本文介绍了埋地钢质燃气管道受到地铁系统产生的杂散电流干扰影响，提出了一种科学合理的检测方法，该方法能够有效的检测与评价杂散电流对埋地钢质管道的影响程度，以及如何分析杂散电流的流入流出区域。并且通过实际工程应用论证了该方法的有效性与科学性，为相关工程提供了较好的参考价值。

 

    文| 王春起　曹光贵　危　唯　佛山市燃气集团股份有限公司

 

    随着我国城镇建设的快速发展，城市轨道交通的建设出现了遍地开花井喷式的发展局面，特别是地铁建设在一二线城市多数在开展。由于地铁动力系统采用的是直流供电牵引模式，地铁投入运行之后产生的杂散电流对周围埋地钢质管线的影响也日趋严重，特别是对城市埋地钢质燃气管道安全运行，带来了很多安全风险问题。如杭州市、宁波市、深圳市、广州市、佛山市等城市地铁沿线区域埋地钢质燃气管道，由于受地铁杂散电流干扰影响， 管道阴极保护系统保护电位数据均出现异常变化，有些区域导致燃气管道发生严重腐蚀。

 

    杂散电流是否对埋地钢质燃气管道产生腐蚀影响，以及影响程度的大小，如何检测与评价，目前各个城市的做法不一，由于地铁杂散电流产生的复杂性，按照目前的国家规范进行检测与评价往往存在一些难点和偏差。为此我们在实际工作中对地铁杂散电流影响埋地钢质燃气管道，如何进行检测与评价，做了一些探讨和研究工作，下面把具体的检测与评价方法详细介绍供参考。

 

    评价方法原理简介

 

    埋地钢质燃气管道在受到外界电流影响时，分析判别这个电流是对金属管道产生腐蚀影响还是起到阴极保护作用，其分析判断依据就是检测分析这个电流对埋地钢质燃气管道产生的极化电位数据，当埋地钢质燃气管道的极化电位比其在该位置土壤中的自然电位正向偏移时，埋地钢质燃气管道是腐蚀状态（阳极倾向）--即外界电流对管道产生电解腐蚀作用，说明这个电流是从埋地钢质燃气管道中流出；当极化电位比埋地钢质燃气管道的自然电位负向想偏移时，埋地钢质燃气管道是处于阴极保护状态（阴极极）--即外界电流对管道起阴极保护作用，说明外界电流是从周围环境中流入埋地钢质燃气管道。因此检测获得埋地钢质燃气管道在杂散电流影响情况下的极化电位是一项重要工作。

 

    在GB-T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》阴极保护准则中规定，（1）管道阴极保护电位（即管/ 地界面极化电位） 应负于-850mV 或更负；（2）管道去极化电位差大于等于100mV （即极化电位较自然电位负100mV），管道处于完全阴极保护状态，在完全阴极保护状态下管道不会与周围环境发生电化学腐蚀反应。在规范中还要求“埋地钢质燃气管道的阴极极化电位不能够负于-1200mV”，极化电位更负情况下管道可能发生阴极剥离反应。

 

    检测方法

 

    当埋地钢质管道上存在地铁杂散电流干扰情况下，管道的对地电位会出现异常的波动现象，采用普通万用表与硫酸铜参比电极检测方法，很难获得管道的阴极保护电位（管/ 地电位）准确的数据，采用瞬时断电法直接测量管道的极化电位就更不可行， 因为杂散电流在管道上始终存在无法断开。因此要评价地铁杂散电流对埋地钢质管道是否产生腐蚀影响，首先需要解决杂散电流干扰情况下管道极化电位的测量方法。

 

    检测管道的极化电位的方法我们进行多种实验，用极化探头检测由于受人为因素影响较大，同一个点不同人之间的检测数据有很大误差；采用检测试片加手动开关断电法检测数据误差也较大，这两中方法效果均不理想。通过多次试验后，用试片加电流中断器，再用密间隔电位检测仪（CIPS）检测试片的极化电位效果较好。方法是：检测时在埋地钢质燃气管道上用导线连接一个与管道材质相同的标准测试片，并将测试片埋在管道附近约10cm- 20cm 地下，为了保证试片与土壤有良好接触可以适当浇水以确保试片与大地良好接触，管道与测试片的导线中间串接一个电流中断器，这样测试片与管道和大地三者之间构成一个电流导通的回路（接线方法见图1）。埋地燃气管道上的各种电流通过导线- 电流中断器-测试片-大地回流，这时各种电流对测试片产生极化效应。通过电流中断器的“通与断”，可控制杂散电流在试片上的流动与断开，再用测量仪器CIPS 检测试片的瞬时“通与断” 电位，即可视为管道的管/ 地电位Von（CSE）和管道的Voff（CSE） 电位-即极化电位，可视为杂散电流对管道产生的极化影响。

 

 

    有关测试片的面积大小对检测结果的影响，和极化电位检测结果如何去除IR 降影响--即断电延迟时间影响，我们也做了相关的实验，两试片的面积分别为10cm×5cm×7mm、5cm×2.5cm×7mm。检测所用密间隔电位检测仪（CIPS）由加拿大PETER 公司生产，CIPS 测量主机与电流中断器之间“通与断”同步， 采用GPS 卫星时钟同步，保证了CIPS 测量主机与电流中断器之间检测同步。

 

    在保证两块测试片被电流充分极化的情况下，设置中断周期为3s，其中通电时间开2s，关断时间1s，关断后向后延迟，从5ms-250ms 每隔5ms 测量一组测试片的Voff（CSE）电位--即极化电位和Von（CSE）电位，检测数据分析见图2。

 

    分析试验数据说明，测试片在被电流极化后，利用断电法检测极化电位时，断电后再延迟一定时间测量，就可以消除土壤中IR 降的影响，延迟后测量的试片电位即为极化电位。分析试验数据得到，向后延迟约70ms-250ms 之间测得的电位数据变化很小， 说明70ms 后检测电路中的电流已经下降到接近零，即电路中的IR 降为零。断电后0ms-70ms 之间还有残余电流存在。

 

    在充分考虑消除土壤中IR 降，保障极化电位不受影响情况下， 极化电位测量系统设置为：电流中断器中断周期为3s，其中通电时间开2s，关断时间1s，关断后向后延迟为100ms 开始测量测试片的电位--即视为极化电位。

 

    杂散电流检测实例

 

    区域概况

 

    佛山市燃气集团有限公司的一条中压埋地钢质燃气管道，与广佛地铁并行，位于地铁线路的上方，水平距离均在10 米范围以内， 并行长度约10 公里。广佛地铁通车以后，日常检测中发现管道电位出现异常强烈波动，通过24 小时监测管道电位变化，发现管道电位波动范围在-3.226V-+0.846V 之间，波动时间出现在每日5:00 点-24:00 点，这个时间是地铁运行期间；每日0:00 点-5:00 点之间管道电位稳定，与没有通地铁前基本相同，这个时间是地铁停运期间（检测数据分析图见图3）。检测数据说明埋地燃气管道上存在强杂散电流干扰，杂散电流来源于地铁运行期间。

 

 

    杂散电流影响检测

 

    为了解地铁杂散电流对埋地燃气管道的危害程度大小，需要检测地铁杂散电流对管道产生的极化电位，检测过程中，既检测了地铁运行期间的燃气管道极化电位，又检测了地铁停运期间管道的极化电位。地铁运行期间检测安排在每日的8:00-20:00 之间；地铁停运期间检测，安排在每日凌晨0:00 点-5:00 点之间进行。约10 公里埋地燃气管道共计设置20 个监测点，检测时每个检测点按图1 方式接线，每个点连续监测15 分钟，每3 秒钟（开2S、关1S、关断后100ms 测量Voff）记录一组测试片的VON 电位和Voff 电位，检测的同时用另一个相同的测试片测量对应点的自然电位，共计获得40 组管道电位检测数据。20 个监测点检测数据分析统计情况见表1《地铁沿线区域主干管道杂散电流检测数据分析结果一览表》和杂散电流监测数据分析曲线图4- 图5。

 

    检测数据分析

 

    地铁停运期间管道的极化电位比较稳定，可以视为管道在没有地铁杂散电流干扰情况下的阴极保护电位。地铁运行期间由于燃气管道受到地铁产生的杂散电流影响，管道的极化电位会发生偏移或波动，偏移或波动范围越大说明杂散电流影响越严重。如果管道受到地铁产生的杂散电流影响，极化电位比没有干扰情况下“负向”偏移，说明地铁杂散电流是流入管道，若负向偏移没有比1200mV 更负，则杂散电流对管道没有影响，是起保护作用。若管道受到地铁产生的杂散电流影响，极化电位比没有干扰情况下“正向”偏移，说明地铁杂散电流是流出管道，杂散电流对管道产生腐蚀影响。1 号和10 号两个监测点数据分析图可以一看出， 1 号点地铁运行期间管道的极化电位，有正向偏移趋势，说明这个区域杂散电流是从管道上流出，通过调查也证实，1 号点距离地铁系统汇流站最近，只有100 米左右；10 号监测点在地铁运行期间，管道的极化电位有明显的负向偏移，说明是地铁杂散电流的流入区域，杂散电流对管道没有影响。

 

 

    更进一步分析管道的电位检测数据（见图4 和图5），发现， 管道上存在杂散电流时，极化电位（Voff 电位）波动范围明显比开电位（VON 电位）收窄很多，特别是地铁杂散电流引起VON 电位负向偏移时，管道的极化电位几乎没有负向偏移发生变化（或很小），说明引起电位负向变化的杂散电流对燃气管道影响很小。而管道受杂散电流影响，VON 电位正向波动时，管道的极化电位同时发生正向偏移变化，说明引起电位正向变化的电流对燃气管道影响很大，会产生腐蚀。

 

 

    结论

 

    （1）埋地钢质燃气管道受到地铁系统杂散电流干扰影响时， 测量管道的极化电位分析与评价杂散电流对管道的影响程度，是一种较好的方法；

 

    （2）埋地钢质管道上存在直流杂散电流干扰，检测管道的极化电位时，可以采用与管道材质相同的测试片法测量。方法是用导线把测试片和管道连接在一起，测试片埋地与管道构成电流回路，在导线上安装电流中断器，用CIPS 检测仪测量试片的极化电位， 即可视为管道的极化电位；这种瞬时断电测量法，测量结果准确可靠，数据结果不因检测人员改变而发生变化；

 

    （3）检测所用测试片面积以5cm×2.5cm× 测量管道的厚度为宜，这种规格的测试片与管道连接后在-1.2V 左右的管道电位时， 5 分钟左右即可完全被极化，测试片面积越大需要的极化时间越长；

 

    （4）瞬时断电法测量极化电位，电流中断器中断周期设置为3s，其中通电时间为2s，关断时间1s，断电后再向后延迟100ms 测量测极化电位较好，可以去除IR 降的影响，极化电位又没有明显下降。