隨著城市的迅速發展，地鐵線路陸續規劃開通、高壓輸電線陸續建設，越來越多的油氣管道投入使用，各線路不可避免會發生平行或交叉。近年來，很多研究者發現，軌道交通和高壓線會對埋地管道產生雜散電流，管道破損點的腐蝕風險增加[1-8]。同時關于雜散電流對管線腐蝕行為規律、機理等方面的研究報道也日益增多[9-13]，例如在地鐵運行條件下，管道通電電位和斷電電位在日間均大幅波動，在夜間均呈現平穩狀態，偏移情況與地鐵運行頻次高度或顯著相關[9]。高壓輸電線路會形成交流雜散電流，在以農田為主的地形環境中，采用網狀地床可以起到明顯排流作用，有效降低交流電壓[11]，研究成果能夠有效指導管線腐蝕監測和防護。 

筆者以某城市埋地輸氣管線為研究對象，結合雜散電流干擾及治理的情況，對全線陰保樁的測試數據以及開挖驗證發現的防腐蝕層破損點腐蝕數據進行分析，以期通過分析管道全線陰保狀態，為后續管線安全運營提供指導。 

1.   干擾源調查及治理

某城市埋地輸氣管線投產于2006年，全長78 km，輸送介質無腐蝕性。綜合考慮歷史內檢測、外檢測結果以及開挖環境因素等，選取缺陷點開挖驗證，共發現41處防腐蝕層破損，伴隨著本體呈現不同程度的腐蝕現象。 

投產至今，管道沿線陸續安裝了131處陰保測試樁，每季度采集一次陰保數據，結果表明管道受到一定程度的雜散電流干擾。根據雜散電流干擾調查情況，管道的干擾源包括直流干擾源和交流干擾源，其中直流干擾源主要為地鐵（于2010年開始陸續運行），交流干擾源主要為高壓交流輸電線，干擾源與管道存在多處交叉和并行，如圖1所示。 

圖  1  管道與干擾源的分布示意圖

Figure  1.  Distribution of pipeline and interference source

根據調研結果，2017年底，該管道采取新增陰保站和增加排流點等措施以減緩管道的雜散電流干擾，新增1號陰保站（78#測試樁位置）在地鐵干擾時段采用恒流模式，地鐵非干擾時段采用恒位模式[8]；新增2號陰保站（閥室E）采用恒壓模式運行，整改工作于2018年6月完成，測試結果表明，管道達到有效的陰極保護。以34#測試樁（閥室A和閥室B之間）的測試數據為例，經過整改，管道斷電電位波動變小，最大波動范圍由2017年2季度的0.5 V變為2018年4季度的0.34 V，交流電流密度實測值呈現下降趨勢，同時，腐蝕速率明顯下降，目前ER探頭測得最小腐蝕速率為0.001 2 mm/a，且在小范圍內波動，如圖2所示。 

圖  2  34#測試樁的測試結果

Figure  2.  Test results of test pile No.34: (a) power-off potential; (b) interference caused by scattered current; (c) corrosion rate

2.   腐蝕情況分析

2.1   陰保樁的日常檢測數據

每季度采集的數據是不斷變化并趨于穩定的，按公式（1）~（4）統計陰保有效性和雜散電流干擾不同程度的頻次等數據。 

由圖3可見，經過整改，測試管段欠保護率顯著下降，最新檢測顯示全線無欠保護樁，表明整改措施有效。此外，過保護率大幅上升，過保護率超過50%的占全線總測試樁的22.9%，這是由于直流雜散電流干擾太嚴重。為保證全線管道得到有效陰極保護，調整恒電位儀并進行極性排流。 

圖  3  整改前后，測試管段的陰極保護欠保護率和過保護率

Figure  3.  Underprotection rate (a) and overprotection rate (b) of cathodic protection of the pipeline section before and after rectification obtained from

由圖4可見：測試管段的交流干擾較輕微，絕大多數檢測數據表明電流密度<30 A/m2（安全范圍），僅16#測試樁在某一季度測得電流密度為45.4 A/m2（中等干擾），中等及以上干擾的測試樁占比9%，表明治理前干擾問題不顯著。治理后，中等（30~100 A/m2）和強干擾（≥100 A/m2）的測試樁數量明顯增加，49#和97#測試樁干擾最強烈。現場排查發現，新增干擾源（如高壓線路、軌道交通等）是導致干擾加劇的主因，數據變化與實際環境高度吻合，驗證了檢測的敏感性。 

圖  4  整改前后，測試管段的交流干擾程度

Figure  4.  The degree of communication interference experienced by the pipe section before and after rectification: (a) the proportion of communication interference level in the middle; (b) the proportion of communication interference level in the strong

2.2   防腐蝕層破損點

開挖驗證結果表明：腐蝕坑和腐蝕產物均出現在雜散電流治理前，治理后僅發現少量浮銹，且后續檢測未發現明顯新增或生長的腐蝕缺陷。由圖5可見，腐蝕坑和腐蝕產物零散分布于25~30 km、35~40 km、50~60 km和75~80 km處管段，未集中出現于特定管段，其分布特征可能與分散的干擾源（交叉或并行段）相關。 

圖  5  管道開挖情況及干擾源分布

Figure  5.  Pipeline excavation situation and distribution of interference

2.3   腐蝕坑

2處腐蝕坑均是雜散電流治理前開挖發現的，基本情況詳見表1。治理前，80#樁電位為-1.273 4~-0.461 2 V，82#樁的電位為-1.347 4~-0.516 7 V，電位波動較大，表明管道受到一定程度的直流雜散電流干擾；交流電流密度實測值均小于30 A/m2，交流干擾程度弱。腐蝕形貌均為局部腐蝕，呈現為光滑且邊緣較整齊的圓形腐蝕坑，為典型的雜散電流導致的腐蝕特征[1]。因此，分析判斷腐蝕坑是因為直流雜散電流干擾。治理后，電位波動明顯減少，管道受到有效保護。 

表  1  腐蝕坑基本情況

Table  1.  Basic information of pits

3.   結論

管道表面的腐蝕坑是由于直流雜散電流干擾，采取新增陰保站和增加排流點的措施可以減緩管道的雜散電流干擾，一旦周圍出現新的干擾源，管道的檢測數據會發生明顯變化。因此，分析管道的腐蝕數據可以更有效地指導管線的腐蝕監測與防護，為全線管道的有效運行提供科學依據，深入挖掘數據具有重要意義。

文章來源——材料與測試網