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摘要：近年来，随着高压长距离输电网络及配电网络越来越密集、电气化铁路网和城市直流轨道交通系统的不断建设，杂散电流干扰和腐蚀问题越发突出，对管道安全运行构成重大威胁，如何检测分析管道杂散电流，制定相应的解决措施是每个管道技术人员必备的技能。
关键词：杂散电流;阴极保护;排流保护;交流干扰;直流干扰;腐蚀
管道运输业是继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用，管道运输具有运量大、占地少、安全可靠、连续性强、能耗低等独特的优势。截至2020年底，我国油气管道总里程达到16.5万公里，至2025年，我国长输管道总里程预计将超24万公里。
油气长输管道通常采用的是低碳类管线钢，在土壤、潮湿大气、水和海洋等腐蚀性环境中，易发生腐蚀，损害管道结构和性能。为防止管道腐蚀，延长管道使用寿命，管道须施加阴极保护，就是给管道金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。
一、长输管道阴极保护方式
实现管道阴极保护有两种方式，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。
（1）牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型或处于低土壤电阻率环境下的短距离管道。
（2）外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使其阴极极化，被保护体与外加电源的负极相连，由外加电源通过与其正极相连的辅助阳极地床向被保护金属提供阴极保护电流。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的管道。
二、杂散电流干扰影响
杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。它在土壤中流动，且与被保护管道系统无关。该电流从管道的某一点位进入管道，该点称为阴极，电流沿管道流动一段距离后，又从管道另一点流出，该点称为阳极，此处管道产生阳极氧化，发生杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀本质上是电化学腐蚀，阳极腐蚀严重。埋地管道杂散电流干扰主要有直流电流干扰、交流电流干扰和大地电流干扰三种。常见直流电流干扰源有直流电气化铁路、有轨电车、电解工厂的直流电源、直流高压输电系统、通信基站、施工中所使用的电焊机及被保护管道外的其他阴极保护系统等。常见交流干扰源有交流输配电线路、交流输电线路变电站和交流电气化铁路等。
三、杂散电流检测判断
（一）直流杂散电流判断准则
1.对在设计阶段的新建管道可采用管道两侧的土壤直流电位梯度判断，当土壤直流电位梯度>0.5mV/m时，确认存在直流杂散电流;当土壤电位梯度≥2.5mV/m时，应评估管道敷设后可能受到的直流干扰影响，根据评估结果预设干扰防护措施。
2.对已建管道采用在没有阴极保护电流时管地电位相对于自然电位的偏移值进行判断，当任意点上的管地电位相对于自然电位正向或负向偏移超过20mV，应确认存在直流干扰;当任意点上管地电位相对于自然电位正向偏移≥100mV时，应及时采取干扰防护措施。
（二）交流杂散电流判断准则
当管道上的交流干扰电压不高于4V时，可不采取交流干扰防护措施;高于4V时，采用交流電流密度进行评估，交流干扰程度的判断指标应符合下表的规定。根据标准 GB/T 50698-2011 规定，交流电流密度计算公式如下：
当交流干扰程度判定为“强”时，应采取交流干扰防护措施;判定为“中”时，宜采取交流干扰防护措施;判定为“弱”时，可不采取交流干扰防护措施。
四、杂散电流干扰检测分析治理案列解析
某条投运5年长输管道有段站间距长120km，在距上游站30km前后存在阴保电位不达标，内检测管道有38%-44%的局部金属腐蚀，两端站场设置有阴极保护站，分别为1用1备，每月1日切换，每天记录两次运行数据。为摸清管道遭受杂散电流干扰影响，开展了恒电位仪运行记录检测、阳极地床接地电阻测试、绝缘接头性能测试、管道沿线测试桩处电位测试、直流杂散电流干扰测试、土壤电阻率测试、交流杂散电流干扰测试，通过测试数据分析判断该段管道存在直流干扰，且直流干扰流出点为30#、36#附近，并制定了相应的整治措施。具体检测分析如下：
1.直流杂散电流干扰测试
对段间部分管道测试桩处进行管道的直流杂散电流专项检测，直流杂散电流专项检测包括：管道24小时通/断电电位、直流电流密度测试。
（1）本次测试极化试片优先采用6.5cm2极化试片，首先将极化试片埋设在管道附近，试片安装于管道中心线以下，距离管道100～300mm，并浇水，然后将试片或探头与管道用电缆相连，并充分极化24小时。
（2）试片充分极化后，在管道与试片或探头的中间串接数据记录仪。
（3）通断周期设置：信号断路器的通断周期一般选为周期10s，断电1s。
（4）万用表和数据记录仪直流通道的正极连接管道，另一端连接参比电极。如万用表和数据记录仪数据一致，则可摘除万用表。
（5）数据记录仪的采集频率的设置：数据采集频率一般为1s采集1个数据。
（6）测试时间：大于20小时。
2.交流杂散电流干扰专项测试
对于管道上存在持续交流干扰电压的区域，进行交流干扰的专项测试。交流干扰专项检测包括：长时间交流电压测试，交流电流密度测试。
长时间交流电压测试
长时间交流干扰电压测试，利用数据记录仪，设置仪器的数据记录频率为1s和记录时间为24小时，记录管道的交流电压。 数据记录仪的采集频率的设置：数据采集频率一般为1s采集1个数据。
测试时间：大于20小时。
（2）交流干扰电流密度测试
对于管道上存在持续交流干扰电压的区域，采用试片法测试交流电流密度，其中电流密度可采用交流感应电压和土壤电阻率计算，也可通过数据记录仪uDL2直流测试通过试片的电流量，两种方法对比，以较保守的数据为准。
3.数据分析
对该段管道的通电电位和自然电位作图分析，通过数据图发现：
（1）27#～31#、35#桩通电电位相对偏正，30#桩通电电位最正为-0.63V（相对CSE，以下同）
（2）27#～36#桩段管道测试桩处自然电位偏正，最大值出现在36#处。
（3）测试桩处自然电位测试
对现有数据分析后，在两端恒电位仪停机24-48小时后进行26#～40#桩管道自然电位、试片自然电位和土壤电阻率测试。通过数据测试可得，该段30#、36#樁管道自然电位偏正，存在杂散电流流出点。
（4）通过交流电压和交流电流密度进行评价，该段管道交流电流密度均小于30A/m2，根据GB/T50698-2011进行评价，交流干扰判断为“弱”，可不采取交流干扰防护措施。
（5）管道缺陷点查找
通过雷迪8000检测仪检漏查找，一般3～5步插入一次A字架，500米管道共查找管道防腐层漏点100余处，每处防腐层漏点处存在不同程度的金属腐蚀。
综上分析：该段管道存在直流电流干扰，交流电流干扰弱，且直流干扰流出点在30#、36#桩附近，电位欠保护，通过管道防腐层修补后，该段30#桩电位仍然不达标。整治措施为在30#、36#桩附近设置采用牺牲阳极组作为直流干扰排流地床。依据检测数据，30#处土壤电阻率为138.16Ωm，36#处土壤电阻率为 94.2Ω m，排流地床选用镁锰型镁合金牺牲阳极，每组阳极 20 支，埋设于管道两侧。
参考文献：
[1]田中山，路民旭等.成品油管道腐蚀控制技术及应用 科学出版社，2021.2
[2]GB/T21447-2018.钢质管道外腐蚀控制规范
[3]GB50991-2014.埋地钢质管道直流干扰防护技术标准
[4]GB/T 50698-2011.埋地钢质管道交流干扰防护技术标准
关键词：杂散电流;阴极保护;排流保护;交流干扰;直流干扰;腐蚀
管道运输业是继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用，管道运输具有运量大、占地少、安全可靠、连续性强、能耗低等独特的优势。截至2020年底，我国油气管道总里程达到16.5万公里，至2025年，我国长输管道总里程预计将超24万公里。
油气长输管道通常采用的是低碳类管线钢，在土壤、潮湿大气、水和海洋等腐蚀性环境中，易发生腐蚀，损害管道结构和性能。为防止管道腐蚀，延长管道使用寿命，管道须施加阴极保护，就是给管道金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。
一、长输管道阴极保护方式
实现管道阴极保护有两种方式，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。
（1）牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型或处于低土壤电阻率环境下的短距离管道。
（2）外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使其阴极极化，被保护体与外加电源的负极相连，由外加电源通过与其正极相连的辅助阳极地床向被保护金属提供阴极保护电流。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的管道。
二、杂散电流干扰影响
杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。它在土壤中流动，且与被保护管道系统无关。该电流从管道的某一点位进入管道，该点称为阴极，电流沿管道流动一段距离后，又从管道另一点流出，该点称为阳极，此处管道产生阳极氧化，发生杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀本质上是电化学腐蚀，阳极腐蚀严重。埋地管道杂散电流干扰主要有直流电流干扰、交流电流干扰和大地电流干扰三种。常见直流电流干扰源有直流电气化铁路、有轨电车、电解工厂的直流电源、直流高压输电系统、通信基站、施工中所使用的电焊机及被保护管道外的其他阴极保护系统等。常见交流干扰源有交流输配电线路、交流输电线路变电站和交流电气化铁路等。
三、杂散电流检测判断
（一）直流杂散电流判断准则
1.对在设计阶段的新建管道可采用管道两侧的土壤直流电位梯度判断，当土壤直流电位梯度>0.5mV/m时，确认存在直流杂散电流;当土壤电位梯度≥2.5mV/m时，应评估管道敷设后可能受到的直流干扰影响，根据评估结果预设干扰防护措施。
2.对已建管道采用在没有阴极保护电流时管地电位相对于自然电位的偏移值进行判断，当任意点上的管地电位相对于自然电位正向或负向偏移超过20mV，应确认存在直流干扰;当任意点上管地电位相对于自然电位正向偏移≥100mV时，应及时采取干扰防护措施。
（二）交流杂散电流判断准则
当管道上的交流干扰电压不高于4V时，可不采取交流干扰防护措施;高于4V时，采用交流電流密度进行评估，交流干扰程度的判断指标应符合下表的规定。根据标准 GB/T 50698-2011 规定，交流电流密度计算公式如下：
当交流干扰程度判定为“强”时，应采取交流干扰防护措施;判定为“中”时，宜采取交流干扰防护措施;判定为“弱”时，可不采取交流干扰防护措施。
四、杂散电流干扰检测分析治理案列解析
某条投运5年长输管道有段站间距长120km，在距上游站30km前后存在阴保电位不达标，内检测管道有38%-44%的局部金属腐蚀，两端站场设置有阴极保护站，分别为1用1备，每月1日切换，每天记录两次运行数据。为摸清管道遭受杂散电流干扰影响，开展了恒电位仪运行记录检测、阳极地床接地电阻测试、绝缘接头性能测试、管道沿线测试桩处电位测试、直流杂散电流干扰测试、土壤电阻率测试、交流杂散电流干扰测试，通过测试数据分析判断该段管道存在直流干扰，且直流干扰流出点为30#、36#附近，并制定了相应的整治措施。具体检测分析如下：
1.直流杂散电流干扰测试
对段间部分管道测试桩处进行管道的直流杂散电流专项检测，直流杂散电流专项检测包括：管道24小时通/断电电位、直流电流密度测试。
（1）本次测试极化试片优先采用6.5cm2极化试片，首先将极化试片埋设在管道附近，试片安装于管道中心线以下，距离管道100～300mm，并浇水，然后将试片或探头与管道用电缆相连，并充分极化24小时。
（2）试片充分极化后，在管道与试片或探头的中间串接数据记录仪。
（3）通断周期设置：信号断路器的通断周期一般选为周期10s，断电1s。
（4）万用表和数据记录仪直流通道的正极连接管道，另一端连接参比电极。如万用表和数据记录仪数据一致，则可摘除万用表。
（5）数据记录仪的采集频率的设置：数据采集频率一般为1s采集1个数据。
（6）测试时间：大于20小时。
2.交流杂散电流干扰专项测试
对于管道上存在持续交流干扰电压的区域，进行交流干扰的专项测试。交流干扰专项检测包括：长时间交流电压测试，交流电流密度测试。
长时间交流电压测试
长时间交流干扰电压测试，利用数据记录仪，设置仪器的数据记录频率为1s和记录时间为24小时，记录管道的交流电压。 数据记录仪的采集频率的设置：数据采集频率一般为1s采集1个数据。
测试时间：大于20小时。
（2）交流干扰电流密度测试
对于管道上存在持续交流干扰电压的区域，采用试片法测试交流电流密度，其中电流密度可采用交流感应电压和土壤电阻率计算，也可通过数据记录仪uDL2直流测试通过试片的电流量，两种方法对比，以较保守的数据为准。
3.数据分析
对该段管道的通电电位和自然电位作图分析，通过数据图发现：
（1）27#～31#、35#桩通电电位相对偏正，30#桩通电电位最正为-0.63V（相对CSE，以下同）
（2）27#～36#桩段管道测试桩处自然电位偏正，最大值出现在36#处。
（3）测试桩处自然电位测试
对现有数据分析后，在两端恒电位仪停机24-48小时后进行26#～40#桩管道自然电位、试片自然电位和土壤电阻率测试。通过数据测试可得，该段30#、36#樁管道自然电位偏正，存在杂散电流流出点。
（4）通过交流电压和交流电流密度进行评价，该段管道交流电流密度均小于30A/m2，根据GB/T50698-2011进行评价，交流干扰判断为“弱”，可不采取交流干扰防护措施。
（5）管道缺陷点查找
通过雷迪8000检测仪检漏查找，一般3～5步插入一次A字架，500米管道共查找管道防腐层漏点100余处，每处防腐层漏点处存在不同程度的金属腐蚀。
综上分析：该段管道存在直流电流干扰，交流电流干扰弱，且直流干扰流出点在30#、36#桩附近，电位欠保护，通过管道防腐层修补后，该段30#桩电位仍然不达标。整治措施为在30#、36#桩附近设置采用牺牲阳极组作为直流干扰排流地床。依据检测数据，30#处土壤电阻率为138.16Ωm，36#处土壤电阻率为 94.2Ω m，排流地床选用镁锰型镁合金牺牲阳极，每组阳极 20 支，埋设于管道两侧。
参考文献：
[1]田中山，路民旭等.成品油管道腐蚀控制技术及应用 科学出版社，2021.2
[2]GB/T21447-2018.钢质管道外腐蚀控制规范
[3]GB50991-2014.埋地钢质管道直流干扰防护技术标准
[4]GB/T 50698-2011.埋地钢质管道交流干扰防护技术标准