交流干扰对管道的影响

交流杂散电流对管道的影响研究（滕延平1、王维斌1、陈洪源1、韩兴平2、陈新华1、赵晋云1、蔡培培1）（1.中国石油管道研究中心 2.西南油田输气管理处）摘要：随着公共设施如电气化牵引系统、高压输电线路等的日益建设，管道受到的交流干扰将愈加严重。

目前国内许多管道都受到较强的交流干扰。

本文介绍了国内外关于交流干扰的危害，分别从人身安全、对仪器设备、管道防腐层以及交流腐蚀的角度进行了分析。

同时，主要对国外研究的交流腐蚀的一些重要结论进行了总结。

文章重点介绍了国外的交流腐蚀评价指标，同时参照国外的交流电流密度评价指标对西气东输管道与港枣线，分别采用理论计算方法与电阻探头的方法对管道的交流电流密度进行了计算与测量，并对其进行了分析与评价。

最后对国内外的交流减缓措施进行了分析比较，提出了国内应用该措施的局限性与不足之处。

希望借此文章，能推动国内在油气管道交流干扰规律研究与标准制定方面的工作进展。

关键词：管道；交流干扰；腐蚀；交流密度；减缓1、前言. 为了有效利用土地资源，通常在一条公共走廊里同时安装高压电线和管道，管道有时还与铁路平行或交叉，受许多外部因素制约，加上现代高绝缘涂层的使用更加重了电危害。

其主要影响有：与管道接触的人员电伤害、管道涂层与钢质损坏、烧毁CP装置和遥测系统等。

我国在交流干扰评价控制方面技术相对较弱，石油行业标准 SY/T0032交流干扰标准，对应弱碱性、中性、和酸性土壤环境给出了10V/8V/6V的交流电压排流指标。

但该标准仅仅适应于石油沥青涂层，在高绝缘涂层如 3PE条件下已存在问题。

国外油气管道交流干扰的研究发展快速，颁布了较多减缓交流电的标准。

2、交流干扰的危害交流输电线路对输油输气管道的电磁影响主要涉及对人身安全的影响、对输油输气管道及其阴极保护设备安全的影响以及对输油输气管道的交流腐蚀等问题。

2.1对人身安全的影响当输油输气管道与交流输电线路接近且输电线路正常运行时，线路中工作电流会通过磁耦合长时间在管道上产生纵向感应电动势，使得金属管道的对地电压升高。

若该电压较高，可能影响施工、维修或测量人员的正常工作，当交流输电线路发生短路故障时，产生的交流干扰可能危及人身安全。

2.2 对管道安全影响在输油输气管道的金属表面一般都会敷设防腐层，具有较高电阻和较高介电常数，以防止土壤中有害物质腐蚀金属管道。

当交流输电线路发生短路故障时，短路电流通过感性耦合和阻性耦合的综合影响在管道上产生较高的对地电压，可能击穿防腐层。

2.3 对管道阴极保护设备影响在输油输气管道上设置阴极保护设备是为避免防腐层漏敷及破损处的金属表面产生腐蚀。

交流输电线路正常运行情况下，工作电流通过感性耦合在油气管道上产生电压，可能干扰强制电流阴极保护的恒电位仪和牺牲阳极阴极保护的牺牲阳极的正常工作。

例如：强制电流阴极保护的KKG-3 型和KKG-3BG 型恒电位仪的抗交流干扰能力分别为12V 和30V；牺牲阳极阴极保护的镁牺牲阳极的抗交流干扰能力为10V。

这在目前的新建管道已经几乎不适用。

2.4管道的交流腐蚀研究表明，管道的交流腐蚀主要发生在绝缘性能较高的涂层上。

铺设在同一环境下的管道，当管道外防腐层选用石油沥青等级别的防腐层时，即便有交流干扰电压的产生，一者是由于其绝缘性能较低，所以干扰电压不会太高，另一方面则由于管道防腐层上所存在的较多的漏点而会使感应的交流电压随时排入地下，因此，管道反而不会产生交流腐蚀。

近几年国外的腐蚀调查报告中与研究文献中，每年都有大量有关交流腐蚀导致管线腐蚀的报道与案例。

在国内的管道中，也同样存在交流腐蚀及电磁耦合对管道监测设施与阴极保护设施带来危害的案例。

但是关于交流腐蚀的机理，目前尚未有统一的解释。

国外研究表明，交流电流密度是决定交流腐蚀的一个主要因素而不是平常的交流电压。

同时也有经验表明，交流干扰可能引起结构的极化，Bockris认为某些交流可能在钢表面产生电流整流，腐蚀过程中阳极与阴极的塔菲尔斜率不同，导致电位的负向偏移或者正向偏移。

其中Yunovich与Thompson研究表明，在交流电流密度较低的情况下（小于20A/m2），与管道连接的暴露在土壤中的钢试片，其电位已经负向极化约100mV。

目前在国内的管道上，如秦京线，港枣线，长吉线的不同段管道均存在自然电位偏高的情况，而管道沿线并不存在自然电位正向极化的情况，但同时管道存在着较强的交流干扰，可以用上述理论来解释。

虽然交流电流腐蚀可以通过提高阴极保护的保护电位得到抑制，在交流干扰下，阴极保护电位应控制在什么水平目前仍存在争议。

之前，一般认为根据行业标准施加阴极保护，能有效控制交流腐蚀。

然而最近国内外发现，虽然阴极保护电位有效在标准规定范围内，但由于交流干扰的存在，管道仍发生了腐蚀。

研究还表明，但当交流电流密度较大时，增加阴极保护的保护电位可能导致PH值增加，减小涂层缺陷处的接触电阻，可能导致相反的作用——即加速腐蚀，其发生腐蚀的风险越高，与一般的理论相反。

3、交流腐蚀判定指标欧洲技术委员会标准CEN/TS 15280:2006《埋地阴极保护管道交流腐蚀可能性评估》中给出了使用电流密度参数评价交流腐蚀的可能性准则：当Jac低于30A/m2时，不会发生交流腐蚀或者发生交流腐蚀的可能性较小当Jac位于30 A/m2与100A/m2之间时，发生交流腐蚀的可能性为中等当Jac大于100A/m2时候，发生交流腐蚀的可能性很高除了交流电流密度外，还应考虑交流电压、直流极化、涂层缺陷尺寸、土壤电阻率、土壤化学组成等条件。

此外，该标准还给出了使用Jac/Jdc的比值确定交流腐蚀的可能性的相关指标。

目前上述一系列评价指标已经在ISO 15589-1，英国标准BS EN 12594以及美国工程师腐蚀协会的 SP0169中得到了体现，目前已经成为国外评价交流腐蚀主要的参考依据。

4、采用交流电流密度评价交流干扰腐蚀评价交流腐蚀风险需要透彻了解管道沿线的土壤腐蚀条件，因为土壤电阻率的差异会造成管道交流腐蚀电流密度的较大差异。

交流腐蚀与直流腐蚀差异还在于，直流腐蚀关注较大的涂层缺陷，交流腐蚀更关注涂层小的缺陷，因为这些位置的交流电流密度大很多倍、交流腐蚀风险更大。

采用ACVG技术可以实现高质量的涂层小缺陷检测，结合土壤电阻率分析可有效确定管道交流腐蚀等级[8]。

以下两个实例，分别用交流电流密度,根据CEN/TS 15280:2006《埋地阴极保护管道交流腐蚀可能性评估》中给出的电流密度参数评价指标评价交流腐蚀的可能性。

4.1 西气东输交流干扰腐蚀实例西气东输管道宁陕西段管道在宁-GX-18～宁-GX-65约52km的管段上受到来自包兰电气化铁路的交流干扰，ECDA直接评价过程中，开挖检测验证点NS-39位于该区域宁-GX-59测试桩上游约104.6m处，防腐层缺陷发生在弯头的FBE涂层上，时钟位置为12点，磕伤形状为长形3.0cm，黄褐色锈迹从FBE涂层下渗出，清除松动涂层后管体有黑色腐蚀产物，并呈现椭圆形腐蚀坑，蚀坑面积为1.2×0.6cm2，蚀坑深度0.9mm。

开挖检测时测得的交流干扰电位为23V，管道保护电位为-1.11～-1.16V。

该地段的土壤电阻率为18.85Ω·m根据CEOCOR欧洲管线腐蚀与保护委员会标准《阴极保护管线上交流腐蚀危险评估与减轻危险措施的指导方针》A.C corrosion on cathodically protected pipelines Guidelines for risk assessment and mitigation measures》中关于判定交流腐蚀的14项条件，对该测点所测取的数据进行比照，以确认是否为交流腐蚀。

根据该标准所推荐的条件，如果表中的14项条件的大部分为是，则可判定存在交流腐蚀。

由表可知，NS-39测点的数据有11项相符，故此点可判定为交流腐蚀。

根据交流密度的理论计算公式：Jac=8V/ρπd式中： Jac——交流电流密度，A/m2V——测量的交流干扰电压ρ——土壤电阻率，Ω.md——等同于涂层缺陷面积的圆形的直径根据上述公式，计算得到的交流干扰的电流密度为103.57A/m2，交流电流密度远大于100A/m2,表明管道发生腐蚀性的危险性极大，与现场检测观测到的情况一致。

4.2 使用电阻探头法测量交流干扰的电流密度中国石油管道分公司所辖的港枣输油分公司兖州段，由于管道邻近高压线、电气化铁路、并且管道沿线的采煤矿比较多，导致受到的交流干扰比较严重，阴极保护测试工在测量管道的阴保电位时，曾经有触电的现象。

在现场24小时的连续监测中，发现K530桩的交流干扰的最大值能达到70V，而平均值也有15V之多，远超过石油行业标准规定的土壤碱性的12V的干扰判断指标。

由于交流干扰较重，由于交流干扰影响到恒电位仪的正常工作状态，导致该段管道的恒电位仪不能正常输出，输出电流接近于0。

使用电阻探头技术，将探头通过阴极保护测试桩与管道连接，采用基于电流密度测量技术的测试仪器ICL-02，通过暴露于地面探头电阻的变化，测量探头的腐蚀速度。

根据试片的面积，换算出交流腐蚀的电流密度。

使用该仪器对港枣线K530处的交流干扰情况进行长时间的连续监测，得到交流电流密度最大值为104A/m2,平均值为76A/m2交流电流密度计算结果表明，该段管道在缺陷点处可能发生中等—高程度的腐蚀。

针对上述两种交流干扰情况，笔者提出1）在交流干扰严重的区域实施排流设施，可采用钳位式排流或者直流去耦合器等交流排流方式。

2）在适当位置埋设检查试片，进行测试，以便准确掌握交流腐蚀速度，提高对管道交流腐蚀风险的认知度。

5、管道交流干扰减缓技术研究交流干扰缓解措施主要包括电屏蔽，接地网，管道等电位跨接，分布式阳极，套管，绝缘接头，绝缘短接、接地电池，极化电池和其它装置可以有效缓解交直流、闪电的影响。

目前国内应用的交流排流技术主要是钳位式排流，钳位式排流（负电位排流），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。

干扰电压的正半波时，Z1导通；负半波时，Z2、Z3导通，负臂节的压降为－1.4V，与管道的阴极保护电位相近。

其相对于管道的阴极保护电位为-1.4-0.5=-1.9V 这种排流方法不仅阻止了保护电流的散失，而且还利用了干扰电压的一部分。

但钳位式排流的接地材料应与保护构筑物相同。

排流节原理和排流效果如图：东北管道安装排流器的管段在排流后自然电位较排流前普遍出现了一定程度的负向偏移（一般为几十mV 至200 mV），这是由于排流器的钳位作用所致，即排流器在排流时相当于向管道补充了一些阴极保护电流，从而使管道发生了阴极极化。

但现有的排流装置也存在一定的问题，如只能承受幅值较小的电磁干扰，不能解决雷击电流等强电流能量的冲击。