葉青

中國石化銷(xiāo)售有限公司華中分公司

摘要：隨著(zhù)能源交通基礎設施大規模建設，土壤電磁環(huán)境日益惡化，埋地金屬管道交流干擾問(wèn)題日益突出。介紹了目前國內外交流干擾緩解技術(shù)的發(fā)展狀況，以安亳成品油管道為例分析了交流干擾緩解工程，展望了交流干擾治理發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：交流干擾；緩解技術(shù)；安亳成品油管道

油氣管道與電力線(xiàn)路、電氣化鐵路等線(xiàn)性工程常常共用一條走廊，因此對管道產(chǎn)生了交流干擾，甚至造成管道腐蝕穿孔（即交流腐蝕）[1-3]，嚴重威脅管道及其相關(guān)設備的安全。

針對交流干擾問(wèn)題，目前國內外學(xué)者的相關(guān)研究仍難以確定統一的評價(jià)標準和合理有效的緩解方案[4-5]。

1 交流干擾危害及緩解防護目標

1.1 人身安全危害

穩態(tài)交流干擾危害，各國標準中人身安全電壓的限值見(jiàn)表 1 [6] 。其中美國NACE標準考慮比較全面，而且一般情況下15 V的穩態(tài)安全電壓容易緩解達到，因此推薦使用。特殊情況下，可設置防觸碰裝置或均壓墊等措施進(jìn)行重點(diǎn)防護。

暫態(tài)交流干擾情況下，由于出現概率低而且持續時(shí)間較短（一般小于0.1 s），主要考慮的是保護生命安全不引起心室顫動(dòng)的安全限值�？蓞⒄瘴覈�電力行業(yè)標準DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》計算即可。

1.2 管道損傷

穩態(tài)的交流干擾可能導致管道發(fā)生交流腐蝕。目前，對于交流腐蝕的評價(jià)指標國際上尚未統一。GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》吸取了歐洲標準規定：當管道上的交流干擾電壓不高于4 V時(shí)，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時(shí)，應采用交流電流密度進(jìn)行評估。當交流電流密度在30 A/m2以下時(shí)，交流腐蝕風(fēng)險較弱（表 2）。

暫態(tài)交流干擾下管道上會(huì )產(chǎn)生很高的交流電壓，嚴重時(shí)會(huì )擊穿管道涂層。Dabkowski[7]給出了各種不同涂層的安全耐受電壓(表 3)。

2 交流干擾緩解技術(shù)的發(fā)展

2.1緩解設計技術(shù)發(fā)展

傳統的經(jīng)驗公式設計主要針對單點(diǎn)排流，采用幅值處緩解方針，根據現場(chǎng)調研和檢測結果，初步確定緩解方式和地床大小，再根據現場(chǎng)模擬緩解試驗確定緩解點(diǎn)和緩解量。對于不具備現場(chǎng)試驗的地段，可以根據經(jīng)驗公式（1）和（2）計算緩解量和緩解線(xiàn)長(cháng)度。對于穩態(tài)交流干擾而言，緩解效果主要依賴(lài)于緩解地床的接地電阻[8]。由于緩解的本質(zhì)基于平均管地電位差，所以一味地增加緩解線(xiàn)長(cháng)度以期降低接地電阻從而達到更好的緩解效果是不現實(shí)的。有學(xué)者提出存在緩解線(xiàn)長(cháng)度極值，當緩解線(xiàn)長(cháng)度大于該值時(shí)，增加緩解線(xiàn)長(cháng)度并不能再有效地降低管道交流干擾電壓，該長(cháng)度極值可根據公式（3）大致確定[9]。傳統方法操作簡(jiǎn)單，適用于干擾程度和范圍較小的情況，是一種單點(diǎn)設計法，無(wú)法對管道全線(xiàn)進(jìn)行綜合考慮，存在一定的局限性。

數值模擬（也稱(chēng)計算機仿真模擬）設計法是近年來(lái)興起的管道交流干擾主流設計方法[10-11]。利用數值模擬軟件對“公共走廊”內管道和高壓輸電線(xiàn)路進(jìn)行整體建模，通過(guò)麥克斯韋方程計算區域內電學(xué)參量分布情況。數值模擬綜合設計法適用范圍廣，可針對各種干擾狀況設計不同的緩解方案，參考價(jià)值較高。但需要大量的干擾源、被干擾物、土壤及地理信息等基礎數據，工作量大，且目前主要集中于處理穩態(tài)交流干擾，對于高速鐵路等引起的暫態(tài)高頻率交流干擾還未建立有效的計算模型和模塊，有待進(jìn)一步的系統研究。

在目前的技術(shù)水平下，為得到經(jīng)濟有效的緩解方案，應綜合考慮傳統經(jīng)驗設計和數值模擬綜合設計兩種方法。首先根據單點(diǎn)法確定所需的緩解線(xiàn)長(cháng)度，再利用數值模擬軟件對其進(jìn)行修正和調整，從而達到事半功倍的效果。

2.2 緩解防護技術(shù)發(fā)展

為防止埋地管道受到交流干擾，最有效的辦法就是盡可能的增大管道與干擾源的距離。GB/T 21447－2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規范》中給出在路徑受限地區，220 kV、330 kV、500 kV高壓輸電等級時(shí)埋地管道與桿塔接地極的水平距離應分別不小于5.0 m、6.0 m和7.5 m；CAN/CSA-C22.3 NO.6-M91《管道與電力供應線(xiàn)之間協(xié)調性原則及作法》建議管道與桿塔接地體之間的距離應大于10 m；Dawalibi等[12]則認為埋地管道的安全距離應不小于300 m。這些間距設定的出發(fā)點(diǎn)主要是考慮故障情況下電弧放電對管道防腐層以及人觸電的危害。而對于電磁感應干擾，GB/T 50698－2011中規定當管道與高壓交流輸電線(xiàn)路、交流電氣化鐵路的間隔距離大于1 000 m時(shí)，不需要進(jìn)行干擾調查測試。

實(shí)際情況下很難使管道與干擾源保持足夠的安全距離，可采用集中接地、梯度控制墊、絕緣接頭和緩解線(xiàn)等方法實(shí)施緩解。其中，緩解線(xiàn)+固態(tài)直流去耦合器是目前最主要的交流干擾緩解措施。該方法通過(guò)沿埋地管道近距離鋪設裸露的導體帶或者地床，并通過(guò)固態(tài)直流去耦合器將緩解線(xiàn)策略性的與管道電連接，可有效的平均管道電位和地電位，降低管地電位差。目前，該方法在西氣東輸、蘭鄭長(cháng)成品油、川氣東送、安亳成品油、洛駐成品油等管道上得到了很好的應用。其中，陜京三線(xiàn)采用該方法后全線(xiàn)交流干擾緩解率為65%[13]；北京燃氣次高壓管線(xiàn)阜石路段實(shí)施排流后，平均緩解率達到72%，效果明顯。

3 安亳成品油管道交流干擾緩解工程

3.1 交流干擾情況

安亳成品油管道淮南―蚌埠段分別與220 kV洛爐線(xiàn)、500 kV懷店線(xiàn)、500 kV懷孔線(xiàn)、220 kV洛燕線(xiàn)、220 kV田秦線(xiàn)、500 kV懷蕪I/II線(xiàn)、高速鐵路軌道和通訊信號發(fā)射塔存在并行或交叉穿越，“公共走廊”長(cháng)度達27 km。

3.2現場(chǎng)調研測試

對淮南―蚌埠管線(xiàn)0～43 km里程管段開(kāi)展了現場(chǎng)調研測試，內容包括：輸電線(xiàn)路塔腳與管道距離、交流干擾電壓、交流電流密度（根據GB/T 50698-2011中提供的公式和現場(chǎng)測得土壤電阻率計算得到）。結果顯示公共走廊區內輸電線(xiàn)路塔腳與管道距離滿(mǎn)足7.5 m的安全距離，電弧燒蝕風(fēng)險較小。其他測試結果如圖 1所示，管道沿線(xiàn)交流干擾風(fēng)險等級較高的區域可達31 km，最大干擾電壓為22.1 V，位于28 km處，大部分受干擾區域交流電流密度大于100 A/m2，受到強交流雜散電流干擾，最大干擾位于23 km+897 m處，交流電流密度高達488.07 A/m2。

圖 1  管道沿線(xiàn)交流干擾電壓和交流電流密度分布

使用ER腐蝕探頭對強交流干擾下管道腐蝕速率進(jìn)行了實(shí)時(shí)監測，監測時(shí)間為2個(gè)月，將ER腐蝕探頭取出后，發(fā)現探頭存在較為嚴重的局部腐蝕現象（圖 2）。采用DDC-II型點(diǎn)腐蝕探測儀對探頭表面3個(gè)位置處的局部腐蝕速率進(jìn)行檢測，結果見(jiàn)表 4，遠超ASTM標準中規定的10 μm/a限值。管道交流腐蝕風(fēng)險較高，亟需對其進(jìn)行緩解。此外，通過(guò)ER探頭測試結果可知試片的平均腐蝕速率為360 μm/a，這相當于0.31 A/m2的直流電流的腐蝕量。而此處的交流電流密度為488.07 A/m2，表明約0.06%的交流電流密度產(chǎn)生了腐蝕。

圖 2  探頭表面腐蝕（清洗后）

3.3 緩解防護措施及效果

采用目前國際上主流的緩解線(xiàn)+固態(tài)直流去耦合器方式進(jìn)行緩解。緩解目標采用GB/T 50698－2011要求，結合受干擾區域土壤電阻率分布情況，選用“管線(xiàn)沿線(xiàn)交流干擾電壓低于4 V”作為緩解目標。

采用“現場(chǎng)試驗+傳統經(jīng)驗公式設計+數值模擬綜合設計”方式對該管線(xiàn)交流干擾進(jìn)行緩解設計，根據公式（1）和（2），以交流干擾電壓最高的22.1 V作為首要緩解對象，初步計算得到需要60 m長(cháng)鍍鋅扁鋼，再利用數值模擬軟件對管道全線(xiàn)進(jìn)行建模，對初步計算得到的緩解方案進(jìn)行校核比對，結合現場(chǎng)情況，最終確定采用“40 m鍍鋅扁鋼+40 m鍍鋅角鋼”的“水平接地極+垂直接地極”的方式進(jìn)行緩解，緩解地床安裝位置分別位于：005 km、012 km+089 m、016 km+823 m、019 km、022 km+735m、024 km+389m、027 km、030 km+168 m、033 km+064 m、036 km、038 km、044 km+221m、008 km+677 m、010 km+828 m、024 km+907 m、028 km+640 m、029 km+206 m，共17處，緩解地床通過(guò)Rustrol固態(tài)直流去耦合器連接至管道。

對緩解后管道沿線(xiàn)的交流干擾狀況檢測結果(圖 3)可知，實(shí)施緩解后，管道沿線(xiàn)交流干擾電壓均小于4 V，滿(mǎn)足標準要求，緩解效果良好。

圖 3  緩解后管道沿線(xiàn)交流干擾分布

4 交流干擾緩解技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向

（1）雜散電流干擾實(shí)時(shí)監測的普及化和多元化。推動(dòng)雜散電流干擾實(shí)時(shí)監測的普及化，有利于隨時(shí)掌握管道干擾狀態(tài)，了解轄區電流干擾的變化規律，指導防治工作。采用腐蝕速率監測、環(huán)境監測等多元化監測手段，能夠更好地了解雜散電流對管道腐蝕及其他方面的影響。

（2）管道方與電網(wǎng)、鐵路等干擾源方合作開(kāi)展治理。目前所采取的措施只是暫時(shí)緩解，無(wú)法真正徹底解決雜散電流問(wèn)題，排出的電流依舊存在于土壤中，治標不治本。理想的治理方式是使其“從哪來(lái)回哪去”，需要各方相互協(xié)調配合完成。

（3）數值模擬計算技術(shù)的普及化和軟件的國產(chǎn)化。目前我國亟需提高相關(guān)技術(shù)能力和普及程度。相關(guān)軟件的國產(chǎn)化是未來(lái)發(fā)展的主流方向。

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作者：葉青，中國石化銷(xiāo)售有限公司華中分公司管道油庫處技術(shù)科科長(cháng)。

《管道保護》2018年第2期（總第39期）