已发：输油管道穿跨越管段的腐蚀分析与防护措施 (1)

浅论防止杂散电流对输油管道的腐蚀措施
【摘要】由于电气化铁路以接地为回路的输电系统等客观原因存在，不可避免地会产生杂散电流，使埋地输油管道因杂散电流而产生腐蚀，杂散电流腐蚀具有强度高、危害大、范围广、随机性强等特点，本文简单阐述对直流杂散电流腐蚀的控制，并提出了最大限度地减少干扰泄漏电流，符合安全距离、增加回路电阻、排流保护和其他保护等措施；以及对强电线路等交流杂散电流腐蚀的防护方面提出了多种保护措施。

【关键词】杂散电流；腐蚀；直流；交流；排流
随着经济的高速发展对能源和交通提出了更高的要求，我国油气管道与电力线路和动力牵引系统（包括电气化铁路）的里程与日俱增，由于地理位置的限制，输油管道与电力线路和电气化铁路的设计和建设过程不可避免的出现敷设、交叉穿越、共用市政管网等情况，彼此产生的干扰和影响，处理不当会对输油管道产生很大的危害。

为保证输油管道安全运行，减少管道腐蚀，在工程设计和建设中必须将杂散电流控制在允许范围内。

1、杂散电流的特点及危害
在设计或规定的回路以外流动的电流称为杂散电流。

杂散电流主要来自于电气化铁路、有轨电车、供电站、地下电缆的漏电、建筑物的接地装置以及特高压线路等，可分为直流杂散电流和交流杂散电流。

这种电流会对输油管道产生直流或交流电流腐蚀，破坏后果相当严重。

当杂散电流进入埋地金属体，从金属体流出进入大地或水时，电流流出部位会发生强烈的腐蚀，这就是杂散电流干扰腐蚀，简称为电流。

杂散电流的流入部位为阴极，流出部位为阳极。

通过埋地金属体流入或流出的杂散电流被称为干扰电流。

干扰电流的腐蚀具有电解腐蚀的特点，其腐蚀点集中、腐蚀激烈、腐蚀速度快，对管道造成的破坏作用比自然腐蚀严重的多，极易导致管道穿孔，引发事故。

2直流杂散电流的干扰
当埋地金属管道发生杂散电流干扰时，直流杂散电流对管道的危害程度比交流杂散电流更严重，因此防止直流干扰意义重大。

当管道受到严重的直流杂散电流干扰时，犹如处于电解状态中。

特别是有防腐层、距离较长的埋地金属管道，管道内部杂散电流很大，如集中于某个部位有电流流出，局部的腐蚀相当严重。

按照石油天然气行业标准SY/T0017-96《埋地钢质管道直流排流标准》，管道是否受到干扰可以通过管地电位的偏移和地电位梯度来判断。

如果管道上任意点的管地电位于自然电位比较正向偏移20MV时或管道附近土壤的电位梯度大于0.5mv/m时，就认为是直流干扰；如果管道上任意点的管地电位于自然电位比较正向偏移100MV时或管道附近土壤的电位梯度大于25mv/m时，就认为是直流干扰；则需要采取直流排流保护或其他防护措施。

直流杂散电流的主要来源是直流电气化铁路、直流电解设备接地极、阴极保护系统中的阳极地床等。

其中以直流电气化铁路引起的杂散电流干扰腐蚀最为严重。

当直流大电流沿地面敷设的铁轨流动时，直流电流除了在铁轨上流动，还会从铁轨绝缘不良处泄漏到大地，在大地的金属管道上流动，然后回到电源。

铁轨与埋地金管道之间存在电位差，在杂散电流流动的过程中形成了两个腐蚀电池。

一个是电流从铁轨流入管道，铁轨为阳极，管道为阴极，铁轨发生腐蚀；另一个则相反，电流从管道返回到铁轨，管道为阳极，铁轨为阴极，管道发生腐蚀。

图1:为管道受电气化铁路杂散电流影响的示意图，由图中可以看出管道腐蚀电池的阳极区、阴极区以及杂散电流作用最强的部位。

通常，无杂散电流时铁轨与管道间的电位差仅0.165v 左右，杂散电流存在时则管地电位可达8-9v.因此，杂散电流干扰对金属管道的腐蚀比一般腐蚀强烈的多。

其他情况，例如外部输油管道所产生的直流杂散电流腐蚀与此类似，电流从外部输油管道流入被保护管道，然后从管道防腐层的破损点流出，在电流流出处形成杂散电流腐蚀，在此不多介绍。

杂散电流图：
3直流杂散电流的防护
3.1最大限度地减少泄漏电流干扰
杂散电流起因是由于土壤中存在各种电气设备产生的泄漏电流，减少电流泄漏可有效防止杂散电流干扰，在经济上也最合理。

实践证明，控制干扰源电流泄漏的方法，比对被干扰体的防护更为简单和容易。

但是由于干扰源情况复杂，涉及单位多，因此需成立专门组织来协调这项工作，甚至通过立法予以限制。

3.2安全距离防护
相关研究表明，距电气化铁路铁轨100m以内，距离少许变动就会使土壤中电流密度增加很多；距离铁轨500m时，距离对电流密度的影响显著减少；距离铁轨500m以上时，距离对电流密度几乎没有影响。

这就是说采取安全距离防护有很大的局限性，通常以GB50074-2002(石油库设计规范)4.0.7条规定为准，再采取其他防护措施。

阴极保护系统与邻近的地下金属构筑物的安全距离，见表：
输电线路与管道距离
埋地管道与架空送电线路平行敷设时控制的最小距离宜按照下表的规定执行：
规定：
埋地管道与交流接地体的最小距离
注：在不满足上述表格要求或在路径受限地区，在采取隔离、屏蔽、接地等防护措施后，表中规定的距离可适当减小，但水平距离应大于0.5m;当保护电流过大时，需用阳极电场电位梯度（0.5mv/m校对）。

3.3增加回路电阻防护
对可能受杂散电流腐蚀的管段，加强或特加强防腐涂层；在管道与电气化铁轨交叉部位采取垂直敷设方式，交叉处管段采取特加强防腐；在受干扰管段绝缘法兰两侧管道内、外壁作良好的防腐涂层。

3.4排流法防护
所谓排流法就是将埋地管道内的杂散电流人为地直接回流到铁轨或变电所负极。

其连接导线称为排流线。

依据排流接线回路的不同，排流法分为直流排流法、极性排流法、强制排流法、接地排流法四种（如图2所示）极性排流法是目前普遍使用的一种排流方法，它通过极性排流器使排流电流只能从管道向铁轨单向流动。

因此，排流器应具备以下条件：正向电阻小，反向耐压大，逆电流小；工作电压范围较大；维修、更换方便，故障率低；能够自动切断异常电流，对恶劣环境条件适应性强。

3.4.3
强制排流法
强制排流就是在管道和铁轨的电气回路中加入直流电流，促进排流的方法。

如图2B.此方法利用了铁轨的强制电流，而铁轨对地电位变化大，所以也需要进行防逆流保护。

强制排流法主要应用在一般极性排流法不能进行排流的特殊电蚀场合。

但是这种方法可能会造成管道过保护，加重铁轨的腐蚀。

同时，也可能会对其他埋地管道造成干扰。

因此，使用条件比较严格，使用时也必须将排流量限制到最小。

3.4.4接地排流法
接地排流法最大特点是管道与铁轨不直接通过排流线形成回路，而是先将通过接地极流入大地，再经过大地流入铁轨。

如图2D。

由于直接、极性和强制等排流法，都会对铁路运行信号造成干扰，甚至造成铁轨的腐蚀。

而管道和铁路隶属不同的行政管理部门，在排流的协调上存在诸多困难，难以协调及实现。

所以不能直接向铁轨排流，接地排流法几乎成了唯一可采用的方法。

它的缺点是排流效果略差，且需要定期检查、更换牺牲阳极。

四种排流法图：
4交流杂散电流的干扰及防护
虽然低频交流输电线路对金属管道引起的腐蚀比直流电小，一般足够大且作用时间较长，会熔化钢管，导致管道被电弧击穿，甚至击毁绝缘法兰或绝缘接头及阴极保护系统。

必须避免这种情况的发生，可以采取以下保护措施：在输油管道和输电线路接地极之间串联接地电阻，在绝缘法兰或绝缘接头两侧串联接地电池、避雷器、二级管或极化电池来保护。

使用这些保护，不是为了消除输电线路瞬间产生的高电压，而是将其通过保护通路转移到管道上，由管道的接地线将其电流释放，避免强电流直接电击的危险。

这些措施的共同特点是
不会输油管道的阴极保护造成影响。

4.2磁感应影响的危害及防护
当输油线路中有交流电流通过时，线路周围会产生交变磁场，当输油管道与输电线路平行时，处于交变磁场中的管道切割磁力线，根据电磁感应原理，沿轴向会产生一个感应电动势。

输电线路内的电压、管道与输电线路平行距离都会影响这个电动势的大小。

感应电动势沿管道轴线方向不断叠加，形成很大的纵向感应电动势，并造成管道各点的对地电位不相等。

在高压输电线路异常运行时，中性点接地系统发生单向接地的短路事故时，短路相电流急剧增加，可达到正常满负荷的20-40倍，同时另外两项的电流趋于零，超高的单向短路电流会使管道上产生极高的高压电压。

假如该处的管道在地面上连接有输油等设备，而在短路瞬间恰有操作人员操作输油设备及倒换流程时，将严重威胁操作人员的生命安全及设备安全。

防腐绝缘层处于如此高的电压作用下，可能会被击穿，形成电弧通道，电弧的高温可能烧穿地下输油管道，发生管道污染事件，甚至会发生起火爆炸危机管道周边企业、人员，造成不可估量的损失。

要消除交流输电线路对管道的影响，一个有效的预防措施就是把电力线路的故障时间降到最小。

除在设计与施工阶段保证管道与输电线路的间距符合规范要求且保证管道与输电线路平行敷设的距离尽可能的短以外，还应重点从管道本身采取保护措施，其中以牺牲阳极接地排流法为最佳。

这种措施下的牺牲阳极不但起到了接地排流的作用，还为输油管道提供了阴极保护。

但管道接地会对原有的阴极保护系统产生影响，为此要在管道和接地体之间串联隔直环节，主要有嵌位时排流器、电容排流器和二极管极性排流器等。

目前广泛采用的是二极管加牺牲阳极排流保护，对于需要人为操作的管道附件（如线路截断阀门、收发球筒等），可在地面下埋设均压接地装置。

使用螺旋式带状的镁极或锌极，将镁极或锌极的一端接在输油设备上或测试桩的导线上，同时将其螺旋水平缠绕在裸露的阀杆或测试桩周围，带盘的直径应满足人员站在带盘外时，不能触及到阀门或裸露的管道附件，用等电位均压技术来防止人身安全事故的发生。

参考文献：
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