周紅濤 李垚璐

（上海道盾科技股份有限公司，上海 200126 ）

0 引言

近些年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與日俱新，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使能源的消耗也與日俱增，人們的生產(chǎn)和生活對(duì)電力的需求也越來越大，電力設(shè)施也滲透道路各行各業(yè)中，當(dāng)電力設(shè)施與油氣金屬管道交叉和并行時(shí)，通過電阻耦合、電容耦合或電感耦合讓金屬管道產(chǎn)生了交流電壓，交流電壓帶了交流腐蝕，腐蝕的發(fā)生對(duì)金屬管道的壽命和安全產(chǎn)生了影響，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，各個(gè)國家金屬行業(yè)的腐蝕破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失占本年國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的1%～4%，隨各國不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)不同和腐蝕控制水平而不同。腐蝕不僅帶來了經(jīng)濟(jì)問題，也是對(duì)資源的浪費(fèi)，并且為工業(yè)安全帶來了嚴(yán)重的影響。

1 排交流緩解方案詳情

1.1 交流緩解措施比選

埋地金屬管道與交流高壓輸電線路的交叉并行后通過電阻耦合、電容耦合或電感耦合讓金屬管道產(chǎn)生了交流電壓，對(duì)此的防護(hù)措施有以下幾種：

（1）埋地金屬管道與高壓輸電線路的距離增加，盡量大于塔高；

（2）在埋地金屬管道與干擾源之間安裝交流排流裝置；

（3）在受交流干擾段管段上兩側(cè)安裝絕緣接頭。

1.1.1 增加埋地金屬管道與高壓輸電線路的距離

GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，埋地管道與高壓交流輸電線路的距離宜符合下列要求：

（1）在不受限的空間，金屬管道與高壓輸變電線路桿塔塔基的垂直距離宜不小于桿塔高度；

（2）在受限的空間，金屬管道與交流輸變電系統(tǒng)的接地極最小垂直距離不宜小于表1的規(guī)定。在采取故障屏蔽、接地、隔離等防護(hù)措施后，表1規(guī)定的距離可適當(dāng)減?。?/p>

表1 埋地管道與交流接地體的最小距離（m）

（3）金屬管道與110kV及以上高壓交流輸電線路的交叉角度不宜小于55°。在不能滿足要求時(shí)，宜根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行管道安全評(píng)估，結(jié)合防護(hù)措施，交叉角度可適當(dāng)減小。

1.1.2 管道上安裝交流排流措施

幾種常用的接地方式如表2所示。

表2 交流排流常用的接地方式

1.1.3 在管道上安裝絕緣接頭

在長距離干擾管段的兩側(cè)安裝絕緣接頭，將受交流干擾的管段與未受交流干擾的管段實(shí)現(xiàn)電絕緣，可以有效的保護(hù)未受交流干擾的管段，對(duì)受交流干擾的管段繼續(xù)采取安裝排流措施。

1.2 交流緩解措施選擇

擴(kuò)大埋地金屬管道與高壓輸電線路的距離多應(yīng)用在管道施工前或沿線電力線路建設(shè)前，如果已投用，具體實(shí)施難度較大；采用管道上安裝絕緣接頭的方式需要停工停產(chǎn)，整體造價(jià)較高，并且交流電易產(chǎn)生翹邊現(xiàn)象，即絕緣接頭兩側(cè)產(chǎn)生較高的電壓，容易對(duì)測(cè)試人員產(chǎn)生帶來危害。管道上安裝交流排流措施是目前應(yīng)用比較多且效果比較明顯的方式，但排流接地有多種形式，本文結(jié)合管線所在的地理環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)因素，采用固態(tài)去耦合器+網(wǎng)狀地床的方式進(jìn)行排流。

2 交流干擾緩解地床設(shè)計(jì)

交流緩解地床采用鍍鋅扁鋼模塊加固態(tài)去耦合器，地床尺寸為12×12m，距離管道大于2m，埋深1.5m，盡量保證與管道同深，如安裝多組地床時(shí)，地床之間間距大于5m，如地形受限，可適當(dāng)調(diào)整。地床材料為熱鍍鋅扁鋼，型號(hào)：40×4mm，地床的每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝一支1m長的垂直接地極，垂直接地極為熱鍍鋅角鋼，型號(hào)：50×50×5mm，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)狀地床示意圖

3 案例介紹

3.1 工程概況

某原油管長205km，規(guī)格為Φ377×7mm、材質(zhì)為X52，采用石油瀝青防腐層。陰極保護(hù)選用外加電流保護(hù)系統(tǒng)，共設(shè)有7座陰保站，管線沿途與高壓輸電線路多次交叉并行。根據(jù)GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《管道陰極保護(hù)系統(tǒng)和雜散電流干擾腐蝕調(diào)查與評(píng)價(jià)檢測(cè)評(píng)價(jià)報(bào)告》，管道共檢測(cè)交流干擾195處，評(píng)價(jià)交流干擾 “弱”等級(jí)有147處，評(píng)價(jià)交流干擾“中”等級(jí)有43處，評(píng)價(jià)交流干擾“強(qiáng)”等級(jí)有5處。本次針對(duì)檢測(cè)中交流干擾判定為“強(qiáng)”（交流電流密度大于100A/m2）的點(diǎn)進(jìn)行排流緩解措施，確定采用固態(tài)去耦合器+網(wǎng)狀地床的排流方式。

3.2 排流目標(biāo)

在管道所在地的土壤電阻率高于25Ω.m時(shí)，交流電流密度小于60A/m2；在管道所在地土壤電阻率低于25Ω.m時(shí)，管道交流電壓任何時(shí)候都不能超過4V。

3.3 交流防護(hù)地床設(shè)計(jì)計(jì)算

參考PRCI Catalog No.L51835e《交流緩解與預(yù)測(cè)技術(shù)》，防護(hù)處理后交流干擾電壓應(yīng)小于4V，我們以排至2V為標(biāo)準(zhǔn)。

（1）排流地床計(jì)算：

根據(jù)：

Vmit為排流的目標(biāo)電位，V；

V0為交流干擾電壓，取實(shí)際值V；

|Z|為管道的特征阻抗，Ω；

R為地床的接地電阻，Ω；

而|Z|與管道防腐層及管道接地電阻有關(guān)，短距離內(nèi)不會(huì)有很大變化。既而我們選取一個(gè)點(diǎn)做測(cè)量，先計(jì)算出|Z|，進(jìn)而可得所需排流地床的電阻。

在管道邊打一接地極作為臨時(shí)排流地床用，將該地極接到管道上，可以測(cè)出斷開和合上該地極，管道對(duì)參比電極（Cu/CuSO4）的交流電壓V0及Vmit，同時(shí)用三極法可測(cè)得該接地極的接地電阻R地極。

由式（1）可得：

求得目標(biāo)地床電阻R地床：

又：

R為水平地床接地電阻，Ω；

ρ為土壤電阻率，Ω·m；

L為接地極長度， m；

h為接地極埋深，取1.2m；

d為接地極直徑，取0.15mm。

ρ采用四極法測(cè)得，將0.83R地床帶入式，可得接地極長度L。

根據(jù)式（2），計(jì)算將交流干擾電壓降至≤2V時(shí)所需的緩解地床的接地電阻，然后根據(jù)式（2）計(jì)算所需緩解地床的數(shù)量。

水平接地極為主邊緣閉合的復(fù)合接地極（接地網(wǎng)）的接地電阻計(jì)算：

式中：

Re為等效（即等面積、等水平接地極總長度）方形接地網(wǎng)的接地電阻（Ω）；

S為接地網(wǎng)的總面積（m2）；

d為水平接地極的直徑或等效直徑（m）；

h為水平接地極的埋設(shè)深度（m）；

L0為接地網(wǎng)的外緣邊線總長度（m）；

L為水平接地極的總長度（m）。

交流雜散電流緩解方案地床安裝位置及數(shù)量如表3所示，共計(jì)16處位置安裝緩解地床，需排流地床16個(gè)。

表3 交流干擾緩解地床計(jì)算

3.4 設(shè)備性能參數(shù)（如表4所示）

表4 固態(tài)去耦合器技術(shù)參數(shù)

3.5 排流效果測(cè)試

工程實(shí)施完成，排流系統(tǒng)穩(wěn)定的工作1個(gè)月后，利用UDL2數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行24h連續(xù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

由表5可看出，排流后的交流電壓均小于4V，交流密度均小于30A/m2，達(dá)到預(yù)期排流目標(biāo)。

表5 排流效果測(cè)試

4 結(jié)語

（1）固態(tài)去耦合器+網(wǎng)狀地床排流方式應(yīng)用面廣，適用多種環(huán)境；

（2）網(wǎng)狀地床占地集中，易于協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)效 益高；

（3）網(wǎng)狀地床施工區(qū)域小，易于監(jiān)護(hù)，第三方破壞的可能性降低，安全系數(shù)高；

（4）網(wǎng)狀地床接地電阻極低，排流效果非 常好。