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新大线管道杂散电流干扰的分析与防护

文档作者：赵晋云1, 滕延平1, 刘玲莉1, 费雪松2, 张一玲1, 王学一3, 李云超4 ( , 黑文档来源： 1. 中国石油管道公司科技中心 2. 中国石油管道公司管道处 3. 中油管道锦州输油分公司 4. 中油管道大庆输油分公司		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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上一篇：基于电厂电气系统设备调试措施的分析

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收稿日期: 2006- 08- 17 􀀁 􀀁 收修改稿日期: 2006- 10- 24
新大线管道杂散电流干扰的分析与防护
赵晋云1, 滕延平1, 刘玲莉1, 费雪松2, 张一玲1, 王学一3, 李云超4
( 1. 中国石油管道公司科技中心, 河北廊坊􀀁 065000; 2. 中国石油管道公司管道处, 河北廊坊􀀁 065000;
3. 中油管道锦州输油分公司, 辽宁锦州􀀁 121000; 4. 中油管道大庆输油分公司, 黑龙江大庆􀀁 163000)
􀀁 􀀁 摘要: 以新大线输油管线杂散电流干扰腐蚀问题为研究对象, 进行干扰调查, 并现场测试管地电位、土壤电位梯度、土
壤电阻率和管线的杂散电流等参数。测试结果分析充分说明干扰来源于与新大线管道近距离平行的大连快轨3 号线列
车的运行, 其特点是双向动态干扰, 没有固定的阴极区和阳极区。提出采取增加阴极保护装置和极性接地排流方式共同
防护来抑制杂散电流干扰, 并客观分析排流效果。分析表明排流效果良好。
关键词: 埋地管道; 杂散电流; 电位梯度; 阴极保护; 排流
中图分类号:TE988􀀁 􀀁 文献标识码: A􀀁 􀀁 文章编号: 1004- 9614( 2007) 02- 0038- 03
Analysis and Mitigation of Stray Current Interference on Xinda Oil Pipeline
ZHAO Jin􀀁yun1, TENG Yan􀀁ping1 , LIU Ling􀀁li1, FEI Xue􀀁song2, ZHANG Yi􀀁ling1, WANG Xue􀀁yi3 , LI Yun􀀁chao4
( 1. R&amp;amp;D Center of PetroChina Pipeline Company, Langfang 065000, China;
2. Pipeline Department of Petrochina Pipeline Company, Langfang 065000, China;
3. PetroChina Pipeline Jinzhou Oil Transportation Sub􀀁company, Jinzhou 121000, China;
4. PetroChina Pipeline Daqing Oil Transportation Sub􀀁company, Daqing 163000, China)
Abstract:The stray current corrosion problem with Xinda oil pipeline was investigated. The values of soil voltage gradient, pipe􀀁to􀀁
soil potential and stray current of the buried pipeline had been systematically investigated on the spot. The measured result indicated that
the stray current interference mainly originated from the running Dalian No. 3 Light railway that is close and parallel to Xinda oil pipeline.
It has a bidirectional dynamic character, since anodic and cathodic areas are not steadily fixed. To eliminate the interference, drainage
current by grounding rectification technique and adding cathodic protection unit at suitable site had been adopted. So far, the stray current
effects have bee greatly reduced but could not be entirely eliminated.
Key words: buried pipeline; stray current; voltage gradient; cathodic protection; drainage current
0 􀀁 引言
随着经济的飞速发展, 埋于地下的水管、通讯电力电缆以
及电车路轨等地下结构越来越多, 相互平行或交叉, 距离又很
近, 这些地下结构对埋地钢质管道造成了严重的杂散电流干扰
腐蚀。杂散电流的干扰腐蚀具有电解腐蚀的特点, 破坏区域比
较集中, 破坏速度比较大, 将对管道造成比自然腐蚀严重得多
的破坏作用[1] , 极易导致管道的腐蚀穿孔, 从而引起能源浪费,
环境污染和火灾等事故。针对这个问题, 对新大线输油管道杂
散电流干扰腐蚀问题进行调查和研究, 探讨杂散电流干扰腐蚀
的规律和采取的防护措施。
1 􀀁 管道概况
2004 年建设的大连新港􀀂 大连石化原油输送管道小松岚
􀀂 七厂段管道( 简称新大线管道) , 全长21􀀂6 km. 这条管道主要
位于大连市开发区, 自金窑铁路穿越点至前盐村段约有9 km
长与大连市快轨3 号线轻轨平行并多次穿越该铁路。该快轨
系统采用直流牵引供电系统, 供电电压为1􀀂5 kV, 接触网实行双
边供电, 由走行轨回流。在平行段内, 管道4 次穿越轻轨, 其中
3 处位于轻轨高架路段。平行段内有大连湾轻轨站变电所1
座, 该变电所距管道最小距离为14 m. 该管道采用3 层PE 管道
外防腐层和强制电流阴极保护, 全线设阴极保护站1 座( 位于
小松岚阀室) 。管道共设置测试桩( 兼里程桩) 27 个, 在管道与
轻轨近距离平行段加密设置测试桩。
2􀀁 干扰的调查分析
按照石油天然气必威体育官方网站
标准SY/ T 0017􀀂 96 埋地钢质管道直
流排流标准! , 杂散电流可以通过管地电位的偏移和地电位梯
度来判断。如阴极保护系统及其他直流干扰附近的管道, 当管
道任意点上的管地电位较自然电位正向偏移20 mV 时或管道
附近土壤中的电位梯度大于0􀀂 5 mV/ m 时, 确认为直流干扰; 当
管道任意一点上管地电位较自然电位正向偏移100 mV 时或管
道附近土壤中的电位梯度大于2􀀂5 mV/ m 时, 应及时采取直流
排流保护或其他防护措施。
在杂散电流干扰中, 管道附近的电位梯度大小和一定时间
范围内的管地电位变化, 可以反映出杂散电流的干扰程度[ 2] 。
2. 1􀀁 管道直流干扰情况
关闭阴保设备时, 对管地电位( 简称原始电位) 24 h 连续测
试结果见图1。图2 为新大线9# 测试点原始电位- 时间曲线,
发现直流干扰与轻轨电车通行时间存在明显的对应关系。在每
天轻轨电车运营时间段内, 管道电位呈明显的间歇性波动变化;
􀀁 2007 年
􀀁 第2 期
管道技术与设备
Pipeline 􀀁 Technique 􀀁 and 􀀁 Equipment
2007􀀁
No􀀂 2􀀁
而在20 时以后至次日凌晨5 时30 分时段, 轻轨供电网断电, 电
车停止运行, 管道电位在自然电位附近并趋于平稳。由此说明,
这一管段的电位波动来源于大连轻轨杂散电流的影响。
图1 􀀁 管道原始电位分布
图2 􀀁 9# 测试桩管道原始电位- 时间曲线
􀀁 􀀁 新大线管道在小松岚阀室设有1 座阴极保护站, 对全线进
行阴极保护。管道保护电位分布见图3。可以看出, 在现阴极
保护状态下( 即小松岚保护站阴极保护给定电位为- 1􀀂30 V
时) , 与保护站距离较近的管段电位波动幅度明显减小, 0 # ~
6# 管道电位负于- 0􀀂 85 V, 达到了完全保护。6 # 测试点的原
始电位和保护电位负值持续偏高, 经调查该处管道附近并行1
条煤气管道, 在测试点附近, 该煤气管道设有牺牲阳极, 导致附
近地电位异常。其中, 7 # ~ 17 # 管段电位平均值较高且电位
波动幅度很大, 杂散电流干扰较强, 该管段多数位于快轨铁路
边, 与快轨铁路近距离并行。管道与快轨平行时, 平行间距对
管道的干扰状况影响较大, 平行间距越近, 干扰影响越强。其
中, 17 # 测试点的干扰较强, 这可能与该点是近间距平行段的
端点, 且靠近管道与轻轨的交叉点而附近轻轨轨道又为低路基
等因素有关。分布在振兴路轻轨穿越点至七厂段的末段5 km
管道( 22 # ~ 26 # ) , 电位波动幅度不大, 且未达到阴极保护要
求, 即使提高给定电位, 接近保护电位允许的上限( 测试中给定
电位达- 1. 45 V) 时, 仍有部分管段得不到有效保护, 属于欠保
护管段。
图3 􀀁 管道保护电位分布曲线
􀀁 􀀁 新大线管道与快轨铁路共有4 处交叉, 这4 处交叉均位于
管道与轻轨平行段内( 分别位于10 # 附近, 12 # ~ 13 # 之间和
17 # 附近) 。可得结论, 交叉点处轻轨为地面路基时( 17 # 测试
点) 比高架桥路基时对管道的干扰要强一些。
2. 2􀀁 电位梯度测试
用十字交叉法在管道沿线测试桩附近测量土壤直流电位
梯度。测试结果表明, 多数测试点的电位梯度超过0. 5 mV/ m,
在与轻轨近距离并行的部分管段( 10 # ~ 12 # ) 以及4 # 和6#
测试点处, 电位梯度相对较高, 说明这些地段土壤中的杂散电
流相对较强。管道沿线各点杂散电流方向和大小不断变化, 有
正负交变现象, 属于动态的双向干扰。这与快轨铁路供电回路
的回流大小、电车运行位置、和同时有多辆列车在轻轨运行的
情况的不断变化有关。
2. 3􀀁 管内电流的测量
采用电压降法测试了5 # 、1 5 # 和25 # 电流测试桩处的
管内干扰电流。图4 为15 # 测试点管内电流数值随时间变化
的曲线。测试结果表明, 管内杂散电流活动频繁, 管内电流的
大小和方向随时间不断变化, 测得的杂散电流数值为0~ 3 A,
15 # 测试点测得的电流相对较大, 最大电流为2. 942 A. 该管段
位于大连湾轻轨牵引变电所附近, 距变电所负回归接地网较
近, 杂散电流干扰较强。
图4 􀀁 15 # 测试点管内干扰电流􀀂 时间曲线
2. 4􀀁 土壤电阻率测试
管道27 个测试桩附近的土壤电阻率测试结果统计见表1。
3􀀂7%的管段土壤电阻率小于20 􀀁∀m, 腐蚀性较强, 主要位于经
过海湾填海区的11 # 测试点附近; 土壤电阻率为20~ 50 􀀁 ∀m
的管段主要位于经过两处海湾填海区的管段和部分坡地; 其余
51􀀂8%的管段经过的土壤的腐蚀性较弱。总体来看, 该管线的
土壤腐蚀性不强, 管道沿线土壤导电性能中等偏弱, 有利于限
制直流杂散电流的大小, 对通过阻性耦合的交流干扰有抑制作
用。
表1 􀀁 土壤电阻率测试结果统计表
土壤电阻率/ ( 􀀁∀m) 土壤腐蚀性等级百分比/ %
< 20 强3􀀂 7
20~ 50 中44􀀂 5
> 50 弱51􀀂 8
2. 5􀀁 快轨铁路与管道同步电位测试
在关闭阴极保护设备时, 快轨铁路轨地电位和管道与轨道
之间的管轨电压同步测试结果见表2。这4 个测试点均为正常
路基, 且管道与轻轨距离较近, 为十几米。其中11 # 、13 # 、
14# 测试点位于大连湾与金马路之间的供电区间, 而17# 测试
􀀁 􀀁 􀀁 􀀁
􀀁 第2 期赵晋云等:新大线管道杂散电流干扰的分析与防护 3􀀁􀀁􀀁9 􀀁
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点所在供电区间为后盐到大连湾。
表2􀀁 快轨铁路与管道同步测试数据统计V
测试点
轨地电位管轨电压
最大值最小值平均值最大值最小值平均值
11 19􀀂 67 - 3􀀂 74 2􀀂 688 3􀀂36 - 16􀀂88 - 3􀀂 352
13 11􀀂 91 - 4􀀂 43 1􀀂 871 4􀀂05 - 12􀀂24 - 2􀀂 380
14 17􀀂 41 - 5􀀂 21 1􀀂 437 4􀀂87 - 14􀀂85 - 1􀀂 897
17 18􀀂 06 - 14􀀂 08 1􀀂 156 13􀀂48 - 18􀀂65 - 1􀀂 622
􀀁 􀀁 从测试结果看, 轨地电位与管轨电压变化方向相反, 与管
道并行段的轻轨轨道多数时间内对地电位为正值, 此时轨道内
电流易于流出进入大地, 成为杂散电流, 这是造成该管道直流
干扰的原因。管道电位的变化比较复杂, 规律性不强, 这是由
于管道电位既受到邻近的轻轨附近杂散电流变化的影响, 还受
到供电区间内其他位置列车走行的影响。
2. 6􀀁 管道防腐层绝缘状况
该管道采用3 层PE 防腐层。经过地面检漏和CIPS 测试,
发现个别部位存在电流漏失现象, 初步判断为防腐层缺陷或固
定墩部位绝缘不良, 但未开挖验证。
2. 7􀀁 新大线与其他管道相关情况
新大线管道与煤气、水、原油等多条管道交叉或接近, 其中
相互影响最大的是铁大支线输油管道。新大线首尾两端各有4
~ 5 km 与铁大支线并行, 并行间距近处不足10 m, 两管道间还
有4 处交叉。由于两者均采用强制电流阴极保护, 因此2 条管
道相互影响。初步认为, 新大线所受直流干扰中有一部分可能
来自铁大支线的阴极保护系统。
3 􀀁 防护措施及其效果
新大线管道存在较强的直流干扰, 需要采取排流保护措
施。综合分析后, 采取排流和阴极保护相结合的方式进行排流
保护。在管道与轻轨平行管段采用排流保护, 在管道两端利用
阴极保护对杂散电流的抑制作用来降低管道的干扰影响, 使管
道得到有效的阴极保护。最后采取的排流方案如下:
( 1) 在管道末端, 即石化七厂内增设一座阴极保护站。其
作用是减轻振兴路轻轨穿越点处至七厂段管道直流干扰的影
响, 解决该段管道保护电位不足的问题。
( 2) 在管道与快轨平行段预设6~ 8 处排流装置, 减轻该段
杂散电流干扰的影响。排流装置采用接地式排流方式。由于
管道电位波动较大, 且存在正负交变现象, 为防止杂散电流倒
流入管道, 排流器需加入防逆流装置, 即成为极性排流器。排
流所用接地极的材料选择镁合金阳极, 其优点是可提高排流驱
动电压, 并可为管道提供阴极保护。每个排流接地极需使用30
支( 11 kg/ 支) 镁合金阳极。镁阳极采用卧式或立式埋设, 地床
平行于管道( 地形受限时也可垂直于管道) , 距管道30~ 50 m.
其安装位置及工作参数见表3。阴极保护站的工作参数见表4。
表3 􀀁 阴极保护站工作参数
保护站名称输出电流/ A 输出电压/V 通电点电位/V
小松岚阴保站0􀀂5 0􀀂5 - 1􀀂 30
七厂阴保站1􀀂0 2􀀂0 - 1􀀂 30
表4 􀀁 排流器工作参数
排流位置
排流极接
地电阻/ 􀀁
排流极开
路电位/V
排流电流
/A
8# 测试桩1􀀂0 - 1􀀂511 0􀀂 80
13# 测试桩2􀀂1 - 1􀀂360 0􀀂 50
14# 测试桩5􀀂2 - 1􀀂393 0􀀂 40
17# 测试桩3􀀂0 - 1􀀂501 0􀀂 30
18# 测试桩5􀀂0 - 1􀀂541 0􀀂 05
19# 测试桩3􀀂2 - 1􀀂447 0􀀂 20
􀀁 􀀁 图5 是排流保护措施实施后管道保护电位的测试结果。
采用上述措施后, 各排流装置和阴极保护站工作正常。管道电
位波动明显减小, 管道的直流干扰大大减弱, 除个别测试点外,
管道最小负电位均高于- 0􀀂85 V, 特别是原来欠保护的管段电
位达到了正常保护电位的要求, 表明管道得到了较好的保护。
图5 􀀁 采取排流保护措施后的管道保护电位分布曲线
4􀀁 结论
( 1) 大连快轨3 号线对新大线管道的杂散电流干扰是一种
动态直流干扰, 干扰影响程度随不同供电区间内电车的移动而
不断变化, 表现为管道电位不断变化, 干扰严重的管段电位出
现正负交变。
( 2) 在现场同步测试和记录管地电位、电位梯度, 可以有效
检测杂散电流干扰和确定干扰影响的主要区域。
( 3) 采用的极性接地排流保护措施效果显著, 可有效抑制
输油管道的杂散电流干扰, 但不能完全消除干扰, 管道基本得
到了有效的阴极保护, 其长期效果有待于今后跟踪调查。
参考文献:
[ 1] 􀀁 曹楚南. 腐蚀电化学原理. 北京: 化学工业出版社, 1985: 166.
[ 2] 􀀁 姜长洪, 于婉丽, 吴星刚, 等. 输油管道腐蚀与杂散电流测量. 管道
技术与设备, 2004( 1) : 10- 12.
作者简介: 赵晋云( 1972 􀀂 􀀁 ) , 硕士, 工程师, 从事油气管道腐蚀与防护
研究工作。
( 上接第28 页)
􀀁 􀀁 ( 3) 由于不同的摩擦因数对应的最优膨胀体锥角是不一样
的, 所以应该根据现场的摩擦因数确定合理的膨胀锥角, 才能
得到较佳的膨胀效果。
参考文献:
[ 1] 􀀁 张文华, 刘国辉, 胡国清. 石油钻采工艺. 可膨胀管技术及其应用,
2001, 23( 1) : 28- 31.
[ 2] 􀀁 赵经文, 王宏钰. 结构有限元分析. 2 版. 北京. 科学出版社, 2001: 68
- 69.
[ 3] 􀀁 戴扬, 高学仕, 陆玲, 等. 一种新型管材运输保护装置的计算机辅
助设计. 管道技术与设备, 2003( 5) : 11- 12.
作者简介: 杨冬平( 1979 􀀂 􀀁 ) , 硕士研究生, 从事数值仿真研究。

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