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埋地燃氣管道地鐵雜散電流腐蝕的防護

文檔作者：趙英新，單魯文文檔來源：中交煤氣熱力研究設計院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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第1期
年1月
煤氣與熱力
GAS&amp;amp; HEAT
Vo1．34 No．1
Jan．2014
埋地燃氣管道地鐵雜散電流腐蝕的防護
趙英新， 單魯文
(中交煤氣熱力研究設計院有限公司，遼寧沈陽110026)
摘要： 結(jié)合廣東省天然氣管網(wǎng)建設情況，分析地鐵直流雜散電流對埋地金屬燃氣管道的腐
影響，提出了對埋地金屬管道直流雜散電流電化學腐蝕的防護措施。
關(guān)鍵詞： 地鐵雜散電流； 埋地金屬燃氣管道； 腐蝕防護
中圖分類號：TU996 文獻標志碼：B 文章編號：1000—4416(2014)01—0A05—04
旨簡介：趙英新(1985一 )，女，遼寧錦州人，助理
學士，從事燃氣工程設計工作。
R省天然氣管網(wǎng)建設
氣東輸二線全面竣工投產(chǎn)，為廣東省天然氣
供了充足的氣源保障，進一步掀起了天然氣
沒熱潮。天然氣管網(wǎng)有可能受到日趨完善的
氣化軌道系統(tǒng)如地鐵線路形成的雜散電流的
致埋地金屬管道腐蝕。如果未做好相應的
沲，將造成天然氣泄漏、爆炸等嚴重后果。
東省是能源消耗大省，能源供應緊張，環(huán)保壓
]時，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排等對廣東省能
凋整、環(huán)保清潔能源天然氣的工程建設提出
求。
I2年12月30日，來自中亞的天然氣經(jīng)由西
5日期：2013—11—01； 修回日期：2013—11—22
氣東輸二線最后一條投產(chǎn)的支干線廣州一南寧段到
達南寧，標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)的建設注
入了新鮮血液。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3 200 km，總造價
約458×10 元，屆時將大大提高全省天然氣氣化
率。根據(jù)規(guī)劃，建設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人粵協(xié)議輸送的天然氣；深
圳大鵬灣等LNG接收站的進口天然氣；南海海上天
然氣。多氣源互補、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)建設將以“全省一張網(wǎng)”為
目標，逐漸實現(xiàn)清潔能源建設，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448
km，通達廣州、佛山、東莞、惠州、清遠、肇慶、韶關(guān)等
地市，是省重點能源基礎設施建設項目。此工程于
2010年全面動工建設，其設計年輸氣量為160×10
m ／a，設計壓力為9．2 MPa，項目總造價為62．46×
10 元。
② 珠海LNG配套管道工程
· A 05·
第34卷第1期 煤氣與熱力
依托珠海LNG項目，配合荔灣3—1氣田天然
氣登陸，建設連接珠海、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
300 km，設計壓力為9．2 MPa。此項目于“十一五”
期間開工，“十二五”期間繼續(xù)推進。
③ 川氣入粵工程
配合中石化川東北氣田開發(fā)，建設川氣入粵工
程，全長為180 km，管徑為1 219 mm，設計壓力為
9．2 MPa，于“十二五”期間開工建設。
④ 粵東LNG配套項目工程
依托粵東LNG項目，建設連接潮州、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710 km，設計壓力為
9．2 MPa，于“十二五”期間開工建設。
⑤ 粵西LNG項目配套管道工程
依托粵西LNG項目，建設連接湛江、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695 km，設計壓力為9．2 MPa，
于“十二五”期間開工建設。
2 地鐵建設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
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，廣州地鐵1號線于
1999年6月28日正式通車，標志著中國大陸繼北
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1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236 km(包括廣佛線廣州段)，遠期規(guī)
劃里程為600 km。
伴隨著廣東省天然氣管網(wǎng)的建設，大量的鋼質(zhì)
燃氣管道埋入地下，這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
重的干擾、腐蝕，造成管道腐蝕穿孔和泄漏事故，危
害到地下燃氣管道的安全和使用壽命，并可能會造
成災難性的后果。
2．1 地鐵雜散電流的產(chǎn)生¨
城市地鐵的運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、10 kV經(jīng)降壓整流
變成直流1 500 V或750 V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)運行期問，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人
土壤中，當埋地金屬管道敷設在其附近時，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
屬管道在埋地敷設時主要會遇到電化學腐蝕及微生
物腐蝕等，雜散電流的干擾腐蝕即對其構(gòu)成電化學
腐蝕。雜散電流進入金屬管道的地方帶負電，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)的電位過負時，管道表面會析出氫，
而造成防腐層脫落。當雜散電流經(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
學腐蝕。
2．2 地鐵雜散電流對埋地金屬管道的危害 ]
地鐵雜散電流對埋地金屬管道形成電化學腐
蝕，與金屬的自然腐蝕相比嚴重得多，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
散電流造成埋地燃氣管道腐蝕穿孑L，發(fā)生燃氣泄漏
事故；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重的雜散電流腐蝕；廣州地
鐵3號線北延段(體育西一機場南)地鐵途經(jīng)白云
機場，開通以來，對白云機場內(nèi)部埋地航油管道干擾
嚴重，使管道陰極保護系統(tǒng)不能正常運行。
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
· A 06 ·
趙英新，等：埋地燃氣管道地鐵雜散電流腐蝕的防護 第34卷第1期
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 。
一般情況，管道受到直流雜散電流干擾程度的
判定，應采用管地電位正向偏移指標或地電位梯度
指標。當管道任意一點的管地電位較自然電位正向
偏移大于20 mV或管道附近土壤的電位梯度大于
0．5 mV／m時，可確認受到直流雜散電流干擾；當管
道任意一點的管地電位正向偏移大于100 mV或管
道附近土壤的地電位梯度大于2．5 mV／m時，應采
取排流保護或其他防護措施 J。
4 腐蝕防護措施
針對地鐵直流雜散電流對埋地金屬管道產(chǎn)生的
電化學腐蝕，應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行防護。
4．1 地鐵的防護措施?
地鐵的建設及施工必須按照工程設計的要求，
完成限制雜散電流的各項措施和地鐵結(jié)構(gòu)的腐蝕防
護與監(jiān)測設施，并作為工程驗收的內(nèi)容。施工過程
中，應及時逐段檢查施工質(zhì)量，保證達到技術(shù)標準。
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)應與牽引變電站的正母線相連接，回流走行軌
應與負母線連接。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。牽引變電站的負回流線應
使用電纜，其根數(shù)不應少于2根，且耐壓等級不應低
于工頻5 kV。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
極間不應有直接的電氣連接。應嚴格執(zhí)行CJJ 49—
1992(地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)
定，設置極性排流防護系統(tǒng)等。
② 地鐵走行軌回流系統(tǒng)
根據(jù)cJJ 49—1992《地鐵雜散電流腐蝕防護技
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)之問的過渡電阻值(按閉塞
區(qū)間分段進行測量并換算為1 km長度的電阻值)，
對于新建線路不應小于15 Q·km，對于已運行線路
不應小于3 Q ·km，木質(zhì)軌枕必須先用絕緣防腐劑
進行防腐處理。枕木的端面和螺紋道釘孔必須經(jīng)過
絕緣處理，或設置專門的絕緣層。螺紋道釘孔不應
貫通。軌底部與道床之間的間隙不得小于30 mm。
地鐵的隧洞襯砌結(jié)構(gòu)和鋼筋結(jié)構(gòu)不應兼作他用。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，應與負回
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，應設置隔離開關(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具有良好絕緣。
③ 穿越地鐵設施的各種金屬管線
金屬管線進出地鐵隧道部分應采用絕緣法蘭連
接，穿過軌道下的金屬管道應采取絕緣措施，如鎧裝
電纜必須外設絕緣護套等。
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)設施的絕緣，防止軌道扣件受
污。配置雜散電流觀測設備，隨時掌握雜散電流干
擾情況，以便采取有的放矢的防護措施。
4．2 金屬管道的防護措施
4．2．1 常用的防護措施
① 合理選線
根據(jù)沿線雜散電流源的勘察結(jié)果，燃氣管道布
線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。或?qū)κ茈s散電流
干擾管道增設絕緣法蘭，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)燃氣的品質(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，及時修補和更換防腐絕緣層。
③ 采取必要的排流措施
排流保護措施不同于管道的防腐設計，需按有
關(guān)標準進行干擾源側(cè)及管道側(cè)測定，根據(jù)具體情況
確定方案。排流保護的方法通常有4種，即直接排
流、極性排流、強制排流、接地排流。
· A 07 ·
第34卷第1期 煤氣與熱力
直接排流：管地電位偏移穩(wěn)定在正方向，可采用
此保護措施。通過導線將管道和干擾源側(cè)的負極直
接連通，將管道中的干擾電流引入干擾源的負極。
此法適用于牽引變電所附近，簡單經(jīng)濟、效果好，但
范圍有限。
極性排流：管地電位正、負極性交變時，可采用
此保護措施。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)負電位時排流器不導
通，可防雜散電流的進入。此法安裝方便、應用廣，
但管道距軌道遠時效果不好。
強制排流：管地電位正、負極性交變，電位差小，
且環(huán)境腐蝕較強時，可采用此保護措施。通過強制
排流器將管道和軌道連接，雜散電流通過強制排流
器的整流環(huán)排放到軌道上，當無雜散電流時，強制排
流器給管道提供一個陰極保護電流，使管道處于陰
極保護狀態(tài)。此法保護范圍大，地鐵停運時可對管
道提供陰極保護，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，且不允許直接向干擾源排流，可采用此保護措
施。將被干擾管道與接地體相連，使管道內(nèi)的雜散
電流通過接地體流人大地，進而流回干擾源，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)防護實例
2013年廣州港華燃氣有限公司擬建設燃氣主
干管道工程，本工程起于清河東路以北約180 m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，沿途經(jīng)過地鐵4號線石暮站，在石暮站北側(cè)
約29 m及499 m處、南側(cè)約697 m處3次穿越地鐵
四號線“新造一石暮一海傍”區(qū)間高架橋，止于規(guī)劃
蓮花大道南側(cè)，全長約5．598 km，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
接導致管道發(fā)生嚴重的電解腐蝕，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
流進行以下幾種整治方案。
① 提高防腐等級
因本工程管道設計壓力為次高壓，管材選用鋼
質(zhì)管道，為保護管道，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級
防腐，接口處采用熱縮套管。
② 設置絕緣接頭
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1～4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，焊點用補傷膠加補傷片進行防腐處
理。
④ 管道運行中應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，應及時修復和更換防
腐絕緣層。修復方法分為開挖修復、非開挖修復兩
種，修復后的防腐等級不應低于原設計等級。開挖
修復即開挖后將腐蝕損壞的管道全面拆出，再敷設
新管，回填夯實并修復路面；非開挖修復主要分為翻
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)
襯套管翻吹進管道，與管道內(nèi)壁粘結(jié)形成內(nèi)襯保護
層。
采取排流措施后使得沿線雜散電流對管道的干
擾強度大幅下降；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)建設在符合城市整體規(guī)劃的
同時，也要針對發(fā)達的交通系統(tǒng)對埋地金屬管道造
成的雜散電流腐蝕做好相應的防護措施。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腐蝕防護措施的經(jīng)濟性、
有效性。
③ 加強天然氣管網(wǎng)實時監(jiān)測，及時了解掌握
雜散電流對管道的腐蝕情況，制定科學合理的應急
預案，減少或避免管道腐蝕事故的發(fā)生。
(下轉(zhuǎn)第A17頁)
· A 08·
www．watergasheat．COITI 王湘寧：居民室內(nèi)燃氣泄漏分析 第34卷第l期
如燃氣濃度先達到爆炸下限，此時點燃，則爆炸跡象
突出；待時間延長燃氣濃度變大，待接近爆炸上限
時，點燃后燃燒跡象明顯。
根據(jù)有關(guān)資料可知，華北地區(qū)的廚房燃氣設施
漏氣情況：廚房的燃氣管道、燃氣表、閥門、臺式灶發(fā)
生的自然泄漏量很小，為0．02 m ／h；臺式灶如因使
用不當造成泄漏，泄漏量取決于燃氣負荷和開關(guān)的
開啟程度，單眼灶全開時天然氣的泄漏量為0．47
m ／h(臺式灶種類不同時，泄漏量也不同)；膠管脫
落，相當于灶前閥開啟，此時天然氣的泄漏量為
3．12 m ／h。
經(jīng)過相應計算可得：廚房門窗關(guān)閉，自然通風條
件下，廚房燃氣設施自然泄漏50 h后，燃氣的體積
分數(shù)為0．96％。臺式灶使用不當導致漏氣，76 rain
后天然氣的體積分數(shù)達到5％(爆炸下限)。膠管脫
落10 rain后，天然氣的體積分數(shù)可達5％(爆炸下
限)。這些數(shù)據(jù)表明，燃氣設施自然泄漏不會造成
事故；而由于使用不當、膠管脫落等都可以造成著火
爆炸事故，特別是膠管脫落，燃氣很快達到爆炸極
限。這些可供我們分析漏氣時參考。
5 結(jié)語
發(fā)生事故的原因很多，設計、施工以及運行中出
現(xiàn)的問題，都可能導致事故。對事故認真研究分析，
總結(jié)經(jīng)驗教訓，對其進行技術(shù)分析，對改進工作、預
防和減少事故發(fā)生是非常必要的。
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Analysis of Residential Indoor Gas Leakage
WANG Xiangning
Abstract： The flammable gas explosion energy，
electrical energy to detonate and SO on are analyzed．
The influence factors of indoor gas leakage diffusion are
discussed．
Key words： gas accident；explosion；leakage；
minimum ignition energy；maximum explosion pressure
(上接第A08頁)
參考文獻：
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Protection of Buried Gas Pipeline from
M etro Stray Current Corrosion
ZHA0 Yingxin．SHAN Luwen
Abstract： Combined with the construction situ—
ation of natural gas pipe network in Guangdong Prov—
ince。the corrosion influence of metro DC stray current
on buried metal gas pipeline is analyzed．The protec—
tion measures of buried metal pipeline from electro—
chemical corrosion of DC stray curent are put forward．
Key words： metro stray curent；buried metal
gas pipehne；corrosion protection
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