深圳市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖碾s散電流腐蝕控制研究

摘 要

摘要：闡述了深圳市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿涝馐艿搅穗s散電流腐蝕，經(jīng)過細(xì)致的測(cè)試，測(cè)試報(bào)告顯示干擾源來自地鐵運(yùn)行。經(jīng)向市政府有報(bào)告后，市領(lǐng)導(dǎo)高度重視，委托市政府有關(guān)部門組織開展測(cè)試
摘要：闡述了深圳市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿涝馐艿搅穗s散電流腐蝕，經(jīng)過細(xì)致的測(cè)試，測(cè)試報(bào)告顯示干擾源來自地鐵運(yùn)行。經(jīng)向市政府有報(bào)告后，市領(lǐng)導(dǎo)高度重視，委托市政府有關(guān)部門組織開展測(cè)試。經(jīng)多次協(xié)調(diào)后，地鐵方面同意我方進(jìn)入地鐵內(nèi)部測(cè)試，目前等待地鐵確定聯(lián)合測(cè)試時(shí)間。
關(guān)鍵詞：燃?xì)?；鋼質(zhì)管道；雜散電流；測(cè)試
1 雜散電流的產(chǎn)生與危害
雜散電流是指在規(guī)定電路之外流動(dòng)的電流，主要表現(xiàn)為直流電流、交流電流和大地中自然存在的地電流3種狀態(tài)。。直流雜散電流主要來源于直流電氣化鐵路、直流電解設(shè)備、陰極保護(hù)系統(tǒng)中的陽極地床等；交流雜散電流的主要來源于交流電氣化鐵路及高壓輸電線路電壓波動(dòng)在鋼管上的感生電流，但交流雜散電流對(duì)鐵腐蝕較輕微，一般為直流腐蝕量的1%；由于地磁場(chǎng)的變化感應(yīng)出的地雜散電流，一般情況下只有約2μA/m2，從腐蝕角度看，并不重要。其中城市地下雜散電流主要來源是直流電氣化鐵路。
 
如圖1所示，當(dāng)?shù)罔F的牽引直流電流沿地面敷設(shè)的鐵軌流動(dòng)時(shí)，直流電流除了在鐵軌上流動(dòng)，還會(huì)從鐵軌絕緣不良處泄漏到大地，部分會(huì)在大地的金屬管道上流動(dòng)，然后回到電源，這部分泄漏的電流即為雜散電流，雜散電流在流出點(diǎn)會(huì)造成腐蝕。理論上，依據(jù)法拉第定律，1A的直流電流1年可腐蝕鋼鐵9.13kg。雜散電流腐蝕通常發(fā)生在管道防腐層破損處，即集中在局部，因而會(huì)引起強(qiáng)烈的坑蝕，導(dǎo)致很快穿孔。實(shí)際案例中，遼河油田到鞍山化肥廠的天然氣管道在投產(chǎn)14個(gè)月后就出現(xiàn)多起雜散電流引起的腐蝕穿孔事故，被迫長時(shí)間停產(chǎn)，開挖大修。
2 深圳市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿朗茈s散電流干擾現(xiàn)狀
    自從特區(qū)內(nèi)的管道發(fā)現(xiàn)遭受到雜散電流干擾以來，集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)高度重視，第一時(shí)間部署防控工作，有計(jì)劃有針對(duì)性的進(jìn)行了部分鋼管改造、陰極保護(hù)整改等工作，并就管網(wǎng)雜散電流干擾委托專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試。2009年1月完成了《深圳市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿离s散電流腐蝕控制預(yù)備性測(cè)試研究報(bào)告》。在該預(yù)備性測(cè)試中，進(jìn)行了特區(qū)內(nèi)管地電位普查、管地電位連續(xù)測(cè)試、地電位梯度測(cè)試、燃?xì)夤艿琅c其他相鄰管道同步測(cè)試、SCM測(cè)試儀專項(xiàng)測(cè)試等檢測(cè)。
表1 深南大道沿線連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)
測(cè)試點(diǎn)
正電位
負(fù)電位
自然電位
正向偏差
負(fù)向偏差
標(biāo)準(zhǔn)偏差
穩(wěn)定時(shí)間段
科苑立交
-0.920
-1.137
-1.018
0.094
0.123
0.019
23:30～06:16
沙河立交
4.994
-5.489
-1.043
6.037
4.446
1.085
00:01～06:22
白石洲
4.156
-5.457
-1.510
5.665
3.947
0.827
23:48～06:29
表1為深南-科苑立交、沙河立交、白石洲管地電位24小時(shí)連續(xù)同步測(cè)試數(shù)據(jù)，圖2為上述測(cè)試點(diǎn)的24小時(shí)連續(xù)同步測(cè)試曲線的疊加。
 
    表1的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，沙河立交、白石洲等測(cè)試點(diǎn)的正向偏差達(dá)到了數(shù)百mV。在國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，管地電位正向偏移大于200mv已經(jīng)屬于強(qiáng)烈干擾，以上區(qū)域管線正遭受雜散電流干擾腐蝕，應(yīng)盡快采取直流排流保護(hù)和其他防護(hù)措施。
    圖2的測(cè)試曲線顯示，沙河立交和白石洲管地電位的電位波動(dòng)在15:00～18:00、07:00～15:00等時(shí)間段具有幾乎完全一致的波動(dòng)規(guī)律，僅波動(dòng)幅度存在差異。同步測(cè)試結(jié)果證明，沙河立交、白石洲等測(cè)試點(diǎn)管道受到的雜散電流干擾來自同一干擾源。
    綜合其他檢測(cè)結(jié)果，《測(cè)試研究報(bào)告》中的主要結(jié)論有：
    目前特區(qū)內(nèi)部分區(qū)域的埋地鋼質(zhì)管道正受到雜散電流的干擾，其中局部管道管地電位的指標(biāo)平均正向偏移超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高限度的數(shù)倍；該雜散電流干擾規(guī)律與附近地下軌道交通的運(yùn)行規(guī)律相關(guān)，地鐵電流外泄應(yīng)該是引起雜散電流的主要原因。
3 國家有關(guān)規(guī)范對(duì)地鐵雜散電流控制的要求
    國家規(guī)范對(duì)地鐵雜散電流控制有具體技術(shù)要求：
    (1) 地鐵雜散電流控制應(yīng)在其建設(shè)期解決，嚴(yán)格按國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ49—92《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》實(shí)施。
   (2) 燃?xì)庑袠I(yè)目前的參考標(biāo)準(zhǔn)主要有CJJ95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》，GB/T21447—2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》，GB/T21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，SY/T0087.1-2006((鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)))，SY/T0017-2006《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等。
 (3) 地鐵建設(shè)期應(yīng)采取的一般措施有：
   ① 地軌的良好導(dǎo)電；
   ② 地軌與大地的良好絕緣；
   ③ 雜散電流的屏蔽措施；
   ④ 地鐵隧洞的防水絕緣；
   ⑤ 進(jìn)出地鐵的管道、鎧裝電纜等的絕緣措施。
   (4) 產(chǎn)生雜散電流外泄的補(bǔ)救措施：
   ① 地鐵方減少其雜散電流排放；
   ② 被干擾方采取排流措施。
4 其他國家的雜散電流情況
   美國腐蝕工程師學(xué)會(huì)(NACE)在2004年發(fā)布了一篇報(bào)告《對(duì)影響管道的雜散電流的一種測(cè)試技術(shù)》，報(bào)告中提出可以采用SCM測(cè)試儀等方法對(duì)影響管道的雜散電流進(jìn)行測(cè)試，并以加拿大多倫多市的一條燃?xì)夤芫€的測(cè)試數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，詳見圖3。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，燃?xì)夤艿朗艿诫s散電流干擾，報(bào)告中分析干擾信號(hào)與附近電氣化鐵路的運(yùn)行有關(guān)，應(yīng)該是來源于鐵路的運(yùn)行。
 
    為了解決雜散電流對(duì)燃?xì)夤艿赖母蓴_影響事宜，我們與政府有關(guān)部門，地鐵公司，檢測(cè)機(jī)構(gòu)，科研院所等單位進(jìn)行了多次討論、溝通、協(xié)調(diào)，目前達(dá)成如下意見：
    (1) 地鐵公司認(rèn)為地鐵運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生雜散電流，但是對(duì)燃?xì)夤艿赖挠绊懶枰M(jìn)行多方的聯(lián)合測(cè)試之后方可確定。
 (2) 燃?xì)獾罔F雙方各自委托技術(shù)單位聯(lián)合進(jìn)行測(cè)試；
   (3) 首先進(jìn)行竹子林-僑城東區(qū)間的軌道、管道同步48小時(shí)測(cè)試，以此作為起步。
    在此期間，地鐵公司內(nèi)部就雜散電流控制做了不少工作，比如加強(qiáng)管理、購置設(shè)備等。從近期管道管地電位測(cè)試情況來看，指標(biāo)仍然嚴(yán)重超標(biāo)，但較早前有一定改善。
5 目前工作中存在的主要困難及對(duì)策
    深圳地區(qū)地下水位高、且多回填和鹽漬區(qū)，地下土壤電解質(zhì)豐富，其土壤腐蝕性較內(nèi)地高。在這種情況下，雜散電流引起的鋼質(zhì)管道腐蝕較內(nèi)地要嚴(yán)重，其覆蓋面和影響區(qū)域也較其他地區(qū)范圍廣、程度深。目前城市雜散電流是個(gè)新課題，其監(jiān)測(cè)控制技術(shù)復(fù)雜。對(duì)受害方的利益保障，對(duì)干擾方的限制，都沒有成熟的辦法。目前雜散電流防控工作的主要存在以下問題：
   (1) 從技術(shù)上，地鐵能不能有效控制雜散電流，使其泄漏水平在國家規(guī)定的范圍內(nèi)；
    (2) 地鐵方面對(duì)于雜散電流外泄認(rèn)識(shí)不夠，與地鐵方面協(xié)調(diào)難度非常大；
    (3) 燃?xì)鈫畏矫娌扇∨帕鞔胧?，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是否可行。
    雜散電流的防控是一個(gè)系統(tǒng)工程，牽涉到不同產(chǎn)權(quán)歸屬單位和不同職能部門，且技術(shù)難度高、投資大。為了將雜散電流干擾控制在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，恢復(fù)地下管網(wǎng)的正常運(yùn)行，保障城市公共安全，建議：
    (1) 由市政府有關(guān)部門組織進(jìn)行雜散電流的獨(dú)立測(cè)試，并進(jìn)行分析研究，以供政府決策和有關(guān)單位參考。
    (2) 由市政府相關(guān)部門、被干擾方、干擾源方及其他有關(guān)方共同參與成立市級(jí)腐蝕協(xié)調(diào)委員會(huì)，實(shí)行雜散電流的綜合治理，共同防護(hù)。
    (3) 市政府有關(guān)部門協(xié)調(diào)地鐵建設(shè)及運(yùn)營等有關(guān)單位采取措施從源頭減小雜散電流對(duì)其它金屬結(jié)構(gòu)物的干擾影響，這是解決問題最根本的辦法。
 
(本文作者：羅彬 劉建輝 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 廣東深圳 518040)