城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法

城镇燃气埋地钢质管道杂散电流测试方法

周玉磊  ,杨庆亮

中石油大港油田天然气公司  天津市滨海新区  300280

摘要：对于城镇燃气管道的数字孪生建设，也是由简单到复杂，由主干到分支的逐步完善的过程。随着我国城市建设的快速发展，埋地敷设的城镇燃气管道运行环境越来越复杂。杂散电流干扰促进了电化学腐蚀的传质过程，加剧了周围埋地金属管道的电化学腐蚀速率，极大地缩短了金属管线的服役寿命，造成了管道维修更换成本的提高。同时，杂散电流腐蚀规律多变，腐蚀速率难以预测，降低管道的承压能力甚至可能酿成灾难性的事故。

关键词：城镇燃气；埋地钢质管道；杂散电流；测试方法

引言

燃气作为日常生活生产的主要清洁能源，安全至关重要。作为燃气运营管理单位，应该把管网运营安全放在首位，注重管网日常巡检工作及隐患排查工作，从运营管理的角度尽快消除安全隐患，保障居民用户及工业用户用气安全。近期武汉市进行了燃气管道专项隐患整改工作，涉及到多单位的协调工作，施工地点大多处于交通环境复杂的路口或马路横穿处，整体施工难度较大。

1杂散电流干扰现场检测

目前，常用的埋地管道杂散电流测试技术主要包括管地电位正向偏移法、管地电位梯度检测法、管地电位连续监测、杂散电流干扰探针测试法、SCM智能杂散电流测绘法，以及检查片腐蚀监测等方法。国内基于仪器设备的限制，以及使用条件的考量，目前相对较多地应用管地电位正向偏移法进行杂散电流干扰的现场检测。为了准确调查管线的杂散电流干扰情况，对管线测试桩处的阴极保护电位进行测试，管线通电电位的变化剧烈，特别是在A-YZ-125测试桩处最为剧烈，最大值和最小值的绝对值均超过了10V。管线通电电位的剧烈变化表明存在严重的直流杂散电流干扰问题。

2管道腐蚀穿孔

中低压钢管的管道腐蚀穿孔是管道常年处于潮湿环境，或未按照要求对管道进行防腐造成的；而高压钢管的腐蚀、管壁减薄则大多与管道受到杂散电流干扰、阴极保护措施失效有关。在老旧小区管道改造中，地下的中低压铸铁管全线改造成PE管，引入管与地面立管之间采用90°全防腐钢塑转换一体件，其钢管端预制3PE防腐，有效避免了现场施工防腐时受环境影响所造成的锈蚀现象。对于架空管弯头处的腐蚀问题，则加强在施工过程中的质量把控，要求弯头应经过打磨除锈后，严格按要求进行防腐刷漆处理，且架空管不能够与一楼住户的雨棚搭接。若架空管先行敷设，在巡线过程中再发现雨棚与架空管搭接的情况，应及时通过社区与用户协调，将此雨棚拆除。对于高压燃气管道受到杂散电流影响导致的电化学腐蚀穿孔隐患，企业成立了阴保专班，加强了对重点管段如管道穿跨越处、与地铁或轨道交通交汇处的阴极保护电位监测，根据电位监测结果初步判断阴极保护措施是否失效或是否应尽快展开排流措施。同时对测试桩进行了编号并标注其所属区域和功能名称、对已损坏的阴保测试桩进行了修复、对缺失的测试桩进行了补全，逐渐建立起管道阴极保护的常态检测机制。此外企业也加强了对现场测试人员的专业培训，并建立阴保数据采集、分析、改造的审核机制。后期有意向将高压管道所有测试桩升级为智能测试桩，数据自动上传后台，并在干扰风险较高的管道附近预埋腐蚀检查片对管道的腐蚀速率进行监控，形成自动预警功能。

3探地雷达探测技术

探地雷达的原理是发射器发射的高频短脉冲电磁波进入地面传播，在遇到介电性不同的介质分界面时会产生反射波。该反射波到达地面后被接收天线接收，再经过处理和分析，以雷达像的形式显示出来，通过雷达波形的变化确定出PE管的位置。

4电子标签探测技术

电子标签的工作原理是通过检测器发射特定频率的无线电波，由于电子标签内部有谐振电路，于是该无线电波会使电路中线圈与电容发生谐振进而产生感应电流。该感应电流产生的感应磁场被检测器接收到，通过移动检测器的位置寻找到感应磁场信号最强的地方即为电子标签的正上方。在燃气PE管道的敷设过程中将电子标签固定在管道上，通过检测器探测出电子标签的位置和埋深也就间接的得到了燃气管线的位置和埋深。通过该原理我们知道只要电子标签在管道上没有脱落，通过对其定位是很准确的，但也要考虑一个现实问题就是电子标签价格贵，且规范标准要求电子标签需埋设在每个节点处，平直管道间隔应不大于50米，在弧形管道处还要适当加密，因此很多燃气运营企业在管道敷设安装的时候并不怎么选择安放电子标签。

5故障情况下的耦合机理

由于输电线路雷击或短路故障电流在土壤介质中散流，土壤作为气、液、固三相介质，雷击或短路故障电流在土壤介质中极易形成介质击穿，虽然该击穿电压不足以引起金属管道的直接破裂，但仍存在以下潜在危险:一方面，若油气管道本身绝缘层存在破损或裸露，绝缘层外侧的土壤介质电位与管道电位之间的电势差一旦形成，将会使破损面积加大，由于绝缘强度下降，绝缘层破损是造成管道腐蚀的最主要因素，破损点处的氧浓差腐蚀、电化学腐蚀加快了金属管道的腐蚀速率，持续不断的腐蚀将会使得油气管道的输送物泄漏，进而造成严重事故;另一方面，若油气管道本身存在渗漏或附近连接点处存在原油泄漏，冲击电压在土壤中产生的火花放电有可能造成燃爆事故;此外，土壤中的故障冲击电流使得油气管道产生较高的电位，若油气管道本身的阴极保护接地或多点接地存在缺陷，运行人员接触与油气管道直接相连的金属构件时会危及人身安全。

6阴极保护技术原理

牺牲阳极阴极保护在管道外壁用导线连接金属材料，该金属材料即为牺牲阳极，通常为镁和锌，其相对于管道的金属更加活跃，管道金属能够与附着金属通过土壤电解质的作用形成原电池，这种负电位的活泼金属在所构成的电化学电池中为阳极而优先腐蚀，释放出的电子使被保护金属即管道阴极极化到所需电位范围。强制电流阴极保护则利用外部电源对被保护管道施加一定的负电流，由整流器-导线-钢管-土壤-辅助阳极-导线-整流器构成了一个完整的电流回路，使被保护金属的电极电位通过阴极极化达到规定的保护电位范围。两种方法都是通过消除电位差从而抑阻腐蚀使管道获得保护。

结语

总之，阴极保护对城镇燃气埋地钢质管道起到了重要的保护作用，漏点处的腐蚀速率明显下降，受杂散电流干扰段可增加排流措施强化保护效果。虽然增加阴极保护需要投入一定的成本，但可以避免天然气泄漏造成的经济损失和人身伤亡。不管从国家标准的规定还是从经济社会效益出发，都应当也有必要对燃气管道增加相应的阴极保护。

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