王成 吳翔 郭永 劉貴江

西部管道塔里木輸油氣分公司管道科

摘要：庫鄯輸油管道近年來受外部交流干擾日趨嚴重。為提升管道完整性管理水平，全面評價管道腐蝕風險，對庫鄯管道受電力輸送線路和牽引鐵路交流干擾程度開展檢測評價，對電氣化鐵路引起的沖擊式交流干擾進行了研究，提出當前國內(nèi)外交流干擾評價標準有關(guān)電氣化鐵路干擾評價適用性存在問題。

關(guān)鍵詞：輸油管道；交流干擾；電氣化鐵路；評價準則

近年來國內(nèi)多條管道發(fā)生交流干擾造成管道腐蝕情況，交流干擾來源包括電氣化鐵路、交流輸電線路等[1-3]。在國內(nèi)外報道的埋地鋼質(zhì)管道交流干擾案例中，交流輸電線路干擾占多數(shù)，防腐層性能優(yōu)異的管道受到的干擾更強烈，比如3PE或FBE防腐層管道[4]。塔里木輸油氣分公司庫鄯輸油管道全長266 km，管徑610 mm，壁厚7.11 mm～11.1 mm，采用3PE防腐層和外加電流陰極系統(tǒng)保護，全線共設(shè)置2座站場和10座閥室，6座陰極保護站。

庫鄯管道沿線與多處交流輸電線路平行或交叉，與交流牽引鐵路長距離并行，在以往常規(guī)檢測中曾發(fā)現(xiàn)管道交流電壓較高現(xiàn)象。為了準確評估庫鄯管道交流干擾風險，開展了雜散電流干擾檢測評價專項工作，本文介紹相關(guān)研究成果，為解決類似干擾問題提供借鑒。

1  交流干擾評價準則

本次交流干擾風險評價依據(jù)國標GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》和國際標準ISO 18086―2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria》。

GB/T 50698―2011規(guī)定，管道交流干擾電壓不高于4 V時，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時，應(yīng)采用交流電流密度進行評估；管道受交流干擾程度“強”“中”“弱”判定指標分別為：＞100 A/m2，30 A/m2～100 A/m2，＜30 A/m2；“強”應(yīng)采取交流干擾防護措施；“中”宜采取交流干擾防護措施；“弱”可不采取交流干擾防護措施。

ISO 18086―2019規(guī)定，陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、維護應(yīng)確保交流電壓水平不會引起交流腐蝕。因工況多變，不存在單個通用閾值。通過降低管道交流電壓和電流密度來實現(xiàn)交流腐蝕控制。

第一步，交流電壓應(yīng)該降到15 V（rms）以下。該電壓數(shù)值為某時間段內(nèi)測量值的平均值（24 h）；第二步，為了有效控制交流腐蝕，要滿足ISO 15589―1―2015《Petroleum，petrochemical and natural gas industries—Cathodic protection of pipeline systems—Part 1：On-land pipelines》陰極保護電位要求，且在1 cm2試片或探針上測量得到的有代表性時間段內(nèi)（24 h）的平均交流電流密度（rms）低于30 A/m2，或如果大于30 A/m2，在1 cm2試片或探針上測量得到的有代表性時間段內(nèi)（24 h）的平均直流電流密度低于1 A/m2，或在代表性時間段內(nèi)（24 h）交流電流密度（Ja.c.）與直流電流密度（Jd.c.）之比低于5。

2  檢測結(jié)果與討論

2.1  陰極保護有效性檢測結(jié)果

庫鄯管道共有4套陰極保護系統(tǒng)，分別位于庫爾勒原油站、4#閥室、馬蘭中間站、1#陰極保護站。表 1檢測結(jié)果表明，4臺恒電位儀實際輸出電流、輸出電壓、參比電位與儀表面板顯示基本一致，恒電位儀均正常。

表 1 庫鄯管道陰極保護系統(tǒng)參數(shù)

（1）測試樁通電電位普測結(jié)果

使用萬用表和銅/飽和硫酸銅參比電極，對庫鄯管道1#—65#、89#—158#和168#—250#測試樁管段通電電位進行普測，測量5 min時長最大、最小及平均值。結(jié)果顯示，管道通電電位在﹣1.506 V～﹣0.950 V之間波動，通電電位波動范圍2 mV～380 mV，大部分測試樁的通電電位波動幅度均小于200 mV。

（2）直流干擾詳測結(jié)果

基于普測結(jié)果，選取通電電位波動大于200 mV和疑似存在直流干擾的位置進行直流干擾詳細檢測（管道72小時通/斷電電位）。①首先將極化試片或測試探頭埋在管道中心線以下，距離管道100 mm～300 mm并澆水，然后將試片與管道用電纜相連充分極化（24 h）；②試片充分極化后，在管道與試片的中間安裝數(shù)據(jù)記錄儀（圖 1）；③通斷周期選為10 s，斷電1 s；④數(shù)據(jù)記錄儀采集頻率為1 s采集1個數(shù)據(jù)。

圖 1 直流干擾測試接線圖

對35#—249#管段56個測試樁進行了直流雜散電流干擾詳細檢測，其試片斷電電位統(tǒng)計如圖 2所示。圖 3為36#和232#測試樁72小時通斷電電位圖，36#測試樁管道通電電位出現(xiàn)頻繁的正負向波動，斷電電位隨著通電電位正負向波動。 232#測試樁管道通電電位在﹣1.231 V～﹣0.899 V之間波動，斷電電位在﹣1.196 V～﹣0.966 V之間波動，管道通電電位整體波動較小，斷電電位均負于﹣0.85 V（CSE），直流雜散電流干擾程度較小。

圖 2 庫鄯管道72小時斷電電位分布圖


圖 3 庫鄯管道36#和231#測試樁72 h通斷電電位圖

結(jié)果表明，庫鄯管道通電電位在﹣2.111 V～ ﹣0.193 V之間波動，斷電電位皆負于﹣0.85 V。依據(jù)國標GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標準》，管道均處于有效保護狀態(tài)。

2.2  交流雜散電流檢測結(jié)果

（1）交流干擾源調(diào)查結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，庫鄯管道與輸電線路交叉26處、并行1處，交叉位置主要分布在測試樁0—136#，與輸電線路并行132 km；與1條電氣化鐵路交叉，交叉位置為63#測試樁，與電氣化鐵路并行70 km。

（2）交流干擾普測結(jié)果

對1#—249#管段交流雜散電流干擾普測結(jié)果見圖 4，顯示管道交流電壓在0 ～15.5 V之間，其中36#—180#和238#—250#管段交流干擾電壓高于4 V，受干擾時交流電壓波動較大，需要對以上管段及附近有交流干擾源的管道進一步進行交流干擾專項檢測。

圖 4 庫鄯管道交流電壓普測分布圖

（3）交流干擾詳測結(jié)果

根據(jù)普測結(jié)果，對35#—197#和230#—249#段管道進行交流雜散電流干擾專項檢測，內(nèi)容包括72 h交流干擾電壓和交流電流密度、土壤電阻率等，交流干擾檢測結(jié)果見圖 5和圖 6。此段管道交流電壓在0～71.9 V之間， 36處高于15 V，不滿足ISO 18086―2019標準要求。最大交流電流密度達到705.60 A/m2，其中150#和234#測試樁兩處交流電流密度平均值大于100 A/m2，交流干擾程度評價為“強”，應(yīng)采取交流干擾防護措施；19處平均值在30 A/m2～100 A/m2之間，交流干擾程度評價為“中”，宜采取交流干擾防護措施；其余41處平均值小于30 A/m2，交流干擾程度評價為“弱”。

圖 5 庫鄯管道72 h交流電壓分布圖

圖 6 庫鄯管道72 h交流電流密度分布圖

圖 7為庫鄯管道36#測試樁72 h交流電壓和交流電流密度波動圖。可以看出管道交流電壓和交流電流密度不斷波動，在部分時間點，交流電壓和交流電流密度明顯上升，然后再下降，判斷為電氣化鐵路造成的干擾。列車經(jīng)過時交流電壓和交流電流密度迅速上升，列車經(jīng)過后又降到較低水平。

圖 7 庫鄯管道36#測試樁72 h管道交流電壓和交流電流密度波動圖

（4）結(jié)果分析

本次檢測評價的庫鄯輸油管道與電氣化鐵路并行管段受到強烈交流干擾。基于國內(nèi)外現(xiàn)有交流干擾評價標準，該管道的交流干擾電壓和交流電流密度都較大，具有較高的交流腐蝕風險。目前存在的問題是，現(xiàn)有國內(nèi)外交流干擾評價標準都是基于較穩(wěn)定的交流干擾而研究和制訂的，對于交流牽引鐵路造成的沖擊式干擾，標準適用性存在問題。這可能是未來交流干擾和交流腐蝕研究方面的一個重點方向。

3  結(jié)論

（1）庫鄯管道檢測管段的陰極保護處于有效狀態(tài)。管段受電氣化鐵路造成的動態(tài)交流雜散電流干擾電壓和交流電流密度均超出標準限值。交流干擾為沖擊式干擾，列車臨近時干擾增大，列車離去后干擾逐步降低。

（2）目前國內(nèi)外交流干擾評價標準的評價指標均建立在穩(wěn)態(tài)交流干擾基礎(chǔ)上，對于庫鄯管道所受到的電氣化鐵路引起的沖擊式干擾，目前尚無成熟的評價方法。建議通過埋設(shè)交流腐蝕試片或?qū)�管道外防腐層破損點進行開挖驗證，核實管道發(fā)生交流腐蝕的嚴重程度。

參考文獻：

[1]鐘良，董凱，孫偉棟，譚冰.埋地金屬油氣管道交流雜散電流檢測、評價綜述[J].全面腐蝕控制，2021，35(06)：4-9+29.

[2]李承媛，陳旭，何川，李鴻瑾，潘鑫.埋地金屬管道交流電腐蝕研究進展[J].中國腐蝕與防護學報，2021，41(02)：139-150.

[3]李鑫，陳長風.油氣長輸埋地管道交流腐蝕研究進展[J].材料保護，2020，53(09)：114-120.

[4]胡士信，路民旭，杜艷霞，竇宏強，張本革，閆明珍，鄭安升，廖煜炤.管道交流腐蝕的新觀點[J].腐蝕與防護，2010，31(06)：419-424.

作者簡介：王成， 1976年生，1997年畢業(yè)于石河子大學，本科，工程師，從事埋地管道腐蝕與防護工作。聯(lián)系方式：13899018301，wangcheng06@pipechina.com.cn。