论轨道交通杂散电流对城镇燃气管网的腐蚀及其防护措施

论轨道交通杂散电流对城镇燃气管网的腐蚀及其防护措施

安源

四川华油集团有限责任公司四川省成都市610051

摘要：土壤中的杂散电流会引起钢管的腐蚀，它从埋地钢管的一端流入，又从另一端流出，流入点为阴极，流出点为阳极，导致钢管腐蚀。管道腐蚀量与杂散电流的强度成正比，这种杂散电流腐蚀减少了埋地钢管的使用寿命，降低了管道的耐久性和强度，有时甚至会造成灾难性的事故。本文结合华油公司管道管理现状，讨论了杂散电流对城镇燃气管网的危害，总结了减少杂散电流及其防护的方法。

关键词：城镇燃气管网杂散电流；管道腐蚀；防护；监测

0前言

按照成都正在加快建设国家中心城市建设和进行新一轮城市“东进、南拓、西控、中优、北改”的总体规划，“东进”和“南拓”将成为成都发展的重点方向，而华油公司也将管道建设和发展纳入了东部新城和天府新区的整体规划当中。按照成都轨道交通集团的规划，未来将在“东进”和“南拓”的范围内建设15条地铁交通线路，这给我们公司发展提供了机遇，同时也对我们管道建设、运行、维护提出了更高的要求和挑战。特别是城市轨道交通的杂散电流对地下埋设的燃气管道腐蚀危害以及防护措施成为一个倍受关注的问题，例如在地铁3号线二、三期土建1标段双流西站管线迁改工程中，我们就遇到了类似的问题，因此加强对轨道交通杂散电流的研究，对保证城市轨道周边燃气管线的安全运行，延长它们的使用寿命，具有重要的现实意义。

1杂散电流的产生

杂散电流主要分为三种类型：直流电流、交流电流和大地中自然存在的地电流，每种电流的特征都有所不同。而目前我国轨道交通的牵引方式多采用直流牵引供电方式。负荷电流绝大部分经走行轨和回流线返回牵引变电所的负极，但有一小部分从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到地铁道床及周围土壤介质中，形成杂散电流。它从埋地钢管的一端流入，又从另一端流出，流入点为阴极，流出点为阳极，导致钢管腐蚀。

2杂散电流对管道产生腐蚀的原因

从管道腐蚀现象看，比较集中为穿孔腐蚀，也有一少部分是均匀腐蚀。结合腐蚀机理，不难看出电化学腐蚀是地埋管道腐蚀的主要原因，细菌腐蚀和纯化学腐蚀也不同程度地存在。

2.1直流杂散电流腐蚀是城市地埋管网腐蚀的主要原因。

杂散电流的强度与管道腐蚀量成正比。一般壁厚7~8mm钢管在杂散电流作用下5个月左右，就可能发生腐蚀穿孔，其速度大大超过自然腐蚀，是造成管道腐蚀穿孔的主要原因。杂散电流的作用范围很大，影响可达几千米，由外部电流源引起的杂散电流，腐蚀的发生又往往是随机而变的，因此杂散电流干扰又称为动态干扰。

直流杂散电流腐蚀主要是由于轨道车辆产生的静电，各种用电设备接地导线、高压变电接地、各种避雷接地、三线一地、二线一地的接地所产生地下电子流通过燃气管道形成回路系统，通常电子流从土壤进入燃气管道的地方带有负电，称阴极区，若阴极区的电位过负时，管道表面上析出大量的氢，造成防腐绝缘层老化、剥落。

3杂散电流对燃气管道的危害

若地下杂散电流流入电气接地装置，将引起过高的接地电位，可能导致某些设备无法正常工作，当杂散电流过大时将产生对地电压，严重时可危及人身安全；若杂散电流长期流过金属燃气管道，腐蚀点处的管壁就会越来越薄，甚至出现漏洞，引起管道内液体、气体的泄漏，可能造成重大事故。北京、天津轨道交通中，杂散电流曾经造成隧道管线腐蚀穿孔等现象，香港也曾因轨道交通杂散电流引起煤气管道腐蚀穿孔现象。

4轨道交通系统中杂散电流的防护措施

4.1控制杂散电流

控制杂散电流就是控制和削弱产生杂散电流的根源，即是“堵”。如前所述，杂散电流产生的原因是钢轨存在对地电位和对地过渡电阻，因此降低钢轨的对地电位和加强对地绝缘是堵的根本。降低钢轨对地电位的方法有使用长钢轨减小接触电阻，钢轨之间使用可靠的电气连接降低纵向电阻，缩短两变电所之间的距离，采用双边供电等等。

4.2排流保护措施

排流就是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄漏，以减小腐蚀。排流法又可分为直接排流法、极性排流法、强制排流法3种。其中极性排流法由于成本低、工作可靠，在轨道交通系统中的应用最为广泛有效。目前应用在地铁线路的排流柜分为两种：手动排流柜和智能排流柜（自动排流柜）。城市轨道交通中采用的智能型排流柜采用极性排流的原理，即只有当需要排流的金属型结构相对于钢轨的负母线电位为正时，才会有电流通过，把轨道上泄漏到金属结构上的杂散电流直接排到钢轨的负母线上，从而减少杂散电流的腐蚀。

4.3绝缘隔离、分区治理

根据管道的实际情况，在管道中间装设绝缘装置将管道进行隔离，即管道可用绝缘法，以切断各区域之间的金属连接，防止杂散电流的流入及在各区域之间传导和感应。阴极保护管路上的绝缘装置有多种形式，多用于管道的有绝缘法兰和绝缘接头，绝缘法兰必须架空，绝缘接头可直埋入地。

4.4牺牲阳极的应用

阴极保护采用牺牲阳极方式，一般用于下列场合：电流需要量较小，一般小于1A，土壤电阻率足够低，一般低于100Ωm的区域，可用适当数量阳极获得所需保护电流，如果需要的保护电流较大，一般大于1A，外加电流系统就比较经济，除非当地条件不允许，或供电有问题。良好管道涂层，土壤长年潮湿的地方，牺牲阳极能容易满足其电流需求。

4.5坚持使用三层PE防腐

当前管道防腐覆盖层当中，三层PE是诸多涂层种类中性能最优的一种，它不但有良好抗机械性能，而且有良好抗腐蚀性能和抗阴极剥离性能。在与阴极保护配合中又大大降低阴极保护电流密度，从而降低阴极保护的投资。

4.6加强杂散电流的监测

杂散电流难以直接测量，通常是通过测量由杂散电流引起的结构钢筋或埋地金属结构的极化电位偏移值来判断其是否受到杂散电流的腐蚀。为了使测量结果更为精确，通常采用近参比法，即把参比电极尽量靠近被测结构钢筋或埋地金属结构。在没有杂散电流扰动的情况下，测量的电位呈稳定值，称为自然本体电位。当存在杂散电流扰动时，埋地金属结构的电位会偏离自然本体电位，称为极化电位。在杂散电流流入金属结构的部位，金属结构呈现阴极，电位负向偏移，该部位不受杂散电流腐蚀；在杂散电流流出金属结构的部位，金属结构呈现阳极，电位正向偏移，该部位的金属受到杂散电流腐蚀。

结束语

综上所述，杂散电流设计防护原则就是“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强监测”。从系统上来讲，目前杂散电流防护设计方法可分为四类：一是控制杂散电流产生的源头，减少杂散电流产生的数量，即是“堵”的方法。二是对已产生的杂散电流采取排流或其它方法减少其腐蚀危害，即“排流法”。三是对埋地燃气管道直径DN200mm以下、附近杂散电流干扰比较大的地段以PE管取替燃气钢管，作为解决埋地钢管腐蚀的对策，是最佳选择。四是对杂散电流进行实时监测，一旦发现杂散电流过高则采取一定的对策来减轻其危害，即“测”的方法。

城市的发展离不开轨道交通的建设，而做好轨道交通杂散电流腐蚀的监测和预防，加强对杂散电流的研究，对保障城市轨道周边的燃气管线安全平稳运行，延长它们的使用寿命，从而实现华油公司安全环保目标具有重要的现实意义。

参考文献：

［1］地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（CJJ49～92）.

［2］城镇燃气设计规范（GB50028-2006）.