交流杂散电流对天然气管道影响的研究

【摘　要】虽然交流杂散电流对管道的腐蚀影响不是特别大，但区域内高压输电线分布范围广，输电线和大量用电设施产生了大量杂散电流，加速了管道的腐蚀，其影响不可忽略。本文通过实验验证交流杂散电流对管道的腐蚀危害确实存在，然后采用钳位式排流法排除管道周围的交流电流并确定输电线与管道之间的安全距离，作为线路布设时的重要参考依据。

【关键词】交流杂散电流；阴极保护；排流防腐

由于天然气管网龙江站所辖管线均已经采用了强制电流阴极保护系统，且管道周边不存在对金属管道影响最大的电气化铁路直流干扰，所以前期一直忽略了对杂散电流的腐蚀监测。若干年后发现部分区域的管道腐蚀现象比正常地区严重，这些地区的阴极保护效果被明显减弱。推测是该段管道所处区域为工业园区，区内变压器、高压线、输电线和其它用电设施相对其它地区要多，形成的交流杂散电流削弱阴极保护系统的效果，从而加速了管道的腐蚀。

1.交流杂散电流腐蚀的实验室实验

1.1实验原理

下面通过实验来验证杂散电流对该区域阴极保护系统的影响是否存在。

将实验室电源火线端部连接腐蚀试片,腐蚀试片与零线间通过介质环境构成回路,这样既构成交流杂散电流干扰,又可检测介质环境的变化,以此确定交流杂散电流的干扰腐蚀。并用电镜扫描仪观察室内实验试片与现场所取管道切片的腐蚀形貌,判断现场管道发生腐蚀原因。

1.2实验内容

腐蚀试片：材料为N80，与管道的材质相同。将试片先用有机溶剂脱脂，刷洗除去表面不溶物，吹干后，放入无水酒精中浸泡5min，再用干净滤纸包好，放入干燥器内干燥24h后称其质量；然后用环氧树脂将检查片的编号和导线安装位置加以覆盖，测量并计算试片的面积A。实验结束后，取出试片用滤纸吸水，同时刮取少量试片表面的腐蚀产物，用TN5502型X-射线能谱仪分析。并将腐蚀试片表面疏松的腐蚀产物、沉积物及检查片的编号和安装孔德覆盖层除去，在80℃的质量浓度为10%的柠檬酸铵溶液中清洗3～4h，待表面腐蚀产物全部清除干净后，放入无水酒精中浸泡脱水5min，取出吹干，放在干燥箱中干燥24h，称其重量。为减少误差，对未腐蚀试片（同材质、同规格）在同一条件下清洗处理，求其失重。

实验介质：现场土样（电阻率为50Ω·m），配置的电阻率为5Ω·m及11Ω·m，pH值为8～9的电解质溶液环境。在试验过程中，通过加入蒸馏水及电解质的方式保证介质环境在试验期间的一致性。

实验装置：采用TDGC2J-1型调压变压器，将电压定在15，25，50，250V，将输出端的正-负极分别放入介质环境中，且每个正极均连接1片腐蚀试片。

1.3试验数据及处理

试片的腐蚀速率v为v=(m0-m1)/(At)，式中：t为实验周期计算试片腐蚀速率，并绘出试片腐蚀速率与电压的关系曲线。

2.交流杂散电流干扰的防护

由上面的实验可以看出，交流杂散电流对管道的腐蚀起加速的作用。交流杂散电流干扰防护最有效、最简单的方法是使管道和干扰源之间保持足够的安全间距。然而出于经济和环境等诸多因素，避让有时难以实现，需要采取综合治理措施。

2.1干扰源侧的预防措施

一是当管道与高压电线平行敷设时，交变磁场对管道的交流腐蚀影响最大，管道与电线之间应当满足一定的安全距离要求，并尽量避开平行敷设。龙江站工业园高压线路为110kV的对称输电线，75m以外可以不考虑交流腐蚀问题。若各相导线呈正确排列，间距可缩小为60m；二是在高压输电系统中，应考虑提高三相负荷的平衡性，适当减少中性点接地数目，或通过电阻、电抗接地等限制短路电流，增加屏蔽或导线换位等；三是在线路走向上尽可能不形成长距离平行段，交叉时尽可能采用点交等。

2.2在管道侧可采取以下的防护措施

一是在埋地管道处于与大地绝缘状态时，应进行接地处理，以消除电场干扰；二是在存在地电场干扰的地段上，应对管道采取加强级防腐；三是在干扰严重的管段一侧，设接地栅极与管道连接，使其所处地面与管道处于等电位，以防接触管道的作业人员的人身伤害；四是使用绝缘法兰或绝缘接头将某一长距离的干扰管段分割成若干个短小的干扰段，使干扰程度减缓，并视情况对各个小段或部分小段采取进一步措施；五是采用牺牲阳极接地排流，但应当注意牺牲阳极极性逆转的问题；六是钳位式交流排流。该方法在东北地区已采用多出，现场多种实验比较，这是排流效果最好的一种，适用性广、设置简单、投入低。

2.3钳位式排流法

下面重点介绍钳位式排流法的使用。钳位式排流设施，由排流接地极、排流节和排流线组成。排流接地极。排流接地极与阴极保护的辅助接地极没有任何区别。一般接地体材料使用废钢即可，无特殊要求，但其接地电阻应尽可能小，不宜大于0.5Ω。可以通过增加接地体的并联根数，或采用盐等减阻剂进行处理。接地体埋设在管道30m以外的管道一侧；排流线。可采用通用的单相电力电缆。截面应大些，一是电阻小，二是可以在很大范围内满足排流容量的要求。而排流电流不易计算，只能靠实践确定；排流节。如果将排流接地体直接与管道连接，由于排流接地接地电阻很小，相当于较大面积的防腐层破坏，阴极保护电流量增加，以至破坏阴极保护正常运行。所以增加排流节是必须的。

3.结论

虽然交流杂散电流对管道的腐蚀影响不是特别大，但区域内高压输电线分布范围广，输电线和大量用电设施产生了大量杂散电流，加速了管道的腐蚀，其影响不可忽略。通过实验验证了交流杂散电流对管道的腐蚀危害确实存在，并提出一些实用的排流法来有效排除管道周围的交流电流。　[科]

【参考文献】

［１］Gunaltun Y.M.Belghazi A.“Control of top of line corrosion by chemical treatme

nt”,Corrosion/2001,paper n°33,NACE International,2001．

［２］杜文平．杂散电流的防治与检测方法研究[D]．太原：太原理工大学，2007．

［３］杨清勇．杂散电流腐蚀问题的基础研究[D]．大连：大连理工大学，2005．

［４］汪园园．杂散电流监测方案的探讨[J]．城市轨道交通研究，2000（4）：45～48．

［５］曹晓斌，吴广宇等．杂散电流的危害及其防治[J]．城市轨道交通研究，2000．