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電氣化鐵路雜散電流對埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕及防護

文檔作者：張賀宏1，2 張智1，2 王瑋3 文檔來源：中國特種設(shè)備檢測研究院 2. 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局油氣管道工程技術(shù)研究中心 3. 中國石油大港石化公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月13日
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2017年11月 | 125
0 引言
隨著管道輸送在國家經(jīng)濟發(fā)展中的地位不斷提升，管道輸
送的安全問題逐漸得到重視。一般長輸油氣管道輸送易燃易爆
或者有毒介質(zhì)，一旦發(fā)生泄露或者爆炸等安全事故，往往會給
人身財產(chǎn)安全、經(jīng)濟發(fā)展以及環(huán)境造成巨大的危害。隨著城市
電氣化鐵路網(wǎng)的快速發(fā)展，電氣化鐵路網(wǎng)不可避免的會有電流
漏入土壤中，這些雜散電流會通過土壤從管道防腐層破損處流
入流出，在土壤和管道間形成回路，而在電流流出的位置會加
速管道本體的腐蝕[1-4]。雜散電流可能使管道短時間腐蝕穿孔
[5-6]，對管道的安全運行危害極大。
雜散電流干擾根據(jù)其干擾源不同可分為直流干擾和交流
干擾。直流干擾源有直流電氣化鐵路、電車裝置、直流電網(wǎng)、直
流電話電纜網(wǎng)絡(luò)、直流電解裝置、電焊機及其他構(gòu)筑物陰極保
護系統(tǒng)等，交流干擾源有高壓交流電力線路設(shè)施和交流電氣化
鐵路設(shè)施等。本文通過對某企業(yè)一處電氣化鐵路引起的雜散電
流腐蝕案例進行分析，對雜散電流的腐蝕機理及防護措施進行
了探討。
1 雜散電流腐蝕機理及防護措施
雜散電流通過鐵路軌道流入土壤，由于土壤具有一定的
導(dǎo)電能力，雜散電流會通過土壤從管道防腐層破損處流入管
道，而當電流從管道某處流出時，在土壤和管道之間形成閉合
回路，發(fā)生電化學(xué)腐蝕[7]。在電流流入管道區(qū)域為陰極區(qū)，對
管道腐蝕影響較小，如果電位太負，陰極區(qū)發(fā)生析氫反應(yīng)，易
造成防腐層剝離。在電流流出管道區(qū)域為陽極區(qū)，發(fā)生氧化反
應(yīng)，鐵由單質(zhì)狀態(tài)向離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變加快，腐蝕加重。管道在不
同環(huán)境土壤介質(zhì)中陰極區(qū)發(fā)生的析氫反應(yīng)和陽極區(qū)發(fā)生的氧
化反應(yīng)見表1[8]。
表1 雜散電流腐蝕發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)
土壤環(huán)境陰極反應(yīng)陽極反應(yīng)
無氧酸性環(huán)境4H++4e-→2H2↑
2Fe→2Fe2++4e- 無氧環(huán)境4H2O+4e-→4OH-+2H2↑
有氧堿性環(huán)境O2+2H2O+4e-→4OH-
一般情況下管道在陰極保護狀態(tài)下，其保護電位應(yīng)至少達
到-0.85V(vs.CSE)， 但不能負于-1.2V(vs.CSE)[9，13]。如保護
電位正于-0.85V，管道往往會未達到陰極保護效果，管體腐蝕
較快。而當管道長期在保護電位負于-1.2V 的狀態(tài)下運行時，
容易使防腐層產(chǎn)生剝離。由于雜散電流對管道的保護電位造成
波動，當保護電位過正或過負，就會對管體的腐蝕有較大的影
響，因此對存在較強雜散電流干擾的管段采取有效的防護措施
是非常必要的。
目前常見的防護措施有以下幾種:
管道在建設(shè)期應(yīng)合理設(shè)計管道走向，盡量避開可能存在的
干擾源；提高干擾區(qū)域管道的防腐層等級，增大回路電阻；安
裝合理有效的排流設(shè)施等。其中常用的排流方法有直接排流、
極性排流、強制排流、接地排流等 [2，10-12]。管道排流效果可通過
排流前后正電位的平均值下降率η 來進行評價[10]，正電位的平
均值下降率η 計算公式見公式(1)。
(1)
式中: η 為排流前后正電位平均值下降率，% ；V 前為排流前
正電位平均值，V ；V 后為排流后正電位平均值，V。
2 檢驗案例
本次對某企業(yè)所屬的一條液化石油氣管道進行雜散
電流監(jiān)測，管道采用犧牲陽極進行陰極保護，管道規(guī)格為
電氣化鐵路雜散電流對埋地鋼質(zhì)管道的腐蝕及防護
張賀宏1，2 張智1，2 王瑋3( 中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029； 2. 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局油氣管道工程
技術(shù)研究中心， 北京 100029； 3. 中國石油大港石化公司，天津 300280)
摘要：電氣化鐵路往往會對埋地管道產(chǎn)生雜散電流干擾。本文對雜散電流腐蝕機理以及一些常用的防護方法進行了闡述。通過對
某液化氣管道的管地電位監(jiān)測發(fā)現(xiàn)電氣化鐵路對其產(chǎn)生較強的雜散電流干擾。安裝排流設(shè)施保護后，管道管地電位波動顯著降
低，雜散電流干擾降低，對管道起到了有效防護。
關(guān)鍵詞：電氣化鐵路; 雜散電流; 管地電位; 排流保護
Corrosion and Protection of Stray Current Induced
by Electric Railway on Buried Steel Pipeline
Zhang Hehong1 Zhang Zhi1,2 Wang Wei3
( 1.China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100029,China; 2.Oil and Gas Pipeline Engineering Research
Center of AQSIQ,Beijing 100029,China; 3.Petrochina Dagang Petrochemical Company,Tianjin 300280,China )
Abstract:The effect of stray current induced by electrical railway on buried steel pipeline always exist.The corrosion mechanism of stray
current and common protection methods were described in this paper.It is found that the electrified railway has a strong stray current
interference on the liquefied gas pipeline though the monitoring of the potential of pipeline to soil.The fluctuation of potential of pipeline
to soil and the stray current interference decreased after the discharge protection which has an effective protection to the buried steel
pipeline.
Key Words:electric railway,stray current,potential of pipeline to soil,discharge protection
-
= %
V V
V
η 前 后 ×100
前
萬方數(shù)據(jù)
設(shè)備運維
126 | 2017年11月 φ159×7mm，管道材質(zhì)為20# 鋼，輸送介質(zhì)為液化石油氣。監(jiān)
測的位置位于管道與電氣化鐵路交叉處。以Cu/CuSO4 作為參
比電極，采用密間隔電位檢測儀(CIPS) 分別對排流前后雜散電
流進行監(jiān)測，監(jiān)測時長為 40 min。
表2 雜散電流干擾程度評價指標
雜散電流干擾腐蝕危害程度弱中強
管地電位波動值/mV ＜50 ≥50～350 ＞350
根據(jù)管道管地電位波動值來判斷雜散電流的干擾程度，干
擾程度評價指標見表2[13]。當管地電位波動值超過200mV 時應(yīng)
采取雜散電流排流保護或者采取其他防護措施。
3 結(jié)果與討論
此檢驗管段位于地鐵橋下方涵洞出口位置，管道由下向上
斜穿，檢測部位示意圖見圖1。此處管道沒有安裝支撐件受力較
集中，可能存在一定的沖刷腐蝕，且此管段振動較嚴重，防腐層
容易出現(xiàn)破損。雜散電流腐蝕易發(fā)生在防腐層破損剝離以及尖
角邊棱的位置。
圖1 管道檢測部位示意圖
經(jīng)過開挖驗證發(fā)現(xiàn)此段管道防腐層多處破損，管體腐蝕嚴
重，且存在大量的腐蝕坑，最大腐蝕坑直徑為φ15mm，測得最
大腐蝕坑深3.7mm，管道防腐層破損及管體腐蝕情況見圖2。
圖2 管道防腐層破損及管體腐蝕情況
排流前后管地電位波動見圖3。從圖3 管地電位波動圖中可
以看出當沒有電氣化列車經(jīng)過時管地電位仍有一定的波動，但
是波動范圍較小，這可能是由于附近其他電力設(shè)施造成的影響。
圖3 管地電位波動圖
當有電氣化列車經(jīng)過時管道的管地電位波動明顯變強，管
地電位波動最大為254mV，雜散電流干擾程度增強。從圖3 還
表明經(jīng)過安裝排流設(shè)施后，管地電位波動顯著降低，此時雜散
電流干擾較弱。排流前后管地電位檢測情況見表3。
表3 排流前后管地電位檢測情況
管地電位/mV
波動值/mV
最小值最大值
排流前-1318 -1064 254
排流后-1210 -1188 22
4 結(jié)語
通過檢測發(fā)現(xiàn)電氣化鐵路對此液化氣管道存在雜散電流
干擾，管體多處防腐層破損，管體存在大量的腐蝕坑，最大腐蝕
坑直徑為φ15mm，可測最大腐蝕坑深為3.7mm。
通過管地電位監(jiān)測發(fā)現(xiàn)當電氣化列車經(jīng)過管道上方時，
管地電位波動明顯加強，其波動值達到254mV，表明電氣化列
車產(chǎn)生的雜散電流對管道產(chǎn)生較強的干擾，從而加速管道的腐
蝕。在安裝有效的排流設(shè)施后管地電位的波動大幅減小，能夠
起到有效的防護。
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