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          管道研究

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          成品油管道受地鐵直流干擾治理效果驗證

          來源:《管道保護》2023年第2期 作者:李舒根 朱昱庠 時間:2023-4-25 閱讀:

          李舒根 朱昱庠

          國家管網集團華中公司江西輸油分公司

           

          摘要:城市地鐵會對鄰近埋地管道產生直流雜散電流干擾,影響陰保系統運行效果。利用數據記錄儀對某成品油管道進行長時間通/斷電位檢測。結果表明,管道明顯受到地鐵直流雜散電流干擾,檢測管段陰極保護效果不達標。采用極性排流接地方式治理后,再次檢測其斷電電位達標?蔀楣艿狸帢O保護管理提供借鑒。

          關鍵詞:埋地管道;地鐵直流干擾;通斷電位;排流治理

           

          地鐵運行需牽引變電站通過牽引網將直流電輸送給地鐵機車,再通過鐵軌將電流送回牽引變電站,正常情況下形成閉環電流回路。當某段鐵軌由于施工、老化等原因導致絕緣性能不佳時,該段電流通過地下流入周邊輸油管道,并順著輸油管道向牽引變電站方向流動,在某一離變電站較近位置流出后再回到變電站。這一過程對周邊埋地管道陰極保護系統造成干擾,影響陰保有效性。本文以某埋地成品油管道為研究對象,測試分析南昌市地鐵運行對其通/斷電位的影響,并驗證直流干擾治理效果。

          1  評價標準及測試方法

          1.1  評價標準

          基于地鐵動態雜散電流干擾特性,本文主要采用AS 2832.1―2015 《Cathodic protection of metals Part 1: Pipes and cables》(金屬的陰極保護1:管道和電纜)和GB/T 21448―2017 《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》等進行評價。即采用時間累積方式對動態雜散電流干擾進行分類,以電位正于保護準則的時間不應超過測試時間5%作為分界線對陰保是否達標進行判定;管道陰極保護電位(即管/地界面極化電位)應為﹣850 mVCSE或更負,陰極保護狀態下管道的極限保護電位不能比﹣1200 mVCSE更負。

          1.2  測試方法

          采用數據記錄儀(uDL2型)對管道24 h通/斷電位進行檢測,參比電極為銅/硫酸銅,斷電試片暴露面積為6.5 cm2、材質為L360。管道極化時間為1 h,通電周期設置為10 s,斷電周期1 s。

          埋設試片時應盡可能保證與管道埋深相同,若現場開挖情況不允許,應至少保證埋設深度為50 cm。便攜式參比電極盡可能靠近試片埋設。測試接線如圖 1所示。


          圖 1 管道電位檢測接線示意圖

          2  研究結果

          2.1  干擾源調查

          經過現場勘探,周邊直流干擾源主要為地鐵。選擇62#、68#、71#、77#和91#測試樁,5處測試點離地鐵最近距離分別為13.2 km、11.1 km、6.5 km、5.3 km和4.6 km,如圖 2所示。


          圖 2 管道與地鐵相對位置及測試樁位置示意圖

          2.2  直流干擾測試結果

          (1)電位測試結果。5處測試樁24 h電位測試結果如表 1所示。

          表 1 管道電位測試結果


          從表 1可知,5處測試樁處斷電電位正于   ﹣850 mVCSE的時間比例均遠大于標準規定的5%,地鐵雜散電流明顯影響了該段管道陰極保護的有效性,使管道處于欠保護狀態。

          圖 3為71#和91#測試樁通/斷電位測試結果。兩處測試樁均表現出相同的波動規律,即通/斷電位在凌晨5:00至夜間22:30波動明顯,夜間22:30至凌晨5:00明顯趨于平緩,存在晝/夜周期規律。該電位波動時間與地鐵白天運行夜間停運時間相吻合,進一步印證主要干擾源為地鐵。



          圖 3 71#和91#測試樁通/斷電位波動圖

          (2)晝/夜斷電電位分析。當地鐵停運時,兩處斷電電位均穩定在﹣0.86 VCSE左右,管道陰極保護水平達標。該極化值是管道受恒電位儀開機極化的結果。電位波動幅度白天明顯大于夜間,既存在正于、也存在負于穩定時電壓情況。該現象主要源于地鐵運行狀態,當地鐵出站加速、進站減速時或與管道距離發生改變時,由鐵軌泄漏進入管道的雜散電流大小將發生變化,表現為電位上下波動。

          (3)通/斷電位波動幅度分析。71#測試樁14:29至20:02通電電位波動幅度為1.77 V(﹣2.00 VCSE~ ﹣0.23 VCSE),遠大于同時段斷電電位波動幅度0.33 V(﹣0.72 VCSE~﹣1.05 VCSE)。主要原因是受IR降波動影響。測試通電電位是管道和參比電極之間的管地電位,測試回路中存在土壤電阻率、部分涂層電阻率,當外界動態雜散電流I波動時,IR通隨之波動。測試斷電電位是斷電試片與參比電極之間的電位。雖然依舊存在動態雜散電流I,但是由于斷電試片離參比電極足夠近,且無涂層,R斷遠小于R通,則通電電位波動幅度遠大于斷電電位的。

          2.3  地鐵干擾治理效果評價

          (1)治理方式。根據SYT 0017―2016《埋地鋼質管道直流排流保護技術標準》,采用“接地排流”方式在5個測試樁處加裝犧牲陽極進行排流治理。每處埋設15支鎂陽極,并通過極性排流器與管道串聯。使用極性排流器作為中間媒介將管道和犧牲陽極地床串聯,為了確保管道電流向陽極地床單向流動,禁止在動態雜散電流干擾下從地床流向管道。若陽極地床和管道直接串聯,因其未涂覆防腐層、接地電阻很。ㄐ∮10 Ω)、為金屬良導體,會使得大量雜散電流從犧牲陽極流進、管道流出,導致管道腐蝕速度比未排流前還要快。

          (2)電位檢測。排流治理后,再次對5處測試樁進行24 h通/斷電位檢測,陰保效果判定結果如表 2所示。

          表 2 排流治理后陰保效果判定結果


          (3)治理效果對比。對比表 1和表 2結果,加裝陽極排流地床后,5處測試樁電位明顯降低,處于﹣850 mVCSE~﹣1200 mVCSE,24 h內斷電電位正于﹣850 mVCSE的時間均低于5%,達到陰極保護要求。71#和91#測試樁最大斷電電位、最小斷電電位和平均斷電電位整體下移,如圖 4所示。



          圖 4 治理后71#和91#測試樁通/斷電位波動圖

          對比治理前后通電電位,波動幅度幾乎無變化。主要原因是犧牲陽極可以降低管道的斷電電位,但是不能改變原環境中雜散電流帶來的IR降變化。因此日常管理應重視對管道斷電電位的檢測。

          3  結論

          (1)重視對管道斷電電位的檢測,F場通電電位檢測不能有效反映管道與土壤之間的電位變化。

          (2)加強對排流設施的維護。排流設施使用中可能出現極性排流器失效、陽極地床失效等情況,需定期維護保養,延長使用壽命。

          (3)定期開展電位復測。隨著地鐵車次、里程不斷增加,雜散電流干擾程度也會隨之加重,需定期復測管道電位,排查是否存在新的陰保異常點。


          作者簡介:李舒根,江西輸油分公司副經理、安全總監,主要從事長輸管道安全管理工作。聯系方式:13607007957,19283353@qq.com。


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