开挖；(2)考虑管道附近埋深对开挖的影响；(3)考虑前两轮数据中腐蚀程度较严重的测试点；(4)根据已经划分的管段选取测试点。

根据检查片腐蚀速率的大小，确定测试点阴极保护的优劣，对比自然腐蚀和阴极保护条件下的腐蚀速率的大小。

4.2 电阻探头的测试

现场管段选定两处位置安装电阻探头，探头裸露面积分别为1 cm2和10 cm2，通过测试安装电阻探头的电阻大小，分析腐蚀速率的大小，对检查片的测试结果进行补充。选点原则为探头裸露面积为1 cm2，选择管段中交流电流较大的测试点，而探头裸露面积为10 cm2为直流通电电位较高的测试点。进行7 d现场测试及不少于3个月埋设测试。该方法可以较好地获取测试点阴极保护有效性状况。

另外,可以通过检测开挖点外壁腐蚀数据和内检测腐蚀数据，确定阴极保护的有效性。

5 结 语

(1)地铁动态直流电流干扰下阴极保护有效性测试可以很好地反映受到地铁干扰管段的阴极保护状况，对管道防护具有一定的指导作用。

(2)研究和总结了一套完整的动态直流电流干扰下阴极保护有效性的测试方法，该方法得到了现场大量数据的验证，具有一定的适用性。