城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法
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BS EN 50162- 2004针对施行阴极保护的管道制 订了该杂散 电流干扰测试方法以及测试结果评价的 详细标准, 具体测试方法分为以下 4个步骤:
( 1)在城镇燃气埋地管道不受杂散电流干扰的 时间段 (例如深 夜 ) , 使用干扰 探针测试管道 与土壤 之间的电流值, 定 义该电流值为基 准 100% , 并记录 相应的 时间段, 即 如图 4 所示的 时间段 / A 0。在电 流正向偏移上去掉 最大的 3 个电 流值, 定义 第 4个 值为 0% 基准。
摘要: 目前, 对轨道交通动态杂散电流干扰原理的研究开展的很多, 但是, 如何判断干扰电流对在 役埋地燃气管道的危害程度, 至今国内外还没有非常有效的手段。因此, 比较了几种测试方法的适应 性, 提出了管地电位波动监测与 SCM 杂散电流检测仪相结合的检测方法, 为埋地燃气钢质管道周围环 境的杂散电流干扰测试与评价提供了新的依据。 关键词: 杂散电流; 轨道交通; 管地电位; 测试方法 中图分类号: TE988 文献标识码: A 文章编号: 1004- 9614( 2010) 02- 0045- 04
国内城镇埋地燃气管道受轨道交通 杂散电流干 扰测试的研究处于起步阶段。常用的测试技术包括 检查片腐蚀监测、管地电位正向偏移法、管地电位 连续监测、杂散 电流干扰探针测试法、地电位梯度
基金项目: 国家质检总局质检公益性行业科研专项项目 ( 07- 10- 5001) 收稿日期: 2009 - 05- 04 收修改稿日期: 2010- 02- 26
分比 /% < 30 < 20 < 10 <0
最大可接 受干扰时
间比例
/% 2 1 01 5 01 1
最大可接 受持续时
间/s
72 36 18 31 6
度, 其矢量和即为该点的地电位梯度 [ 6] 。
干扰探针测ห้องสมุดไป่ตู้评价依 据干扰探针电流相对于基
准值的比例与其作用时间 相结合来评价杂散电流的
干扰程度。如表 2所示, 第一列所示为探针电流正向 偏移量相对于基准值的百分比, 与其相对应的干扰时 间分别以两种方法来界定。方法一: 在整个干扰测试
时间段内划分 最大 可接受 的干扰 时间百 分比; 方法 二: 划定最大可接受的探针电流持续偏移时间。在整 个测试时间段内, 如果探针电流低于基准值某一比例 的时间超过了标准中规定的时间比例, 或者持续低于 基准值某一比例的时间超过了规定的时长, 则认为管 道处于腐蚀高危期, 即杂散电流干扰较为严重。
检查片腐蚀监测通过现场埋设 腐蚀挂片来判断 杂散电流干扰作用下的管道钢的腐蚀程度。如图 1所 示, 制作与管道材质相同的检查片, 将其通过测试桩 与管道进行电连接, 埋设时间应在 1年以上。根据杂 散电流环境中, 管道钢腐蚀态貌上差异性来判断杂散 电流干扰的存在。根据检查片失重、腐蚀表面形态等 因素来判断杂散电流干扰的严重性 [ 3] 。
表2中左侧第二行的数据在整个干扰时间流在连续的1440s内持续低于基准值的70也认1o年以上的工作经验而制订的在杂散电流干扰测试15地电位梯度检测地电位梯度测量方法如图5所示abcd4比电极用各长1001ti的导线连接分别垂直和平行于量的数据分别对应分布在图6所示直角坐标系的4帮di参比电极o业标准syt00172006提出的土壤电位梯度评价指gps可选断路器笔记本电脑及应用软件组成
然而, 检查片腐蚀监测 方法存在如下 局限性: 对 检查片的表面质量、材质、加工工艺的要求较高; 检查 片常规试验周期一般不能小于 1年, 有时甚至长达 20 年, 不利于及时发现杂散电流干扰和采取防治措施;
46
P ipeline T echnique and Equ ipm ent
M ar12010
杂散电 流干扰的强弱可根据国内石油天然气行
业标准 SY /T 0017- 2006提出的土壤电位梯度评价指 标 (见表 2)进行评定。另外, 当管道附近土壤中的电 位梯度大于 015 mV /m 时, 确认有直流干扰; 当管道附 近土壤中的电位梯度大于 215 mV /m 时, 应及时采取 直流排流保护或其他防护措施 [ 6] 。
( 2) 使用干扰探针连续测试管道与土壤间电流 24 h, 该测试电流中包含阴极保护电流与杂散电流。
( 3)估 算探针电流的 最大衰减量 (如图 4所示 / 时间段 B0, 探针电流 正向偏移最大, 为基准值的 50% ) 。
( 4)评价杂散电流干扰危害程度。参照表 1中的 数据。
图 4 探针电流时变图
第 2期
王新华等: 城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法
47
表 1 探针测试杂散电流评价标准
探针电流 相对于基 准值的百
分比 /% > 70 < 70 < 60 < 50 < 40
最大可接 受干扰时
间比例
/% 无限制
40 20 10 5
最大可接 受持续时
间 /s
1 440 720 360 180
探针电流 相对于基 准值的百
管地电位正向偏移测试技术能够直 接取得评价 结果。然而, 在城镇环境下, 轨道交通供电系统、高压 电网、临近管道阴极保护系统等都是杂散电流源。埋 地燃气管道绝大部分时间处于干扰中, 导致自然电位 的测量存在较大困难。同时, 对于有阴保的 管道, 测 量得到的管地电位值中包含了保护电位成分, 不能真 实反映杂散电流引起的电位偏移。另外, BS EN50162 - 2004还指出, 当管地电位急剧变化时, 不能保证管 地电位正向偏移法及其评价标准的准确性。 1. 3 管地电位连续动态监测
当城镇燃气埋地钢质管道中存在杂 散电流干扰 时, 管地电位呈现随机波动状态, 特别是轨道交通运 行过程中 产生的 间歇性干 扰, 变 化频率快、幅 度大。 可以通过图 2 所示的管地电位测试方法, 采用 DATA - LOGGER 管地电位数 字记录仪实时记 录管地电位 变化, 依据管地电位变化幅度来评价杂散电流干扰严 重性。若进行长期监测, 发现管地电位明显 升高时, 可以判断该点为杂散电流进入点; 而管地电位明显降 低时, 则为杂散电流流出点。
DetectionM ethod of Stray Current to U rban Buried G as P ipelines
WANG X in-hua1, L IU Ju-y in1, HE R en-yang2, CH EN Zhen-hua1
( 1. College of M ech an ical E ngin eer ing and App lied E lec tron ics T echnology, B eijing Un iversity of Techno logy, B e ijing 100124, Ch ina; 2. Pressu re P ipe D epartm en t, Ch ina De tecting R esearch C en ter of Sp ec ia l Equ ipm en ts, Be ijin g 100013, Ch ina)
表 2 杂散电流强弱判断指标
杂散电流干扰程度 弱 中 强
土壤电位梯度 /(mV# m - 1 ) < 01 5
01 5~ 51 0 > 51 0
地电 位梯度法 能够 指示干 扰程度、杂散 电流方
流, 可以避免环境的干扰, 能直观地指示杂散电流波 向, 操作简单, 但受城镇建筑物密集因素影响, 地电位
检测、 SCM 智能杂散 电流测绘仪测绘等。下面对各 种测试方法原 理、特点、局限性及 适用性进行对比 分析。 1. 1 检查片腐蚀监测
自然腐蚀孔蚀倾向较小, 有黄色或黑色的质地较 疏松的锈层, 创面边缘不整齐, 清除腐蚀产物后创面 较粗糙; 杂散电流腐蚀孔蚀倾向较大, 创面光滑, 有时 是金属光泽, 边缘较整齐, 腐蚀产物似碳黑色细粉末, 有水分存在时, 可明显观察到电解过程迹象。
例如: 表 2中左侧第二行的数据, 在整个干扰时间 段内, 如果有超出 40% 的时间探针电流低于基准值的 70% , 则认为管道处于腐蚀高危期; 另外, 如果探针电 流在连续的 1 440 s内, 持续低于基准值的 70% , 也认 为管道处于腐蚀高危期。
杂散电流干扰探针测试法及其评价 准则是基于 10年以上的工作经验而制订的, 在杂散电流干扰测试 方面具有一定的优势。通过 直接与管道相连测试电
如 图 3 所 示, 杂 散 电 流 干 扰 探 针 测 试 是 BS EN50162- 2004标准推荐的一种测试方法。通过 将一个头部金属裸露的探针钉入土壤至管道深度, 以 探针裸露金属头部模拟管道破损点, 通过测试站将探 针与管道进行电连接, 在测试站与探针之间接入精密 电流记录仪, 测量管道与土壤之间的电流 [ 7] 。
Ab stract: U p to now, the inter fe rence pr incip le of ra il traffic stray current has been researched clearly, but a very e ffective m ethod has not been found to judge the degree o f dam age by the interference current. T here fo re, severa lme thods are compared and a synthetic me thod) the p ipe- to-so il potentia l sequential fluctua tion monitor ing and stray current detection by using SCM is brought forw ard, wh ich prov ides new ev idence to bur ied gas p ipe line stray current de tection and eva luation. K ey word s: stray cu rrent; track tra ffic; pipe- to-so il po tentia;l de tection m ethod
2010 年 第 2期
P ipe line T echn ique and Equipm ent
2010 N o12
城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法
王新华 1, 刘菊银 1, 何仁洋 2, 陈振华 1
( 1. 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院, 北京 100124; 2. 中国特种设备检测研究中心 压力管道部, 北京 100013)
0 引言 在影响埋地燃气钢质管道寿命的因素中, 由地铁
等轨道交通产生的杂散电 流干扰所引发的管道防腐 层破损、剥离以及管道腐蚀、穿孔等管道缺陷占据主 要地位 [ 1] 。为了保障燃气管道的安全运营, 对管道上 的杂散电流进行测试与危害评价具有 重要意义。但 是, 由于城镇地下轨道交通的大量建设, 地面建筑物 密集, 环境因素改变频繁, 且 燃气管道分支、拐弯多, 对现有的埋地管道杂散电 流测试技术与设备应用存 在许多限制, 目前, 国内尚无针对埋地燃气钢质管道 轨道交通杂散 电流 干扰测 试、评 价的综 合方法 与标 准 [ 2] 。 1 埋地燃气钢质管道受轨道交通动态杂散电流干扰 测试技术
检查片腐蚀失重指示只是管道腐蚀总体情况, 是土壤 含水量、酸碱度、杂散电流等因素综合作用的结果, 无 法定量分析杂散电流干扰的严重性。
图 1 检查片腐蚀监测法
1. 2 管地电位正向偏移法 管地电位正向偏移法基于图 2所示的管地电位测
试原理, 以管地电位相对自然电位的正向偏移量来评 价杂散电流的危 害程度, 在 许多国家都有 应用 [ 4- 5] 。 其中, 国内埋地 钢质管道直流排流标准 SY /T 0017 2006提到, 当管地电位较自然电位偏移 \ 20 mV 时, 确认有杂散电流干扰; 当管地电位较自然电位偏移 \ 100 mV 时, 应该采取防护 措施 [ 6] 。英 国标准 BS EN 50162- 2004则分别考察了管道受杂散电流干扰而处 于阳极区与阴极区两种情况, 指出管地电位正向 ( 阳 极区 )或负向 ( 阴极区 ) 偏移 20 mV, 存在杂散电流干 扰 [ 7] 。
管地电位连续动态监测设备简单, 对于杂散电流 密集且严重的地域, 还可以临时布线, 进行多点同时
监测, 获取目标管道周围环境的杂散电流分布情况与 时变信息。然而, 国内目前尚未制订对被干扰管道侧 管地电位连续动态监测结果进行干扰评价的标准, 检 测人员只能依据工作经验来判断干扰情况。 1. 4 杂散电流干扰探针测试法
( 1)在城镇燃气埋地管道不受杂散电流干扰的 时间段 (例如深 夜 ) , 使用干扰 探针测试管道 与土壤 之间的电流值, 定 义该电流值为基 准 100% , 并记录 相应的 时间段, 即 如图 4 所示的 时间段 / A 0。在电 流正向偏移上去掉 最大的 3 个电 流值, 定义 第 4个 值为 0% 基准。
摘要: 目前, 对轨道交通动态杂散电流干扰原理的研究开展的很多, 但是, 如何判断干扰电流对在 役埋地燃气管道的危害程度, 至今国内外还没有非常有效的手段。因此, 比较了几种测试方法的适应 性, 提出了管地电位波动监测与 SCM 杂散电流检测仪相结合的检测方法, 为埋地燃气钢质管道周围环 境的杂散电流干扰测试与评价提供了新的依据。 关键词: 杂散电流; 轨道交通; 管地电位; 测试方法 中图分类号: TE988 文献标识码: A 文章编号: 1004- 9614( 2010) 02- 0045- 04
国内城镇埋地燃气管道受轨道交通 杂散电流干 扰测试的研究处于起步阶段。常用的测试技术包括 检查片腐蚀监测、管地电位正向偏移法、管地电位 连续监测、杂散 电流干扰探针测试法、地电位梯度
基金项目: 国家质检总局质检公益性行业科研专项项目 ( 07- 10- 5001) 收稿日期: 2009 - 05- 04 收修改稿日期: 2010- 02- 26
分比 /% < 30 < 20 < 10 <0
最大可接 受干扰时
间比例
/% 2 1 01 5 01 1
最大可接 受持续时
间/s
72 36 18 31 6
度, 其矢量和即为该点的地电位梯度 [ 6] 。
干扰探针测ห้องสมุดไป่ตู้评价依 据干扰探针电流相对于基
准值的比例与其作用时间 相结合来评价杂散电流的
干扰程度。如表 2所示, 第一列所示为探针电流正向 偏移量相对于基准值的百分比, 与其相对应的干扰时 间分别以两种方法来界定。方法一: 在整个干扰测试
时间段内划分 最大 可接受 的干扰 时间百 分比; 方法 二: 划定最大可接受的探针电流持续偏移时间。在整 个测试时间段内, 如果探针电流低于基准值某一比例 的时间超过了标准中规定的时间比例, 或者持续低于 基准值某一比例的时间超过了规定的时长, 则认为管 道处于腐蚀高危期, 即杂散电流干扰较为严重。
检查片腐蚀监测通过现场埋设 腐蚀挂片来判断 杂散电流干扰作用下的管道钢的腐蚀程度。如图 1所 示, 制作与管道材质相同的检查片, 将其通过测试桩 与管道进行电连接, 埋设时间应在 1年以上。根据杂 散电流环境中, 管道钢腐蚀态貌上差异性来判断杂散 电流干扰的存在。根据检查片失重、腐蚀表面形态等 因素来判断杂散电流干扰的严重性 [ 3] 。
表2中左侧第二行的数据在整个干扰时间流在连续的1440s内持续低于基准值的70也认1o年以上的工作经验而制订的在杂散电流干扰测试15地电位梯度检测地电位梯度测量方法如图5所示abcd4比电极用各长1001ti的导线连接分别垂直和平行于量的数据分别对应分布在图6所示直角坐标系的4帮di参比电极o业标准syt00172006提出的土壤电位梯度评价指gps可选断路器笔记本电脑及应用软件组成
然而, 检查片腐蚀监测 方法存在如下 局限性: 对 检查片的表面质量、材质、加工工艺的要求较高; 检查 片常规试验周期一般不能小于 1年, 有时甚至长达 20 年, 不利于及时发现杂散电流干扰和采取防治措施;
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P ipeline T echnique and Equ ipm ent
M ar12010
杂散电 流干扰的强弱可根据国内石油天然气行
业标准 SY /T 0017- 2006提出的土壤电位梯度评价指 标 (见表 2)进行评定。另外, 当管道附近土壤中的电 位梯度大于 015 mV /m 时, 确认有直流干扰; 当管道附 近土壤中的电位梯度大于 215 mV /m 时, 应及时采取 直流排流保护或其他防护措施 [ 6] 。
( 2) 使用干扰探针连续测试管道与土壤间电流 24 h, 该测试电流中包含阴极保护电流与杂散电流。
( 3)估 算探针电流的 最大衰减量 (如图 4所示 / 时间段 B0, 探针电流 正向偏移最大, 为基准值的 50% ) 。
( 4)评价杂散电流干扰危害程度。参照表 1中的 数据。
图 4 探针电流时变图
第 2期
王新华等: 城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法
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表 1 探针测试杂散电流评价标准
探针电流 相对于基 准值的百
分比 /% > 70 < 70 < 60 < 50 < 40
最大可接 受干扰时
间比例
/% 无限制
40 20 10 5
最大可接 受持续时
间 /s
1 440 720 360 180
探针电流 相对于基 准值的百
管地电位正向偏移测试技术能够直 接取得评价 结果。然而, 在城镇环境下, 轨道交通供电系统、高压 电网、临近管道阴极保护系统等都是杂散电流源。埋 地燃气管道绝大部分时间处于干扰中, 导致自然电位 的测量存在较大困难。同时, 对于有阴保的 管道, 测 量得到的管地电位值中包含了保护电位成分, 不能真 实反映杂散电流引起的电位偏移。另外, BS EN50162 - 2004还指出, 当管地电位急剧变化时, 不能保证管 地电位正向偏移法及其评价标准的准确性。 1. 3 管地电位连续动态监测
当城镇燃气埋地钢质管道中存在杂 散电流干扰 时, 管地电位呈现随机波动状态, 特别是轨道交通运 行过程中 产生的 间歇性干 扰, 变 化频率快、幅 度大。 可以通过图 2 所示的管地电位测试方法, 采用 DATA - LOGGER 管地电位数 字记录仪实时记 录管地电位 变化, 依据管地电位变化幅度来评价杂散电流干扰严 重性。若进行长期监测, 发现管地电位明显 升高时, 可以判断该点为杂散电流进入点; 而管地电位明显降 低时, 则为杂散电流流出点。
DetectionM ethod of Stray Current to U rban Buried G as P ipelines
WANG X in-hua1, L IU Ju-y in1, HE R en-yang2, CH EN Zhen-hua1
( 1. College of M ech an ical E ngin eer ing and App lied E lec tron ics T echnology, B eijing Un iversity of Techno logy, B e ijing 100124, Ch ina; 2. Pressu re P ipe D epartm en t, Ch ina De tecting R esearch C en ter of Sp ec ia l Equ ipm en ts, Be ijin g 100013, Ch ina)
表 2 杂散电流强弱判断指标
杂散电流干扰程度 弱 中 强
土壤电位梯度 /(mV# m - 1 ) < 01 5
01 5~ 51 0 > 51 0
地电 位梯度法 能够 指示干 扰程度、杂散 电流方
流, 可以避免环境的干扰, 能直观地指示杂散电流波 向, 操作简单, 但受城镇建筑物密集因素影响, 地电位
检测、 SCM 智能杂散 电流测绘仪测绘等。下面对各 种测试方法原 理、特点、局限性及 适用性进行对比 分析。 1. 1 检查片腐蚀监测
自然腐蚀孔蚀倾向较小, 有黄色或黑色的质地较 疏松的锈层, 创面边缘不整齐, 清除腐蚀产物后创面 较粗糙; 杂散电流腐蚀孔蚀倾向较大, 创面光滑, 有时 是金属光泽, 边缘较整齐, 腐蚀产物似碳黑色细粉末, 有水分存在时, 可明显观察到电解过程迹象。
例如: 表 2中左侧第二行的数据, 在整个干扰时间 段内, 如果有超出 40% 的时间探针电流低于基准值的 70% , 则认为管道处于腐蚀高危期; 另外, 如果探针电 流在连续的 1 440 s内, 持续低于基准值的 70% , 也认 为管道处于腐蚀高危期。
杂散电流干扰探针测试法及其评价 准则是基于 10年以上的工作经验而制订的, 在杂散电流干扰测试 方面具有一定的优势。通过 直接与管道相连测试电
如 图 3 所 示, 杂 散 电 流 干 扰 探 针 测 试 是 BS EN50162- 2004标准推荐的一种测试方法。通过 将一个头部金属裸露的探针钉入土壤至管道深度, 以 探针裸露金属头部模拟管道破损点, 通过测试站将探 针与管道进行电连接, 在测试站与探针之间接入精密 电流记录仪, 测量管道与土壤之间的电流 [ 7] 。
Ab stract: U p to now, the inter fe rence pr incip le of ra il traffic stray current has been researched clearly, but a very e ffective m ethod has not been found to judge the degree o f dam age by the interference current. T here fo re, severa lme thods are compared and a synthetic me thod) the p ipe- to-so il potentia l sequential fluctua tion monitor ing and stray current detection by using SCM is brought forw ard, wh ich prov ides new ev idence to bur ied gas p ipe line stray current de tection and eva luation. K ey word s: stray cu rrent; track tra ffic; pipe- to-so il po tentia;l de tection m ethod
2010 年 第 2期
P ipe line T echn ique and Equipm ent
2010 N o12
城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法
王新华 1, 刘菊银 1, 何仁洋 2, 陈振华 1
( 1. 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院, 北京 100124; 2. 中国特种设备检测研究中心 压力管道部, 北京 100013)
0 引言 在影响埋地燃气钢质管道寿命的因素中, 由地铁
等轨道交通产生的杂散电 流干扰所引发的管道防腐 层破损、剥离以及管道腐蚀、穿孔等管道缺陷占据主 要地位 [ 1] 。为了保障燃气管道的安全运营, 对管道上 的杂散电流进行测试与危害评价具有 重要意义。但 是, 由于城镇地下轨道交通的大量建设, 地面建筑物 密集, 环境因素改变频繁, 且 燃气管道分支、拐弯多, 对现有的埋地管道杂散电 流测试技术与设备应用存 在许多限制, 目前, 国内尚无针对埋地燃气钢质管道 轨道交通杂散 电流 干扰测 试、评 价的综 合方法 与标 准 [ 2] 。 1 埋地燃气钢质管道受轨道交通动态杂散电流干扰 测试技术
检查片腐蚀失重指示只是管道腐蚀总体情况, 是土壤 含水量、酸碱度、杂散电流等因素综合作用的结果, 无 法定量分析杂散电流干扰的严重性。
图 1 检查片腐蚀监测法
1. 2 管地电位正向偏移法 管地电位正向偏移法基于图 2所示的管地电位测
试原理, 以管地电位相对自然电位的正向偏移量来评 价杂散电流的危 害程度, 在 许多国家都有 应用 [ 4- 5] 。 其中, 国内埋地 钢质管道直流排流标准 SY /T 0017 2006提到, 当管地电位较自然电位偏移 \ 20 mV 时, 确认有杂散电流干扰; 当管地电位较自然电位偏移 \ 100 mV 时, 应该采取防护 措施 [ 6] 。英 国标准 BS EN 50162- 2004则分别考察了管道受杂散电流干扰而处 于阳极区与阴极区两种情况, 指出管地电位正向 ( 阳 极区 )或负向 ( 阴极区 ) 偏移 20 mV, 存在杂散电流干 扰 [ 7] 。
管地电位连续动态监测设备简单, 对于杂散电流 密集且严重的地域, 还可以临时布线, 进行多点同时
监测, 获取目标管道周围环境的杂散电流分布情况与 时变信息。然而, 国内目前尚未制订对被干扰管道侧 管地电位连续动态监测结果进行干扰评价的标准, 检 测人员只能依据工作经验来判断干扰情况。 1. 4 杂散电流干扰探针测试法