油气管道交流腐蚀的研究与防护

近年来，随着输油输气管道、交流输电线路、电气化铁路的建设迅猛发展，输油输气管道与交流输电线路、电气化铁路交叉或接近的情况会经常地出现，输油输气管道受交流输电线路、电气化铁路等影响而出现的问题也就日益突出。为了缓解交流干扰腐蚀，必须先了解干扰原理，然后运用准确的方法测得数据，结合评价标准进行分析，进而才能采取相应的防护措施。

一、交流干扰腐蚀的危害、产生形式及影响因素

国内外的研究认为交流干扰的危害主要有以下几个方面：交流干扰会加速或引起管道的腐蚀；干扰管道电法保护照常运行，管道对地电位测量指示不稳，对于镁阳极会造成极性逆转；危及与管道有金属性或电气连接的设备、仪器安全；可能给接触管道作业的人员造成电击伤害等。

交流干扰源主要是交流电力架空线路、交流电气铁路和两相一地制输电线路。当油气管道经过或接近这些干扰源时，管道中就会产生干扰电压。

由于干扰引起的有害结果和作用时间有着密切的关系，通常可以把干扰电压分为三类：一是瞬间干扰；二是间歇干扰；三是持续干扰。

由于埋地金属管都具有其各自的特点，在大部分管道的防腐绝缘与电气绝缘水平相差十分悬殊，且分布不均匀，因此，影响埋地管道的干扰电压的大小的因素也有很多不同。Li等[1]研究输电线路几何不对称和负载失衡对管道交流干扰的影响发现各相电流不平衡性较大时，土壤电阻率与干扰强度成正比。平衡性较小时， 则相反。在各相电流平衡情况下，土壤电阻率对干扰没有影响。Christoforidis等[2]对于输电线路临近的存在覆盖层缺陷的管道进行研究，其结果表明管道泄漏电阻越小、干扰电压越小。此外，管道干扰电压的大小还与平行于输电线路的管道长度、输电系统不平衡电流的大小、输电系统频率产生感应的导线与管道间距、管道纵向阻抗以及干扰源的性质（单向、三相、中性点接不接地等） 等因素有关。

二、交流干扰的评价标准研究现状

目前，国内外对于交流杂散电流并没有统一的标准。我国石油行业标准SY/T0087.1-2006[3]中给出了基于管道中交流干扰电压腐蚀危害的评价准则，该标准要求管地电位值必须控制在限制之内即6V（酸性土壤）、8V（中性土壤）、10V（弱碱性土壤）。

然而随着高性能的三层PE、环氧粉末等防腐技术的发展，应用上述指标显然已不合适，因为上述指标主要是针对石油沥青防腐层提出的，而且采用电压作为腐蚀水平的判断依据主要是因为测量方便，往往会产生误导导致误判，国外针对交流杂散电流的腐蚀评价的研究主要以电流密度作为参考量，他们认为，电流密度更能反映电化学的动力学过程，它除了反应交流感应电压的指标外，还与交流电流在土壤与管道之间的传播动力学因素密切相关，而这些因素显然与交流腐蚀的速率是紧密联系的，因此，电流密度指标要比腐蚀电位指标更能反映真实的交流干扰强弱，是更能科学可靠的交流干扰危险性评价的依据[4]。

三、交流干扰的测试方法

2006年Hosokawa等[6]利用腐蚀试片法（CTS）来检测交流杂散电流和腐蚀情况。这种方法是在腐蚀试片上人为制造一定大小的防腐层缺陷来模拟真实的管道防腐层缺陷，然后将诗篇埋设在管道附近并通过测试桩内的数据记录器与管道电气连接，同事参比电极也通过数据记录器与管道电气连接交流电力密度、交流干扰电压直流电位及其波动情况，实时监测但此法存在一定缺陷，因为在试片面积小于3mm2时，即使有交流干扰的存在也不会发生交流腐蚀。他们认为最合适的试片面积为100mm2。

2007年Huck等[7]首先采用DCVG直流电位梯度法来检测管道腐蚀层的缺陷位置及大小，因为交流腐蚀多数集中于管道的防腐层缺陷处，而DVCG测试技术是管道防腐层缺陷检测的最准确的方法。交流杂散电流腐蚀防腐层缺陷面积越小，交流腐蚀的危险性越大。他们根据DCVG数据确定防腐层缺陷位置与大小后，结合缺陷周围的土壤电阻率情况来确定交流腐蚀的危险区域，然后把带有模拟防腐层缺陷的腐蚀试片与管道连接，采用CIPS（密间隔电位测试）法得到了试片上电流密度，经过实验与理论分析得出标准。他们认为交流电力密度在大于100A/m2时会发生严重的交流腐蚀，在20～40A/m2时，易发生中度的交流腐蚀，小于20A/m2时，不存在产生交流腐蚀危险。美国的NACE的腐蚀专家Pikas在研究交流干扰测试与评价方法时也提出了与之相同的评价准则，这说明此标准在国外已得到广泛认可。

四、交流干扰的防护措施

交流干扰的防护措施主要通过以下两种方式来进行：油气管道上的防护措施，干扰源上的防护措施。对于受交流干扰管道上目前可以采取的措施主要有六种：

1.容性耦合防护

2.在存在地电场干扰的地段上，应加强防腐层绝缘，并注意防腐层完好无损。

3.分段隔离法，利用绝缘法兰或绝缘接头在受干扰的管段内将管道分成若干段，以此降低管道受干扰的程度。

4.阻性耦合防护

5.电屏蔽法

Tachick等[8]经研究证明使用强电冲击防护措施对管道实施电屏蔽防护的方法是有效的。这种方法是将两根裸铜导线（或镀锌扁钢或锌带）沿管道两侧平行铺设，当高压电塔接地极泄电导致周围大地电位瞬间抬升时，这两根屏蔽线也可将接地极附近的管道电位抬升，使管道防腐层周围的电位大幅下降，地下电弧就不会把管道本身或管道的防腐层击伤。

6.钳位式交流排流

该方法在东北地区已采用多处，经现场多种方法进行实验比较，这是排流效果较好的方法。其特点是适用性广、设置简单、投入低。

对于干扰源上可以采取的措施主要有：合理规划将要埋地的管道、输电线路和电气化铁路的布局，使之满足一定的安全距离；在交流电气化铁路中建设中，应预测或预先考虑交流干扰问题，采用回流变压器或自耦变压器供电；加强电气化铁路与枕木间的绝缘；在交流电气化铁路的供电系统中加设吸流变压器，将原来不对称的网轨供电系统变为相对对称的系统，以减少该系统在周围空间产生的电磁场对临近管道所产生的感应电压；通过减少高压输电线中性点接地数量或通过电阻、电抗接地来限制短路电流，增加屏蔽和导线换位的。