摘　要：結合廣東省天然氣管網建設情況，分析地鐵直流雜散電流對埋地金屬燃氣管道的腐蝕影響，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。

關鍵詞：地鐵雜散電流  埋地金屬燃氣管道  腐蝕防護

Protection of Buried Gas Pipeline from Metro Stray Current Corrosion

Abstract：Combined with the construction situation of natural gas pipe network in Guangdong Province，the corrosion influence of metro DC stray current on buried metal gas pipeline is analyzed．The protection measures of buried metal pipeline from electrochemical corrosion of DC stray current are put forward．

Keywords：metro stray current；buried metal gas pipeline；corrosion protection

1　廣東省天然氣管網建設

西氣東輸二線全面竣工投產，為廣東省天然氣工程提供了充足的氣源保障，進一步掀起了天然氣管網建設熱潮。天然氣管網有可能受到日趨完善的城市電氣化軌道系統如地鐵線路形成的雜散電流的影響，導致埋地金屬管道腐蝕。如果未做好相應的防護措施，將造成天然氣泄漏、爆炸等嚴重后果。

廣東省是能源消耗大省，能源供應緊張，環保壓力大；同時，產業結構轉型、節能減排等對廣東省能源結構調整、環保清潔能源天然氣的工程建設提出了新要求。

2012年12月30日，來自中亞的天然氣經由西氣東輸二線最后一條投產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，為廣東省天然氣管網的建設注入了薪鮮血液。根據2009年11月廣東省政府頒布實施的《廣東省油氣主干管網規劃(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，新建管道總長約3200km，總造價約458×10⁸元，屆時將大大提高全省天然氣氣化率。根據規劃，建設廣東省天然氣全省一張網，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入粵協議輸送的天然氣；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系統的安全性、可靠性。

廣東省天然氣管網建設將以“全省一張網”為目標，逐漸實現清潔能源建設，以下列舉幾個主要項目。

①廣東省天然氣管網一期工程

廣東省天然氣管網一期工程主干管網全長448km，通達廣州、佛山、東莞、惠州、清遠、肇慶、韶關等地市，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l60×10⁸m³／a，設計壓力為9.2MPa，項目總造價為62.46×10⁸元。

②珠海LNG配套管道工程

依托珠海LNG項目，配合荔灣3-1氣田天然氣登陸，建設謄接珠海、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300km，設計壓力為9.2MPa。此項目于“十一五”期讓開工，“十二五”期間繼續推進。

③川氣入粵工程

配合中石化川東北氣田開發，建設川氣入粵工程，全長為180km，管徑為l219mm，設計壓力為9.2MPa，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，延長與珠三角天然氣管網的銜接。全長為710km，設計壓力為9.2MPa，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，延長與珠三角天然氣管網銜接。全長為695km，設計壓力為9.2MPa，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。廣州地鐵現已開通的線路有l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236km(包括廣佛線廣州段)，遠期規劃里程為600km。

伴隨著廣東省天然氣管網的建設，大量的鋼質燃氣管道埋入地下，這些埋地金屬管道不可避免地會與地鐵線路發生相鄰或交叉敷設的狀況，而地鐵系統產生的雜散電流會對這些地下金屬管道產生嚴重的干擾、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　地鐵雜散電流的產生^[1-2]。

城市地鐵的運行離不開牽引供電系統，我國地鐵牽引供電系統一般采用直流電力牽引的形式，牽引供電系統是將交流中壓35、20、10kV經降壓整流變成直流l500V或750V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由牽引變電所、牽引網、電力機車等組成，其中牽引網由饋電線、接觸網、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。

在地鐵系統運行期間，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入土壤中，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，這一區域稱為陰極區，處于陰極區的管道一般不會受到腐蝕，若陰極區的電位過負時，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，金屬以離子的形式溶于周圍介質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^[3-9]

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孔，發生燃氣泄漏事故；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)地鐵途經白云機場，開通以來，對白云機場內部埋地航油管道干擾嚴重，使管道陰極保護系統不能正常運行。

3　雜散電流的檢測及評價

現在常用的雜散電流檢測技術主要有土壤電位梯度檢測技術、電流測量技術、管地電位連續動態檢測技術以及智能雜散電流檢測技術(SCM)等。智能雜散電流檢測儀就是基于SCM開發的一種儀器，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^[4-5]。

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20mV或管道附近土壤的電位梯度大于0.5mV／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l00mV或管道附近土壤的地電位梯度大于2.5mV／m時，應采取排流保護或其他防護措施^[6]。

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土壤的性質關系不大，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^[1]

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構的腐蝕防護與監測設施，并作為工程驗收的內容。施工過程中，應及時逐段檢查施工質量，保證達到技術標準。

①地鐵牽引供電系統

在采用走行軌回流的直流牽引供電系統中，接觸網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，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，其根數不應少于2根，且耐壓等級不應低于工頻5kV。地鐵結構鋼筋、自來水管及電纜金屬外鎧裝殼等金屬管線結構，與回流走行軌和電源負極間不應有直接的電氣連接。應嚴格執行CJJ49—1992((地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》的相關規定，設置極性排流防護系統等。

②地鐵走行軌回流系統

根據CJJ49—1992《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》的相關規定，兼用作回流的地鐵走行軌與隧洞主體結構(或大地)之間的過渡電阻值(按閉塞區間分段進行測量并換算為lkm長度的電阻值)，對于新建線路不應小于l5W·km，對于已運行線路不應小于3W·km，木質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30mm。地鐵的隧洞襯砌結構和鋼筋結構不應兼作他用。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構之間，應具有良好的絕緣。道岔轉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，以保證列車能駛出停車位置。軌道和金屬結構、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，必須做好結構的防水、結構金屬與電力系統設施的絕緣，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^[3-7]

4．2．1  常用的防護措施

①合理選線

根據沿線雜散電流源的勘察結果，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。或對受雜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，減輕干線的腐蝕。

②增加回路電阻

根據燃氣的品質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，需按有關標準進行干擾源側及管道側測定，根據具體情況確定方案。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。

直接排流：管地電位偏移穩定在正方向，可采用此保護措施。通過導線將管道和干擾源側的負極直接連通，將管道牛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，當管道上出現正電位時可把管道中的雜散電流排出，出現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。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，使管道內的雜散電流通過接地體流入大地，進而流回干擾源，以實現排流目的。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l80m的擬建調壓站，向北沿京珠高速公路與地鐵4號線平行敷設，沿途經過地鐵4號線石暮站，在石暮站北側約29m及499m處、南側約697m處3次穿越地鐵四號線“新造—石暮—海傍”區間高架橋，止于規劃蓮花大道南側，全長約5.598km，規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，對管道產生間斷直流干擾影響，其結果將直接導致管道發生嚴重的電解腐蝕，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，結合以往經驗，計劃針對流經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^[6-8]

因本工程管道設計壓力為次高壓，管材選用鋼質管道，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域，縮短雜散電流的腐蝕長度。

③穿越段管道兩端分別安裝l～4組(組數根據穿越管道的長度決定)單向極性排流器和犧牲陽極的聯合系統，通過該系統把雜散電流排入土壤，避免雜散電流對管道的腐蝕。聯合系統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，如出現腐蝕現象，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內襯法、尼龍管內插法、緊貼內壁法等，其中比較常用的翻轉內襯法的工作原理是將里側已涂膠的內襯套管翻吹進管道，與管道內壁粘結形成內襯保護層。

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排出，從而減少了管道的電解腐蝕。

5　結語

廣東省天然氣管網建設在符合城市整體規劃的同時，也要針對發達的交通系統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合理規劃天然氣管網路線，盡量避開地鐵等城市電氣化交通系統，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系統，采取統一防護與動態監控、綜合管理相結合措施，提高對雜散電流電化學腐蝕防護措施的經濟性、有效性。

③加強天然氣管網實時監測，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生。

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本文作者：趙英新  單魯文

作者單位：中交煤氣熱力研究設計院有限公司