随着“一带一路”、“京津冀协调发展”以及“长江经济带”等一系列国家重大政策的提出，油气管道、交流 （特） 高压输电线路以及高铁进入了大规模建设时期。据预测，到2020年，我国油气管道将超过1.5×105 km,交流特高压输电线路达3.2×104 km,中国高铁将接通所有超过50万人口的城市，管道面临的交流干扰将越来越严重。近十年来，交流干扰一直是管道腐蚀安全研究的热点，但前期研究主要集中在交流干扰风险评价[1,2,3,4]、交流腐蚀机理[5,6,7]以及交流缓解措施[8,9]方面，关于交流干扰的有效测试技术研究很少，仍大多采用常规的测试技术进行测试。随着交流干扰相关研究的逐渐深入，人们对交流干扰监检测技术和交流干扰风险评价方法的认识发生了新的变化[10,11]。
为了进一步提高对交流干扰监检测和交流干扰风险评价的理解，本文系统总结了近几年的最新研究成果，指出了目前在交流干扰监检测方面存在的问题，并提出了相关建议，同时指明了未来交流干扰风险评价研究的发展方向。
1 埋地管道交流干扰参数及其有效检测技术
根据国内外交流干扰相关标准[12,13,14],交流干扰的测试参数主要包括交流干扰电压、交流电流密度和土壤电阻率。然，随着交流干扰研究的不断深入，交流干扰测试参数逐渐得到完善。GB/T50698—2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》[15]中规定，除了要测试交流干扰电压、交流电流密度以及土壤电阻率3个参数外，还应测试管道阴极保护参数，如管道通、断电电位。英国标准BS EN 15280:2013[11]中明确指出，为了评估管道交流腐蚀的风险，管道交流干扰的测试应包括以下内容：管道交流干扰电压、管道通电电位、管道IR-free 电位 （极化电位）、交流电流密度、直流电流密度、交直流电流密度之比、土壤电阻率以及腐蚀速率。国内外还有其它类似的最新交流干扰相关标准[16]和研究成果[5,10,17-20]。
在上述交流干扰测试参数中，管道通电电位、直流电流密度以及土壤电阻率的测试方法已经较为成熟，相关认识也较为统一。其余参数，如管道交流干扰电压、极化电位、交流电流密度以及腐蚀速率，虽然围绕其测试技术开展了部分研究，但仍然存在一些争论，没有得到统一的认识。下面将围绕管道交流干扰电压、直流电位、交流电流密度以及腐蚀速率四个参数的测试对国内外最新研究成果进行总结。
1.1 交流干扰电压的有效测试
对于交流干扰的风险评价，交流干扰电压是非常重要的一个指标。因此，如何有效测得管道交流干扰电压至关重要。在现场，往往采用硫酸铜参比电极 （CSE） 和万用表进行管道交流干扰电压测试。值得注意的是硫酸铜参比电极和管道之间的距离 （L） 应根据测试目的的不同而有所差异。若为了评估人身安全的风险，则L应尽量小，即硫酸铜参比电极应放置在管道正上方[21,22];若为了评估管道交流腐蚀的风险，硫酸铜参比电极和管道之间的距离该如何选择，目前未得到统一认识。
根据英国标准DD CEN/TS 15280：2006[22]的要求，硫酸铜参比电极应放置“远地点”，即地电势为零的位置。类似地，NACE TG 327[23]和CP培训教材[24]中也给出了相同的意见。GB/T50698-2011[15]中关于交流干扰电压的描述是“交流干扰电压有效值的平均值”，但并未说明是“近地”还是“远地”电压。
为了弄清L对交流干扰电压测试的影响，作者[25]于2011年利用数值模拟计算技术研究了不同情况下L的选择方法，结果表明L应根据管道排流情况、涂层的性能以及高压铁塔的位置来综合考虑：若测试点处管道没有排流措施，防腐层性能较好 （面电阻率大于50 kΩ？m2） 且附近没有高压铁塔，那么为了测量的方便，参比电极可以放在管道正上方进行测量；如果管道附近有高压铁塔，参比电极应放在“远地点”位置；若测试点处管道防腐层性能较差 （如石油沥青涂层） 或有排流措施时，参比电极应放在“远地点”位置；在有交流排流情况下，“远地点”的位置受到以下几个因素的影响：（1） 缓解线长度和L呈线性关系，L随着缓解线长度的增加而增大；（2） L和土壤电阻率也是正比例关系；（3） 当涂层电阻率<30 kΩ？m2时，L随涂层电阻率的增加而显著的降低，随后逐渐降低至稳定值；（4） 当管道和高压输电线路的间距小于50 m时，L随着管道和高压输电线路的间距的增大而逐渐降低，并在50 m时达到最小值，之后随着两者间距的增加而逐渐增大。
为验证计算结果，作者选取某遭受高压交流输电线路干扰的管道进行交流干扰电压测试。测试点处远离高压铁塔，但有2支MG-14型镁阳极提供阴极保护。作者首先将硫酸铜参比电极放置管道正上方，测得管道交流干扰电压为13 V,然后将参比电极位置往垂直远离管道方向移动，并读取管道交流干扰电压值，如图1所示。从图中可以看出，随着参比电极逐渐远离管道，测得的交流干扰电压逐渐增大。当参比电极与管道间距超过100 m时，测得的交流干扰电压变化很小，可以近似认为该位置为“远地点”位置，管道相对“远地”交流干扰电压达到25 V左右，远远高于相对“近地”干扰电压值 （13 V） 。此时，若利用管道对“近地”交流干扰电压值进行交流腐蚀风险的评价，则会带来误判，极大程度上增加了管道交流腐蚀的风险。
图1 参比电极与管道间距对交流干扰电压测试的影响
英国标准BS EN 15280:2013[11]给出了现场确定“远地点”位置的方法，如图2所示：（1） 将一个参比电极 （2#参比电极） 放置图中2的位置 （即管道正上方），用第一个万用表 （E） 读取管道交流干扰电压V2;（2） 在图中3的位置放置另外一个参比电极 （3#参比电极），并用另外一个万用表 （U） 读取2#参比电极和3#参比电极之间的交流电压值；（3） 改变3#参比电极的位置，将其沿着垂直远离管道方向移动1~5 m,再次用万用表 （U） 读2#参比电极和3#参比电极之间的交流电压值；（4） 将2#参比电极放置图中3#参比电极之前的位置，读取管道交流干扰电压；（5） 重复步骤3和步骤4直至用万用表 （U） 读得的2#参比电极和3#参比电极之间的交流电压值接近零时，3#参比电极的位置即为“远地点”位置。
图2 交流电压梯度的测试及“远地点”的确定示意图
从以上研究结果可知，进行管道交流干扰电压测试时，参比电极的位置切勿随意选择，而应根据管道及周边环境的实际情况而定，否则将会给管道交流腐蚀风险的评价造成极大的误判。
1.2 交流电流密度的有效测试
交流电流密度和金属的腐蚀量有着密切的关系，相比交流电压，交流电流密度更能反映交流腐蚀的严重程度[26,27]。根据相关标准[15],交流电流密度 （Iac） 可以通过下面公式计算而得：
式中，Vac为管道交流电压，V;ρ为土壤电阻率，Ω？m;d为防腐层实际破损点的等效直径，m,通常认为缺陷面积为1 cm2破损点具有最高腐蚀速率，故d取破损面积为1 cm2的等效直径0.0113 m。Vac应为管道对“远地”的交流干扰电压，至于该电压的测试在前文已经详细叙述。利用该方法获得管道交流电流密度只是依靠理论推导。根据以往经验，理论推导和实际测试往往存在一定的误差，且其误差来源较多，如管道对远地交流干扰电压的误差、土壤电阻率的误差以及等效直径 （0.0113 m） 与实际管道破损点的误差等。此外，国标GB/T 50698-2011[15]中明确指出，电流密度的理论计算值与实际测量值可能因土壤特性 （Ca2+和 Mg2+在管道表面附近沉积） 及扩散电阻的变化而存在差异。
考虑到众多因素的影响，英国标准BS EN 15280-2013[11]和BS ISO 15589-1:2015[28]标准中明确指出，交流电流密度只能通过试片法或者探头法测试获得。同时该标准也给出了现场测试交流电流密度的方法，即将试片 （或者探头） 埋设于管道同深位置，然后在试片 （或者探头） 与管道之间串联一个定值电阻。该电阻的阻值应该足够小 （对于1 cm2试片一般用10 Ω），以免干扰测试结果。
除了用上述方法进行交流电流密度测试外，也可用自带电流密度测试功能的数据记录仪进行测试[16,17,18]。然而，在现场测试中，将试片 （或者探头） 埋设至管道同深处，往往非常困难，因此后期的研究应考虑交流干扰测试时试片 （或探头） 埋深对管道交流电流密度测试的影响，并给出科学合理且可操作性强的指导原则，同时也可以考虑研发便携式交流电流密度测试装置。
1.3 交流干扰下管道电位的有效测试
根据最新的交流干扰研究成果，交流干扰的存在会导致管道电位 （无论是有阴保[1,2,6,27,29-33]还是无阴保条件下[34,35,36,37]） 的偏移。越来越多的研究成果表明，管道电位是评价其交流腐蚀风险非常重要指标之一[18,27,38,39]。因此，最新研究指出，交流干扰的测试参数应包含管道电位 （包括通电电位和断电电位）。
目前有关交流干扰下管道电位的研究主要集中在交流电流对管道阴保电位有效区间的影响[1-3,40,41],而交流电对管道电位测试的影响研究非常少。Ormellese等[42]利用交流干扰模拟实验，研究了交流电对管道阴极保护电位测试的影响。结果表明，无阴极保护下，交流干扰的存在不会影响管道腐蚀电位的测试，此时参比电极与管道的间距对管道腐蚀电位的测试无明显影响。然而，有阴极保护下，交流电流的存在严重干扰了管道阴保电位的测试，且随着交流干扰的增强而越大。同时，作者指出，交流干扰下管道阴保电位的测试只能通过极化试片 （或者极化探头） 来完成。后来，作者所在研究小组也进行相关研究，得到了类似的结果。AllahKaram等[43]的研究也表明，交流干扰下管道阴保通电电位包含的IR降远远大于无交流干扰时的IR降，在交流干扰下准确测得管道的IR-free阴保电位非常重要。
除了交流电会对管道电位的测试产生影响外，交流排流器 （如固态去耦合、钳位式排流器等） 也会对管道电位的测试产生影响。为了弄清交流排流器对管道电位测试的影响，作者利用国内外几种典型的交流排流器，于交流干扰管段进行了现场实验研究。结果表明[44],交流排流器的存在确实会对管道电位的测试产生影响，其影响大小与管道阴保水平、地床开路电位、交流排流器直流导通阀值电压以及交流排流器两端交流电压降密切相关：现场测得某交流排流器直流导通阀值电压为-1.8 V~+1.8 V,排流地床开路电位为-0.2 V,故当管道电位比-2 V更负或者比1.6 V 更正时，交流排流器会导通。现场试验时，测得该排流器两端交流电压为2 V,交流缓解前，管道阴保电位为-1.25 V,故管道的AC/DC电位将在-3.35~0.75 V之间波动。因此，在一个交流电周期内，必然存在一个时间段使得管道电位比-2 V要更负。在这段时间内，交流排流器将会导通直流，从而对测得的管道阴保电位造成影响。
因此，在有交流排流管道上测试阴保电位时，需要注意交流排流器对管道阴保电位的影响，必要时需要摘除交流排流设施。为了明确交流排流器对管道阴保电位的影响规律，后期需开展进一步研究，进而为现场测试提供更好的理论和数据支撑。
1.4 腐蚀速率的测试
根据NACE SP0169-2013[45]标准，当埋地金属管道的腐蚀速率不超过1 mpy （≈0.025 mm/a） 时，其腐蚀可忽略不计。同时NACE TG 430[10]中指出，管道交流腐蚀风险可以利用0.025 mm/a的腐蚀速率进行评判。利用管道腐蚀速率评估其腐蚀风险是最为直接的方法。目前管道腐蚀速率的测试主要通过腐蚀失重试片或者ER腐蚀速率探头来进行。NACE标准NACE SP0104-2014[46]和石油行业标准SYT 0029-2012[47]中均给出了腐蚀失重试片的设计、加工、制作、安装、测试以及数据处理的详细过程。然而，利用腐蚀失重试片进行腐蚀速率的测试只能获得管道平均腐蚀速率，且测试时间长，现场和实验室工作量大，不适合大范围推广。
为了解决该问题，发展了ER腐蚀速率探头测试技术。该技术是近年来发展起来的一种技术。Nielsen等[19,48]利用改进的电阻 （ER） 技术进行试片腐蚀速率的测试，具体测试过程如下：根据电阻理论，当试片厚度逐渐减小时，其电阻值将会增大，假设试片为长方形，长为L,宽为W,厚度为σ，则该试片的电阻R为：
其中，ρ（T ） 为试片材质在某温度T下的电阻率。
由上式可知，试片的厚度与其电阻成反比例关系。如果设计两个相同的试片，一个参考试片，一个工作试片，将两个试片串联后与管道电连接。参考试片表面做成绝缘，不与土壤直接接触，工作试片与土壤接触，用工作试片模拟管道涂层缺陷。同时测试两个试片的电阻，分别为RR和RC。由于两个试片材质、大小、表面处理均相同，在同一温度 （T ） 的电阻率ρ（T ） 相同，故而温度 （T ） 的影响近似相同。那么在任意时刻，工作试片的厚度σ （t ） 可以用下面的公式进行计算：
相对于腐蚀失重试片法，ER腐蚀速率探头技术可以实现管道腐蚀速率的实时监测，对在役管道而言，该方法更方便，但腐蚀失重试片法最直接。
2 埋地管道交流干扰风险评价方法的研究
自从发现交流干扰开始，学者们就开始了交流干扰风险评价方法的研究，但到目前为止，交流干扰风险评价方法仍未得到统一。不同类型的交流干扰危害，其风险评价方法也不一样。本文主要从人身安全、交流腐蚀以及管道附件三个方面对交流干扰风险评价方法的研究成果进行总结。
2.1 人身安全风险评价
目前，人身安全交流干扰风险评价主要采用交流干扰电压 （管道对近地交流电压） 进行，但根据干扰源的不同，其评价方法也不一样。
对于高压输电线路干扰，根据NACE 标准SP0177-2007[14],管道稳态接触电压不应超过15 V,否则会导致人员的触电。类似地，英国标准BSEN 15280-2013[11]和BSEN 50443-2011[16]也提出了相同的规定。
对于交流电气化铁路造成的干扰，我国铁道行业标准TB/T 2832-1997[49]中规定，交流电气化铁道接触网正常运行状态下管道对地电压容许值为60 V;交流电气化铁道接触网故障状态下管道对地电压容许值为430 V。而英国标准BSEN 50443-2011[16]认为，交流电气化铁道接触网正常运行状态下管道对地电压容许值为60 V;交流电气化铁道接触网故障状态下，管道对地电压容许值与故障持续时间有关，不应超过表1所列的值。我国国标50698-2011[15]中并未对该类型的威胁给出评价方法。
2.2 交流腐蚀风险评价
近年来，交流腐蚀一直是管道腐蚀领域的研究热点。围绕管道交流腐蚀问题，开展了一系列的研究，但至今为止，管道交流腐蚀的评价方法仍然存在许多争议。早期的研究表明，管道交流腐蚀可以通过交流干扰电压、交流电流密度、交直流电流密度之比、阴保电位及其偏移来进行评判。围绕这几个参数，相关标准也做出了一些规定。以交流电流密度为例，英国标准 DDCEN/TS 15280-2006[22]指出，当管道交流电流密度不超过30 A/m2时，交流腐蚀风险很低；交流电流密度处于30~100 A/m2时，交流腐蚀风险不可预测；交流电流密度大于100 A/m2时，交流腐蚀风险较高，需要采取缓解措施。我国国标50698-2011[15]中也做了类似规定。此外，英国标准GB/T DDCEN/TS 15280-2006[22]中给出了利用交直流电流密度比 （Iac/Idc） 判断交流腐蚀风险的标准：当Iac/Idc<5 时，管道发生交流腐蚀的风险较低；当5<Iac/Idc<10 时，管道有交流腐蚀的风险，但需要进一步的调查；当Iac/Idc>10 时，管道发生交流腐蚀风险很高，需要采取缓解措施。作者之前发表的文章[50]中也总结了利用管地电位、交直流电流密度之比以及极化偏移3项指标评价管道交流腐蚀的相关研究，但随着交流腐蚀研究的不断深入，越来越多的研究结果表明，管道交流腐蚀的评价除了要考虑上述指标外，还需要考虑其它影响因素，如环境因素[51,52,53,54]、涂层缺陷因素[17,55,56]等。同时相关研究结果表明[10,37],标准中有关管道交流干扰电压、管道阴极保护电位以及交直流电流密度之比评价方法的描述存在一些争议。为了给管道交流腐蚀的风险评价提供参考，本文将从管道交流干扰电压、阴极保护水平以及其它因素三个方面对最新的交流腐蚀风险评价研究成果进行总结。
2.2.1 管道交流干扰电压 利用交流干扰电压评价交流腐蚀的风险在国内外交流相关标准中较为常见。我国国标 GB/T50698—2011[15]中规定，当管道交流干扰电压不高于4V 时，可不采取防护措施；高于4 V时，应采用交流电流密度进行评估。英国标准DDCEN/TS 15280-2006[22]认为，在评价交流腐蚀风险时，其交流干扰电压应该是最重要的考虑因素。为了降低管道交流腐蚀的风险，管道交流干扰电压在任何时刻都不宜超过以下范围：当管道附近土壤电阻率高于25 Ω？m时，管道交流干扰电压不能超过10 V;当管道附近土壤电阻率低于25 Ω？m时，其交流干扰电压不能超过4 V。
以上标准虽然对交流干扰电压限制的规定各不相同，但均认为存在一个交流干扰电压限值，当管道交流干扰电压低于该限值时，管道无交流腐蚀风险。然而，最新交流腐蚀研究结果表明[10],不存在这么一个交流干扰电压限值。即使当交流干扰电压低于1 V时，管道也有交流腐蚀风险；当交流干扰电压较大时，管道也不一定有交流腐蚀风险。
2.2.2 管道阴极保护水平 目前，有关管道阴极保护水平对其交流腐蚀的影响研究较多，大部分集中在管道阴保电位上，有的给出了有效阴保区间[3,57],有的已形成了标准，但并未得到统一。我国国标GB/T 50698-2011[15]中规定，对存在交流干扰的管道，在进行阴极保护系统设计时应给予更大的保护电流密度；在运行调试中应使管道保护电位 （相对于CSE,消除IR降后） 比阴极保护准则电位 （一般土壤环境中-850 mV,在厌氧菌或硫酸盐还原菌及其他有害菌土壤环境中-950 mV） 更负。英国标准DDCEN 15280-2006[22]中规定，在交流干扰下，管地断电电位应负向尽量接近阴极保护准则电位 （一般土壤环境中-850 mV,在厌氧菌或硫酸盐还原菌及其他有害菌土壤环境中-950 mV），但不能过负。作者的研究[58]表明，存在一个交流电流密度限值，当交流干扰低于该限值时，可以用管道阴极保护电位评价其交流腐蚀风险——当管道阴极保护电位处于某一个区间时，管道交流腐蚀风险较低，否则交流腐蚀风险均较高；当交流干扰高于该限值时，无论管道处于怎样的阴保水平，其交流腐蚀风险均较高。Büchler等[59]近期的研究也表明，当管道断电电位比-0.85 VCSE更负，且通电电位比-1.2 VCSE更正时，管道交流腐蚀风险很低，但同时指出，管道交流腐蚀还与涂层缺陷的结构形状、土壤成分以及土壤电阻率等有关。
目前也有部分研究集中在管道阴保电流密度和交流电流密度之比上。NACE TG430[10]指出，交流干扰下管道阴极保护电流密度不能超过1 A/m2,但需要结合图3进行评判。当管道处于图中A区，可以尝试增大管道阴保水平来降低其交流腐蚀速率，但缓解效率有限；当管道处于图中B区时，管道交流腐蚀速率可以得到很好的控制，但需注意涂层缺陷附近碱化引起的扩散电阻降低，进而增大交流电流密度的风险。类似地，英国标准BSEN 15280-2013[11]中指出，当用1 cm2试片或探头测得管道交流电流密度超过30 A/m2时，为了降低管道交流腐蚀的风险，其阴极保护电流密度 （需要24 h监测） 应不超过1 A/m2。同时，该标准还规定，当管道交流电流密度大于30 A/m2时，其交直流电流密度之比Iac/Idc应小于3。Büchler等[60]研究了交流电对阴极保护管道腐蚀速率的影响，也得到了类似的结果。值得注意的是，现场准确测得直流电流密度往往较为困难，后期还应开展直流电流密度有效测试方面的研究。
图3 交直流电流密度评价准则
2.2.3 其它因素的影响 近年来，越来越多的研究表明，除了交流干扰电压、交流电流密度、直流电流密度以及阴保电位会影响管道交流腐蚀速率外，管道所处环境因素 （如土壤中离子种类、pH值等） 和涂层缺陷自身因素 （如缺陷大小、形状等） 也会对其交流腐蚀产生重要的影响。作者所在研究小组进行了-0.85 VCSE阴极保护下，相同交流电流密度 （200 A/m2的恒电流密度实验）、相同材质 （均为X70钢）、相同面积 （均为4 cm2） 以及相同形状 （均为正方形） 试样在3种不同土壤中的交流腐蚀实验，实验7 d后试样的交流腐蚀速率如图4所示。
图4 不同腐蚀介质中试样的交流腐蚀速率
可以看出，无交流干扰下，试样在3种介质中的腐蚀速率相似，且均低于0.0254 mm/a,阴极保护有效。当给试样施加200 A/m2的交流干扰后，试样在不同环境中的交流腐蚀速率各不相同且相差较大，最高腐蚀速率达到0.3662 mm/a,是最低腐蚀速率 （0.1777 mm/a） 的2倍。
此外，作者的研究[37]表明，管道附近土壤pH值对其交流腐蚀速率有较大的影响。无阴极保护下，管道交流腐蚀速率随着pH值的增大而降低。Nielsen等[17]通过腐蚀模拟实验发现，交流干扰下碳钢腐蚀速率与碱土阳离子 （如Mg2+、Ca2+） 含量有关，其含量越高，腐蚀速率越低。Büchler等[34]和Nielsen[18]的研究表明管道交流腐蚀速率还与其涂层缺陷的形状密切相关。因此后期管道交流腐蚀的评价除了要考虑管道交流电流密度、阴极保护水平外，还应考虑环境因素和涂层缺陷因素的影响。
2.3 管道附件风险评价
根据BSEN 50443-2011[16]标准，交流干扰会对管道附件，如绝缘接头、排流装置、涂层等造成危害，为了避免该现象的发生，管道交流干扰电压应达到如下水平：干扰源正常运行时，管道上任何一点 （或者任何与管道电连接的部件） 对地交流干扰电压不能超过60 V;干扰源故障情况下，管道上任何一点 （或者任何与管道电连接的部件） 对地交流干扰电压不能超过2000 V;干扰源故障情况下，管道绝缘接头两端交流干扰电压不应超过2000 V。
3 结束语
本文通过对近年来国内外交流干扰有效检测技术及风险评价方法的总结，发现在以下几个方面存在争议，有待进一步的研究：
（1） 在进行管道交流干扰电压测试时，参比电极与管道之间的距离对交流干扰的风险评价有非常重要的影响。建议同时测试管道对“近地”交流干扰电压和对“远地”交流干扰电压，但“远地点”的选取方法有待进一步研究。
（2） 利用公式法计算交流电流密度误差较大，建议采用探头或者试片法测试管道交流电流密度，但探头 （或者试片） 的选择和安装方法需要进一步研究，从而提高其现场可操作性。
（3） 交流干扰下管道极化电位测试时需要注意交流电的影响，同时需要注意交流排流装置对管道极化电位的影响，建议在测试前先摘除测试点附近的交流排流装置。
（4） 在交流腐蚀风险评价方面，交流干扰电压限值 （如4 V） 和阴极保护有效电位区间有待进一步研究，同时需考虑土壤环境及涂层缺陷对交流腐蚀的影响。