趙 承 馮其棟 范列朋

（1.杭州市燃氣集團有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州天然氣有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引言

管道的服役安全對于保障燃氣供應，避免風險隱患至關重要。小區(qū)內燃氣管道因其腐蝕影響因素較多，發(fā)生泄露后直接威脅到人民的生命財產(chǎn)安全，而受到各地政府的重視[1]。杭州是華東地區(qū)繼上海、南京、蘇州之后的第四個開通地鐵的城市，地鐵線路在市區(qū)通常會在多個地點與埋地燃氣管道相交或平行，杭州燃氣集團在所轄燃氣管道日常檢測中多次發(fā)現(xiàn)地下車庫上方埋地燃氣管道存在明顯的雜散電流腐蝕特征，個別部位甚至造成了腐蝕穿孔。以杭州和諧嘉園小區(qū)進調壓器中壓鋼質燃氣管道為例，該管道位于地下車庫上方，距最近地鐵站點200m，投運時間為2012年8月，按照該段管道建設時期的工程設計要求，該段管道遠未達到涉及壽命[2]。但杭州燃氣集團在例行的風險評估檢測中，發(fā)現(xiàn)在不足200m的管道上存在3個I類防腐層破損點和1個II類防腐層破損點，最深腐蝕坑深經(jīng)測量在4mm左右。為確認燃氣管道否存在雜散電流影響，該雜散電流是否來自于地鐵直流雜散電流干擾，本文對該小區(qū)燃氣管道土壤電位梯度和管地電位進行了測試分析[3,4]，初步查明了管道腐蝕原因并提出了下步的整改措施。

1 檢測分析

1.1 管地電位測試

測試中為消除由于土壤電阻存在引起的IR降，采用了試片斷電法，由試片與參比電極（CSE）電位代表管道電位[5,6]。在管地電位測試中，采用繼電器進行3s斷12s通連續(xù)循環(huán)，獲得管道通斷電電位并進行對比?，F(xiàn)場測試中使用自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，4017采集模塊1個，采集頻率1Hz；并采用無線遠傳設備進行高頻數(shù)據(jù)采集，采集頻率100Hz。

現(xiàn)場布置如圖1所示，靠近西門處管道測試樁作為管道引出線，沿小區(qū)內部綠化帶向東依次布置4處測點，間隔分別為19m、30m和28m，并埋設4個埋地試片。

為消除現(xiàn)場IR降影響，采用極化試片斷電法進行管地電位測試，為使埋地試片有充分的時間極化，從中午開始將試片與管道導通，管地電位有效數(shù)據(jù)采集時間段為16:00至次日00:26，通斷電測試開始時間為19:30左右，測得該小區(qū)通管地通斷電電位數(shù)據(jù)。

1.1.1 通電電位數(shù)據(jù)變化

通過測試分析，地鐵運行期間電位正負波動較大，幅值變化范圍1點-0.6～0V、2點-0.6～0.1V、3點-0.6～-0.1V、4點-0.8～0.4V之間，23:20地鐵停運后，電位變化趨于平緩，管道受到來自于地鐵的雜散電流干擾。圖2所示為測點1～4管地通電電位隨時間變化圖，各測點通電電位變化趨勢相同，波動幅值范圍相近。

地鐵運行時段內，各點電位平均正偏值在0.03V～0.07V之間，均高于標準20mV判定，但低于標準0.1V防護要求。隨著地鐵運行結束，各點管地電位正偏、負偏平均值均迅速減小，管道受到來自于地鐵雜散電流干擾。測點4管地電位平均值遠負于其他三點，4點管地電位小時平均正偏最小，平均負偏最大（如表1所示）。經(jīng)調研附近有犧牲陽極埋設，從空間位置上，測點4距離錢江路站最近，考慮電流流入點的可能。

表1 各測點管地電位-通電電位小時平均值、平均正偏、平均負偏變化

1.1.2 斷電電位數(shù)據(jù)變化

地鐵運行期間各點管地電位（斷電電位）如圖3所示，各測點均發(fā)生不規(guī)律明顯正偏瞬時波動，波動峰值200mV左右，管地電位負偏不明顯；24:00以后，地鐵軌道斷電后，管地電位平穩(wěn)，管道受到疑似來自于地鐵的雜散電流干擾。

同通電電位，將測試數(shù)據(jù)按時間及地鐵運行進行分段，取地鐵停運后管地電位作為背景值，分別對各時段內管地電位平均值，地鐵運行時段管地電位相對于背景值的平均正偏、平均負偏進行計算，結果如表2所示。

表2 各測點管地電位-斷電電位小時平均值、平均正偏、平均負偏變化

隨著地鐵由正常運行直至停運，地鐵雜散電流影響減弱，各測點管地電位平均值逐步負移，各測點小時正偏平均值、負偏平均值均在0.01～0.04V之間，高于標準20mV要求，除測點4管地電位正負偏均存在較大變化外，其余3點正偏變化明顯，電流流出管道為主，地鐵運行期間存在雜散電流干擾，隨地鐵運行狀態(tài)變化，存在腐蝕風險。

測點4管地電位背景值遠負于其余各點，且管地電位負偏明顯，正偏值及正偏概率均遠小于其余各點，如圖3所示。經(jīng)調研，4處存在一處犧牲陽極，從空間位置上看，4點更接近地鐵錢江路站，受軌地電位變化，管地電位正負波動，其余三點逐步遠離地鐵站。

1.1.3 通-斷電電位數(shù)據(jù)對比

考慮到地鐵運行期間土壤中存在雜散電流，加之管道犧牲陽極保護電流影響，為消除測試過程中的干擾，本文采用試片斷電法進行通斷電對比測試，將24點地鐵停運后各點通電電位與斷電電位進行匯總整理（如表3所示）。所測管道管地電位通斷電數(shù)值存在0.1V左右差別。

表3 地鐵停運后管地電位通-斷電電位差值(V)

正常情況下，因為犧牲陽極保護電流的存在，土壤電流流入管道，管道通電電位測量中包含了IR降，相比于斷電電位數(shù)值會更負一些，但現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表明，所測管道斷電電位負于通電電位，說明土壤中存在雜散電流且雜散電流是由管道流出，與管地電位測試結果相吻合。

1.2 土壤電位梯度測試

通過雙參比電極法在沿管線方向和垂直管線方向布置兩組參比電極，通過兩組參比電極電位差矢量和求得土壤的電位梯度。電位梯度大小與雜散電流成正比，方向與雜散電流相同。

土壤電位梯度測點，如圖4所示，采用低頻1Hz測試，假定垂直管道方向自東北流向西南為正方向、平行管道方向自西北流向東南為正方向。數(shù)據(jù)有效采集時間為16:00至次日00:26。

經(jīng)測試，平行管道方向電位梯度變化較為平穩(wěn)，由-3.6mV/m逐步下降至-7mV/m，并保持平穩(wěn)，在地鐵運行時段有小幅波動，波動幅值較小，小時平均偏移值在0.3～2.5mV/m范圍內；垂直管道方向電位梯度16:00～21:20時段，電位梯度5mV/m增大至15mV/m，波動比較劇烈，小時平均偏移在3 m V/m 左右；2 1:2 0 之后，電位梯度瞬時下降為-5mV/m附近，并保持較平穩(wěn)變化，并于23:20后恒定于-3.8mV/m（如表4、圖5所示）。電流方向：垂直管道方向背離管道，由管道流出，平行管道方向背離地鐵站。

表4 管道附近土壤電位梯度小時平均值、小時平均正偏、負偏數(shù)據(jù)匯總表

3 結語

綜合以上數(shù)據(jù)分析，所測管道受到地鐵雜散電流干擾，地鐵運行期間與管地電位、電位梯度具有對應性。通過各測點管地電位變化對比與土壤電位梯度的測試，距離地鐵站較近測點4為雜散電流流入點，其余三點為電流流出點，同時通過地鐵停運后各點通電電位與斷電電位數(shù)值存在0.1V左右差別，管道斷電電位負于通電電位，管道處于電流流出區(qū)，處于腐蝕環(huán)境中?；谝陨辖Y論，在全面修復防腐層破損點的同時，杭州燃氣擬通過在電流流入陽極處增加極性排流裝置以阻止地鐵雜散電流的流入，其次在電流流出區(qū)加裝犧牲陽極進行排流，后續(xù)將采取針對性的檢測以驗證措施的有效性。