摘　要：結(jié)合廣東省天然氣管網(wǎng)建設(shè)情況，分析地鐵直流雜散電流對埋地金屬燃?xì)夤艿赖母g影響，提出了對埋地金屬管道直流雜散電流電化學(xué)腐蝕的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：地鐵雜散電流  埋地金屬燃?xì)夤艿?span lang="EN-US">  腐蝕防護(hù)

Protection of Buried Gas Pipeline from Metro Stray Current Corrosion

Abstract：Combined with the construction situation of natural gas pipe network in Guangdong Province，the corrosion influence of metro DC stray current on buried metal gas pipeline is analyzed．The protection measures of buried metal pipeline from electrochemical corrosion of DC stray current are put forward．

Keywords：metro stray current；buried metal gas pipeline；corrosion protection

1　廣東省天然氣管網(wǎng)建設(shè)

西氣東輸二線全面竣工投產(chǎn)，為廣東省天然氣工程提供了充足的氣源保障，進(jìn)一步掀起了天然氣管網(wǎng)建設(shè)熱潮。天然氣管網(wǎng)有可能受到日趨完善的城市電氣化軌道系統(tǒng)如地鐵線路形成的雜散電流的影響，導(dǎo)致埋地金屬管道腐蝕。如果未做好相應(yīng)的防護(hù)措施，將造成天然氣泄漏、爆炸等嚴(yán)重后果。

廣東省是能源消耗大省，能源供應(yīng)緊張，環(huán)保壓力大；同時，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排等對廣東省能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)保清潔能源天然氣的工程建設(shè)提出了新要求。

2012年12月30日，來自中亞的天然氣經(jīng)由西氣東輸二線最后一條投產(chǎn)的支干線廣州一南寧段到達(dá)南寧，標(biāo)志著西氣東輸二線工程1條干線8條支干線全部建成投產(chǎn)，為廣東省天然氣管網(wǎng)的建設(shè)注入了薪鮮血液。根據(jù)2009年11月廣東省政府頒布實施的《廣東省油氣主干管網(wǎng)規(guī)劃(2009—2020)》，至2020年，廣東省將建成覆蓋全省21個地級市的天然氣骨干管網(wǎng)，新建管道總長約3200km，總造價約458×10⁸元，屆時將大大提高全省天然氣氣化率。根據(jù)規(guī)劃，建設(shè)廣東省天然氣全省一張網(wǎng)，將形成多個氣源保障：西氣東輸二線輸送的天然氣，廣東與中石化等簽署的川氣入粵協(xié)議輸送的天然氣；深圳大鵬灣等LNG接收站的進(jìn)口天然氣；南海海上天然氣。多氣源互補(bǔ)、資源共享、開放使用將提高廣東省天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、可靠性。

廣東省天然氣管網(wǎng)建設(shè)將以“全省一張網(wǎng)”為目標(biāo)，逐漸實現(xiàn)清潔能源建設(shè)，以下列舉幾個主要項目。

①廣東省天然氣管網(wǎng)一期工程

廣東省天然氣管網(wǎng)一期工程主干管網(wǎng)全長448km，通達(dá)廣州、佛山、東莞、惠州、清遠(yuǎn)、肇慶、韶關(guān)等地市，是省重點能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目。此工程于2010年全面動工建設(shè)，其設(shè)計年輸氣量為l60×10⁸m³／a，設(shè)計壓力為9.2MPa，項目總造價為62.46×10⁸元。

②珠海LNG配套管道工程

依托珠海LNG項目，配合荔灣3-1氣田天然氣登陸，建設(shè)謄接珠海、江門、佛山、中山和廣州等城市的珠江三角洲西岸天然氣輸送管道，管道長度約300km，設(shè)計壓力為9.2MPa。此項目于“十一五”期讓開工，“十二五”期間繼續(xù)推進(jìn)。

③川氣入粵工程

配合中石化川東北氣田開發(fā)，建設(shè)川氣入粵工程，全長為180km，管徑為l219mm，設(shè)計壓力為9.2MPa，于“十二五”期間開工建設(shè)。

④粵東LNG配套項目工程

依托粵東LNG項目，建設(shè)連接潮州、汕頭、揭陽、梅州等地的粵東天然氣輸送管網(wǎng)，延長與珠三角天然氣管網(wǎng)的銜接。全長為710km，設(shè)計壓力為9.2MPa，于“十二五”期間開工建設(shè)。

⑤粵西LNG項目配套管道工程

依托粵西LNG項目，建設(shè)連接湛江、茂名和陽江等地的粵西天然氣輸送管網(wǎng)，延長與珠三角天然氣管網(wǎng)銜接。全長為695km，設(shè)計壓力為9.2MPa，于“十二五”期間開工建設(shè)。

2　地鐵建設(shè)對埋地金屬管道的影響

廣東省不僅是能源消耗大省，也是中國的經(jīng)濟(jì)大省，在許多方面都名列前茅。以省會廣州為例，逐漸完善的交通系統(tǒng)四通八達(dá)，廣州地鐵1號線于1999年6月28日正式通車，標(biāo)志著中國大陸繼北京、天津、上海后，第4座城市建有軌道交通系統(tǒng)。廣州地鐵現(xiàn)已開通的線路有l號線、2號線、3號線、4號線、5號線、8號線、廣佛線及APM線，以上開通線路總里程為236km(包括廣佛線廣州段)，遠(yuǎn)期規(guī)劃里程為600km。

伴隨著廣東省天然氣管網(wǎng)的建設(shè)，大量的鋼質(zhì)燃?xì)夤艿缆袢氲叵拢@些埋地金屬管道不可避免地會與地鐵線路發(fā)生相鄰或交叉敷設(shè)的狀況，而地鐵系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流會對這些地下金屬管道產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾、腐蝕，造成管道腐蝕穿孔和泄漏事故，危害到地下燃?xì)夤艿赖陌踩褪褂脡勖?，并可能會造成?zāi)難性的后果。

2．1　地鐵雜散電流的產(chǎn)生^[1-2]。

城市地鐵的運(yùn)行離不開牽引供電系統(tǒng)，我國地鐵牽引供電系統(tǒng)一般采用直流電力牽引的形式，牽引供電系統(tǒng)是將交流中壓35、20、10kV經(jīng)降壓整流變成直流l500V或750V電壓，為地鐵列車提供牽引供電。電氣化軌道的牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所、牽引網(wǎng)、電力機(jī)車等組成，其中牽引網(wǎng)由饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線組成。

土壤中的雜散電流主要分為直流雜散電流、交流雜散電流、地電場電流3種形式，當(dāng)埋地鋼質(zhì)管道外防腐層破損后，很容易受到雜散電流的腐蝕。

地鐵雜散電流腐蝕是由于電氣鋼軌運(yùn)行時存在的雜散直流電流通過地下管道，在電流從管道流出處產(chǎn)生的腐蝕。它具有局部腐蝕特征，腐蝕速度比自然腐蝕快10～100倍。

在地鐵系統(tǒng)運(yùn)行期間，有電流不能夠正常沿回流線回到牽引變電所，而這部分電流從走行軌流入土壤中，當(dāng)埋地金屬管道敷設(shè)在其附近時，由于金屬管道對地絕緣并不充分，則一部分電流將流經(jīng)金屬管道，便形成對埋地金屬管道的雜散電流腐蝕。金屬管道在埋地敷設(shè)時主要會遇到電化學(xué)腐蝕及微生物腐蝕等，雜散電流的干擾腐蝕即對其構(gòu)成電化學(xué)腐蝕。雜散電流進(jìn)入金屬管道的地方帶負(fù)電，這一區(qū)域稱為陰極區(qū)，處于陰極區(qū)的管道一般不會受到腐蝕，若陰極區(qū)的電位過負(fù)時，管道表面會析出氫，而造成防腐層脫落。當(dāng)雜散電流經(jīng)金屬管道流出至變電所時，此處金屬管道帶正電，成為陽極區(qū)，金屬以離子的形式溶于周圍介質(zhì)中而造成金屬體的電化學(xué)腐蝕。

2．2　地鐵雜散電流對埋地金屬管道的危害^[3-9]

地鐵雜散電流對埋地金屬管道形成電化學(xué)腐蝕，與金屬的自然腐蝕相比嚴(yán)重得多，如埋地金屬管道在只有自然腐蝕時，大部分為原電池腐蝕，驅(qū)動電位差只有幾百mV，腐蝕電流只有幾十mA；而雜散電流腐蝕為電解腐蝕，電位可達(dá)數(shù)V，電流最大可能上百mA。另外雜散電流干擾腐蝕分布不均勻，會造成較激烈的局部腐蝕，對于有防腐層保護(hù)的埋地金屬管道，防腐層的缺陷部位是其腐蝕的集中對象，嚴(yán)重可造成管道泄漏事故。如香港地鐵曾因地鐵雜散電流造成埋地燃?xì)夤艿栏g穿孔，發(fā)生燃?xì)庑孤┦鹿?；上海、北京、深圳等地的地鐵對地下輸油、輸氣、輸水管道也存在著嚴(yán)重的雜散電流腐蝕；廣州地鐵3號線北延段(體育西一機(jī)場南)地鐵途經(jīng)白云機(jī)場，開通以來，對白云機(jī)場內(nèi)部埋地航油管道干擾嚴(yán)重，使管道陰極保護(hù)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

3　雜散電流的檢測及評價

現(xiàn)在常用的雜散電流檢測技術(shù)主要有土壤電位梯度檢測技術(shù)、電流測量技術(shù)、管地電位連續(xù)動態(tài)檢測技術(shù)以及智能雜散電流檢測技術(shù)(SCM)等。智能雜散電流檢測儀就是基于SCM開發(fā)的一種儀器，它能夠沿管道敷設(shè)線路檢測管道上任何雜散電流的大小及方向，排除不需要的干擾信號，確定干擾源的類型及來源^[4-5]。

一般情況，管道受到直流雜散電流干擾程度的判定，應(yīng)采用管地電位正向偏移指標(biāo)或地電位梯度指標(biāo)。當(dāng)管道任意一點的管地電位較自然電位正向偏移大于20mV或管道附近土壤的電位梯度大于0.5mV／m時，可確認(rèn)受到直流雜散電流干擾；當(dāng)管道任意一點的管地電位正向偏移大于l00mV或管道附近土壤的地電位梯度大于2.5mV／m時，應(yīng)采取排流保護(hù)或其他防護(hù)措施^[6]。

4　腐蝕防護(hù)措施

針對地鐵直流雜散電流對埋地金屬管道產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，應(yīng)采取必要的防腐措施。此種腐蝕與中間介質(zhì)土壤的性質(zhì)關(guān)系不大，防腐措施以對地鐵及金屬管道兩方面為重點分別進(jìn)行防護(hù)。

4．1  地鐵的防護(hù)措施^[1]

地鐵的建設(shè)及施工必須按照工程設(shè)計的要求，完成限制雜散電流的各項措施和地鐵結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)與監(jiān)測設(shè)施，并作為工程驗收的內(nèi)容。施工過程中，應(yīng)及時逐段檢查施工質(zhì)量，保證達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

①地鐵牽引供電系統(tǒng)

在采用走行軌回流的直流牽引供電系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)應(yīng)與牽引變電站的正母線相連接，回流走行軌應(yīng)與負(fù)母線連接。新建地鐵線路的牽引供電系統(tǒng)，宜選用較高的牽引電壓和分布式的牽引供電方案，縮短直流牽引饋電距離。牽引變電站的負(fù)回流線應(yīng)使用電纜，其根數(shù)不應(yīng)少于2根，且耐壓等級不應(yīng)低于工頻5kV。地鐵結(jié)構(gòu)鋼筋、自來水管及電纜金屬外鎧裝殼等金屬管線結(jié)構(gòu)，與回流走行軌和電源負(fù)極間不應(yīng)有直接的電氣連接。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行CJJ49—1992((地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，設(shè)置極性排流防護(hù)系統(tǒng)等。

②地鐵走行軌回流系統(tǒng)

根據(jù)CJJ49—1992《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，兼用作回流的地鐵走行軌與隧洞主體結(jié)構(gòu)(或大地)之間的過渡電阻值(按閉塞區(qū)間分段進(jìn)行測量并換算為lkm長度的電阻值)，對于新建線路不應(yīng)小于l5W·km，對于已運(yùn)行線路不應(yīng)小于3W·km，木質(zhì)軌枕必須先用絕緣防腐劑進(jìn)行防腐處理。枕木的端面和螺紋道釘孔必須經(jīng)過絕緣處理，或設(shè)置專門的絕緣層。螺紋道釘孔不應(yīng)貫通。軌底部與道床之間的間隙不得小于30mm。地鐵的隧洞襯砌結(jié)構(gòu)和鋼筋結(jié)構(gòu)不應(yīng)兼作他用。走行軌回路中的扼流變壓器、道岔等與線路的路基、路面混凝土及主體結(jié)構(gòu)之間，應(yīng)具有良好的絕緣。道岔轉(zhuǎn)轍裝置控制電纜的金屬外鎧裝殼與道岔本體之間亦應(yīng)具有良好絕緣。扼流變壓器的塑料連接電纜、股道間均流線用塑料電纜的絕緣要求，應(yīng)與負(fù)回流電纜相同。在車輛段的檢修與停車庫中，每一條線路的走行軌均應(yīng)使用絕緣接頭與車場線路的走行軌相隔離。在絕緣接頭處，應(yīng)設(shè)置隔離開關(guān)，以保證列車能駛出停車位置。軌道和金屬結(jié)構(gòu)、管道、電纜外鎧裝殼、混凝土鋼筋等之間亦應(yīng)具有良好絕緣。

③穿越地鐵設(shè)施的各種金屬管線

金屬管線進(jìn)出地鐵隧道部分應(yīng)采用絕緣法蘭連接，穿過軌道下的金屬管道應(yīng)采取絕緣措施，如鎧裝電纜必須外設(shè)絕緣護(hù)套等。

在采取以上措施的同時，必須做好結(jié)構(gòu)的防水、結(jié)構(gòu)金屬與電力系統(tǒng)設(shè)施的絕緣，防止軌道扣件受污。配置雜散電流觀測設(shè)備，隨時掌握雜散電流干擾情況，以便采取有的放矢的防護(hù)措施。

4．2　金屬管道的防護(hù)措施^[3-7]

4．2．1  常用的防護(hù)措施

①合理選線

根據(jù)沿線雜散電流源的勘察結(jié)果，燃?xì)夤艿啦季€時在符合安全要求前提下，合理選擇走向，盡量避開地鐵、電纜等雜散電流干擾源?；?qū)κ茈s散電流干擾管道增設(shè)絕緣法蘭，將被干擾的管道與主干線分隔開，把干擾限制在一定范圍內(nèi)，減輕干線的腐蝕。

②增加回路電阻

根據(jù)燃?xì)獾钠焚|(zhì)和輸送壓力盡量選用聚乙烯管材。對于金屬管材，主要是采用防腐等級高的防腐絕緣層，采用耐雜散電流的防腐絕緣材料如環(huán)氧煤瀝青涂料等，接口處采用熱縮套管。及時觀測雜散電流，及時修補(bǔ)和更換防腐絕緣層。

③采取必要的排流措施

排流保護(hù)措施不同于管道的防腐設(shè)計，需按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行干擾源側(cè)及管道側(cè)測定，根據(jù)具體情況確定方案。排流保護(hù)的方法通常有4種，即直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流、接地排流。

直接排流：管地電位偏移穩(wěn)定在正方向，可采用此保護(hù)措施。通過導(dǎo)線將管道和干擾源側(cè)的負(fù)極直接連通，將管道牛的干擾電流引入干擾源的負(fù)極。此法適用于牽引變電所附近，簡單經(jīng)濟(jì)、效果好，但范圍有限。

極性排流：管地電位正、負(fù)極性交變時，可采用此保護(hù)措施。通過極性排流器(一般為二極管)將管道和回流軌道連接，當(dāng)管道上出現(xiàn)正電位時可把管道中的雜散電流排出，出現(xiàn)負(fù)電位時排流器不導(dǎo)通，可防雜散電流的進(jìn)入。此法安裝方便、應(yīng)用廣，但管道距軌道遠(yuǎn)時效果不好。

強(qiáng)制排流：管地電位正、負(fù)極性交變，電位差小，且環(huán)境腐蝕較強(qiáng)時，可采用此保護(hù)措施。通過強(qiáng)制排流器將管道和軌道連接，雜散電流通過強(qiáng)制排流器的整流環(huán)排放到軌道上，當(dāng)無雜散電流時，強(qiáng)制排流器給管道提供一個陰極保護(hù)電流，使管道處于陰極保護(hù)狀態(tài)。此法保護(hù)范圍大，地鐵停運(yùn)時可對管道提供陰極保護(hù)，但對軌道電位分布有影響，需要外加電源。

接地排流：管地電位正向偏移，管道離干擾源較遠(yuǎn)，且不允許直接向干擾源排流，可采用此保護(hù)措施。將被干擾管道與接地體相連，使管道內(nèi)的雜散電流通過接地體流入大地，進(jìn)而流回干擾源，以實現(xiàn)排流目的。此方法的缺點是效果較差，需要輔助接地體。

4．2．2金屬管道側(cè)防護(hù)實例

2013年廣州港華燃?xì)庥邢薰緮M建設(shè)燃?xì)庵鞲晒艿拦こ蹋竟こ唐鹩谇搴訓(xùn)|路以北約l80m的擬建調(diào)壓站，向北沿京珠高速公路與地鐵4號線平行敷設(shè)，沿途經(jīng)過地鐵4號線石暮站，在石暮站北側(cè)約29m及499m處、南側(cè)約697m處3次穿越地鐵四號線“新造—石暮—海傍”區(qū)間高架橋，止于規(guī)劃蓮花大道南側(cè)，全長約5.598km，規(guī)劃地鐵十七號線走廊位于蓮花大道。由于地鐵附近的雜散電流干擾很大，對管道產(chǎn)生間斷直流干擾影響，其結(jié)果將直接導(dǎo)致管道發(fā)生嚴(yán)重的電解腐蝕，大大縮短管道的使用壽命。為保證管道的安全運(yùn)營，杜絕事故隱患，結(jié)合以往經(jīng)驗，計劃針對流經(jīng)該部分管道的雜散電流進(jìn)行以下幾種整治方案。

①提高防腐等級^[6-8]

因本工程管道設(shè)計壓力為次高壓，管材選用鋼質(zhì)管道，為保護(hù)管道，避免受雜散電流的腐蝕采用了提高防腐等級的方法，如采用聚乙烯三層特加強(qiáng)級防腐，接口處采用熱縮套管。

②設(shè)置絕緣接頭

在穿越段出入土點兩端安裝絕緣接頭，將穿越段與主管斷開，減小雜散電流的干擾區(qū)域，縮短雜散電流的腐蝕長度。

③穿越段管道兩端分別安裝l～4組(組數(shù)根據(jù)穿越管道的長度決定)單向極性排流器和犧牲陽極的聯(lián)合系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)把雜散電流排入土壤，避免雜散電流對管道的腐蝕。聯(lián)合系統(tǒng)電纜直接焊接在管道外壁，焊點用補(bǔ)傷膠加補(bǔ)傷片進(jìn)行防腐處理。

④管道運(yùn)行中應(yīng)實時觀察檢測管道受雜散電流腐蝕情況，如出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)及時修復(fù)和更換防腐絕緣層。修復(fù)方法分為開挖修復(fù)、非開挖修復(fù)兩種，修復(fù)后的防腐等級不應(yīng)低于原設(shè)計等級。開挖修復(fù)即開挖后將腐蝕損壞的管道全面拆出，再敷設(shè)新管，回填夯實并修復(fù)路面；非開挖修復(fù)主要分為翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法、尼龍管內(nèi)插法、緊貼內(nèi)壁法等，其中比較常用的翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法的工作原理是將里側(cè)已涂膠的內(nèi)襯套管翻吹進(jìn)管道，與管道內(nèi)壁粘結(jié)形成內(nèi)襯保護(hù)層。

采取排流措施后使得沿線雜散電流對管道的干擾強(qiáng)度大幅下降；受雜散電流干擾的管道長度大大縮短；流入管道的雜散電流將通過所安裝的排流系統(tǒng)排出，從而減少了管道的電解腐蝕。

5　結(jié)語

廣東省天然氣管網(wǎng)建設(shè)在符合城市整體規(guī)劃的同時，也要針對發(fā)達(dá)的交通系統(tǒng)對埋地金屬管道造成的雜散電流腐蝕做好相應(yīng)的防護(hù)措施。本文對此提出以下建議：

①合理規(guī)劃天然氣管網(wǎng)路線，盡量避開地鐵等城市電氣化交通系統(tǒng)，避免因此而造成的金屬管道電化學(xué)腐蝕。

②與給排水、熱力等地下管道組成綜合管網(wǎng)系統(tǒng)，采取統(tǒng)一防護(hù)與動態(tài)監(jiān)控、綜合管理相結(jié)合措施，提高對雜散電流電化學(xué)腐蝕防護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)性、有效性。

③加強(qiáng)天然氣管網(wǎng)實時監(jiān)測，及時了解掌握雜散電流對管道的腐蝕情況，制定科學(xué)合理的應(yīng)急預(yù)案，減少或避免管道腐蝕事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]田再強(qiáng)，袁秀鵬，王芷芳．土壤對埋地鋼管腐蝕的勘測與分析[J]．煤氣與熱力，2004，24(4)：231-234．

[2]曹阿林，朱慶軍，侯保榮，等．油氣管道的雜散電流腐蝕與防護(hù)[J]．煤氣與熱力，2009，29(3)：B06-B09．

[3]程善勝，張力君，楊安輝．地鐵直流雜散電流對埋地金屬管道的腐蝕[J]．煤氣與熱力，2003，23(7)：435-437．

[4]武維勝，黃小美，藏子璇，等．埋地管道腐蝕檢測與評價技術(shù)[J]．煤氣與熱力，2012，32(10)：B37-B41．

[5]張建昌，許忠偉，冉小?。竦劁撝乒艿阑?span lang="EN-US">SCM檢測儀的雜散電流測試與評價[J]．石油化工應(yīng)用，2010，29(9)：86-88．

[6]梁莉嘉，陳榮清．埋地燃?xì)夤艿婪栏C合評價與修復(fù)技術(shù)分析[J]．煤氣與熱力，2009，29(6)：B39-B41．

[7]趙應(yīng)龍．防腐保溫保冷工程設(shè)計與施工手冊[M]．東營：石油大學(xué)出版社，l996．

[8]周耘雯．燃?xì)夤艿劳夥栏瘜有迯?fù)技術(shù)探討[J]．煤氣與熱力，2003，23(7)：413-415．

[9]金醒群．地鐵雜散電流對埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖母g[J]．煤氣與熱力，2012，32(3)：A31-A34．

本文作者：趙英新  單魯文

作者單位：中交煤氣熱力研究設(shè)計院有限公司