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【摘 要】土壤中的杂散电流会引起钢管的腐蚀，它从埋地钢管的一端流入，又从另一端流出，流入点为阴极，流出点为阳极，导致钢管腐蚀。管道腐蚀量与杂散电流的强度成正比。这种杂散电流腐蚀减少了埋地钢管的使用寿命，降低了管道的耐久性和强度，有时甚至会造成灾难性的事故。本文讨论了杂散电流对城市地下燃气管网的危害，并给出了较为详细的减少杂散电流及其防护的方法。
【关键词】城市地下燃气管网杂散电流；防护；监测
Stray current urban underground gas pipeline corrosion and protective measures
Jiang Zhong-wei1,Zhao Chen-lei2
(1.Hangzhou Urban Construction Design Institute Co., Ltd. Hangzhou Zhejiang 310000;
2.Hangzhou Sebo Automatic System Co., Ltd Hangzhou Zhejiang 310000)
【Abstract】The soil can cause stray current corrosion of steel pipe, steel pipe it from one end buried into the ground, and from the other end of the outflow, the inflow point of the cathode, anode point out, leading to pipe corrosion. The amount of pipeline corrosion and stray current is proportional to the intensity. This stray current corrosion of buried steel pipe to reduce the service life and reduce the durability and strength of the pipeline, and sometimes even cause catastrophic accidents. This article discusses the city of stray current on the dangers of underground gas pipe network, and gives a more detailed and protection to reduce the stray current method.
【Key words】Underground gas pipe network stray current; protection;Monitoring
1. 管道腐蚀原因
从管道腐蚀现象看，比较集中为穿孔腐蚀，也有一少部分是均匀腐蚀。结合腐蚀机理，不难看出电化学腐蚀是地埋管道腐蚀的主要原因，细菌腐蚀和纯化学腐蚀也不同程度地存在。
（1）直流杂散电流腐蚀是城市地埋管网腐蚀的主要原因。它从埋地钢管的一端流入，又从另一端流出，流入点为阴极，流出点为阳极，导致钢管腐蚀。杂散电流的强度与管道腐蚀量成正比。一般壁厚7~8 mm钢管在杂散电流作用下5个月左右，就可能发生腐蚀穿孔，其速度大大超过自然腐蚀，是造成管道腐蚀穿孔的主要原因。杂散电流的作用范围很大，影响可达几千米，由外部电流源引起的杂散电流，腐蚀的发生又往往是随机而变的。因此杂散电流干扰又称为动态干扰。杂散电流可以通过管地电位的偏移和地电位梯度来判断，如阴极保护系统。当管道任意一点上，管地电位较自然，电位正向偏移20 MV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于0.5 MV/m时，确认为直流。当管道任意一点上管地电位较自然电位正向偏移100 MV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于2.5 MV/m时，管道应及时采取直流排流保护或其它防护措施。
直流杂散电流腐蚀主要是由于各种车辆产生的静电，各种用电设备接地导线、高压变电接地、各种避雷接地、三线一地、二线一地的接地所产生地下电子流通过燃气管道形成回路系统，通常电子流从土壤进入燃气管道的地方带有负电，称阴极区，若阴极区的电位过负时，管道表面上析出大量的氢，造成防腐绝缘层老化、剥落。当电子流由管道的某一绝缘层损坏处流出时，管道带有正电，这一区域称阳极区，处于阳极区的管道，钢管以铁离子的形式溶于周围介质中，形成集中穿孔。如某小区三相四线制接地导线10处，避雷接地导线12处，地下电缆纵横6根穿过，两线一地制接地线3处，电流达几十安培，有关资料表明雷电的瞬间电压可达300～500千伏，电流可达200千安以上，而实践证明在10千伏电压下，350安电流作用1秒钟后，壁厚6毫米管线将被击穿。
(2)交流杂散电流是管网腐蚀的另一个主要原因。当管道接近或长距离平行于电力线路时，高压电力线将在附近埋地钢管上感应产生二次交流电，出现很高的感应电压，管道周围土壤间产生可达几伏或几十伏的电位差。从而，形成腐蚀原电池。交流杂散电流的腐蚀比直流杂散电流腐蚀速度快，更易形成小孔腐蚀。
杂散电流腐蚀减少了埋地管线使用寿命，降低埋地钢管的耐久性和强度，有时甚至造成灾难性的事故；同时造成一定的经济损失。
(3)异金属接触产生的腐蚀原电池、钢管本身成分含量复杂产生的原电池、氧浓差产生腐蚀原电池、盐浓差腐蚀原电池也不同程度的存在。
(4)细菌腐蚀的存在可能性很小，即使存在也和其他腐蚀同时发生。
2. 杂散电流的防护
2.1 绝缘隔离、分区治理。
根据管道的实际情况，在管道中间装设绝缘装置将管道进行隔离，即管道可用绝缘法，以切断各区域之间的金属连接，防止杂散电流的流入及在各区域之间传导和感应。
阴极保护管路上的绝缘装置有多种形式，多用于管道的有绝缘法兰和绝缘接头，绝缘法兰必须架空，绝缘接头可直埋入地。安装绝缘件会出现两个问题，一是如何保护绝缘装置不受强电电涌的破坏，目前绝缘接头有整体自放电型和无自放电装置两种，对整体自放电绝缘接头由于内部有释放高压的装置，可省去具有相同功能的接地电池。二是如何防止非保护管路不受阴极干扰而加速腐蚀，接地电池有减少管外壁阴极干扰强度，即减少保护段与非保护段之间的电位差，但是在非保护段连接的锌棒消耗较快，寿命较短，一旦消耗殆尽，保护段通电电位与非保护自然电位之间的电位差会更加大，因非保护段电位正，会从非保护段流出较大的阳极腐蚀电流而加快非保护管段的腐蚀。这种腐蚀与电流离开管壁进入电解质的电流强度与管壁腐蚀率成正比。(1MA/Cm2的阳极电流密度相当于12mm/年的铁损耗)。解决办法：要求绝缘装置两侧各10m内的管外壁应做特加强防腐层，以减轻阴极干扰对非保护侧管道的腐蚀。此外，未保护侧仍需安装一支牺牲阳极以减轻绝缘装置两端电位差造成的阴极干扰。
2.2 牺牲阳极的应用。
阴极保护采用牺牲阳极方式，一般用于下列场合：电流需要量较小，一般小于1A，土壤电阻率足够低，一般低于100Ωm的区域，可用适当数量阳极获得所需保护电流，如果需要的保护电流较大，一般大于1A，外加电流系统就比较经济，除非当地条件不允许，或供电有问题。良好管道涂层，土壤长年潮湿的地方，牺牲阳极能容易满足其电流需求。外加电流阴极保护良好涂层管道上个别处保护电流不能达到的地方，也可通过牺牲阳极的方法来满足。
2.3 3层PE管的优越性。
当前管道防腐覆盖层当中，PE三层是诸多涂层种类中性能最优的一种，它不但有良好抗机械性能，而且有良好抗腐蚀性能和抗阴极剥离性能。在与阴极保护配合中又大大降低阴极保护电流密度，从而降低阴极保护的投资。从众多实例中证实，对新建PE管陆地管线所需保护电流密度每平方米在几个微安到十几个微安，海水管线所需保护电流密度约几百微安，大大低于其它防腐层。
2.4 外加电流阴极保护。
外加电流阴极保护国外大多用整流器，因土壤介质，湿度变化不频繁，用整流器完全满足阴极保护的要求。它结构简单、便于维修、价格便宜。恒电位仪适用介质经常变化如海洋潮汐及有杂散电流干扰的保护，况且恒电位仪必需靠长效参比电极反馈信号，如果参比电极不准会影响恒电位仪的输出，因此建议设计中优先考虑用整流器。
3. 结论
“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强监测”。从系统上来讲，目前杂散电流防护设计方法可分为3类：一是控制杂散电流产生的源头，减少杂散电流产生的数量，即是“堵”的方法。二是对已产生的杂散电流采取排流或其它方法减少其腐蚀危害，即“排流法”。三是对埋地燃气管道直径DN200mm以下、附近杂散电流干扰比较大的地段以PE管取替燃气钢管，作为解决埋地钢管腐蚀的对策，是最佳选择。四是对杂散电流进行实时监测，一旦发现杂散电流过高则采取一定的对策来减轻其危害，即“测”的方法。
参考文献
［1］ 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（ＣＪＪ49～92）.
［2］ 《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T 0019～97.
［3］ 王勇.深圳地铁的杂散电流防护措施分析［J］.
［文章编号］1006-7619（2011）09-06-894
【关键词】城市地下燃气管网杂散电流；防护；监测
Stray current urban underground gas pipeline corrosion and protective measures
Jiang Zhong-wei1,Zhao Chen-lei2
(1.Hangzhou Urban Construction Design Institute Co., Ltd. Hangzhou Zhejiang 310000;
2.Hangzhou Sebo Automatic System Co., Ltd Hangzhou Zhejiang 310000)
【Abstract】The soil can cause stray current corrosion of steel pipe, steel pipe it from one end buried into the ground, and from the other end of the outflow, the inflow point of the cathode, anode point out, leading to pipe corrosion. The amount of pipeline corrosion and stray current is proportional to the intensity. This stray current corrosion of buried steel pipe to reduce the service life and reduce the durability and strength of the pipeline, and sometimes even cause catastrophic accidents. This article discusses the city of stray current on the dangers of underground gas pipe network, and gives a more detailed and protection to reduce the stray current method.
【Key words】Underground gas pipe network stray current; protection;Monitoring
1. 管道腐蚀原因
从管道腐蚀现象看，比较集中为穿孔腐蚀，也有一少部分是均匀腐蚀。结合腐蚀机理，不难看出电化学腐蚀是地埋管道腐蚀的主要原因，细菌腐蚀和纯化学腐蚀也不同程度地存在。
（1）直流杂散电流腐蚀是城市地埋管网腐蚀的主要原因。它从埋地钢管的一端流入，又从另一端流出，流入点为阴极，流出点为阳极，导致钢管腐蚀。杂散电流的强度与管道腐蚀量成正比。一般壁厚7~8 mm钢管在杂散电流作用下5个月左右，就可能发生腐蚀穿孔，其速度大大超过自然腐蚀，是造成管道腐蚀穿孔的主要原因。杂散电流的作用范围很大，影响可达几千米，由外部电流源引起的杂散电流，腐蚀的发生又往往是随机而变的。因此杂散电流干扰又称为动态干扰。杂散电流可以通过管地电位的偏移和地电位梯度来判断，如阴极保护系统。当管道任意一点上，管地电位较自然，电位正向偏移20 MV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于0.5 MV/m时，确认为直流。当管道任意一点上管地电位较自然电位正向偏移100 MV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于2.5 MV/m时，管道应及时采取直流排流保护或其它防护措施。
直流杂散电流腐蚀主要是由于各种车辆产生的静电，各种用电设备接地导线、高压变电接地、各种避雷接地、三线一地、二线一地的接地所产生地下电子流通过燃气管道形成回路系统，通常电子流从土壤进入燃气管道的地方带有负电，称阴极区，若阴极区的电位过负时，管道表面上析出大量的氢，造成防腐绝缘层老化、剥落。当电子流由管道的某一绝缘层损坏处流出时，管道带有正电，这一区域称阳极区，处于阳极区的管道，钢管以铁离子的形式溶于周围介质中，形成集中穿孔。如某小区三相四线制接地导线10处，避雷接地导线12处，地下电缆纵横6根穿过，两线一地制接地线3处，电流达几十安培，有关资料表明雷电的瞬间电压可达300～500千伏，电流可达200千安以上，而实践证明在10千伏电压下，350安电流作用1秒钟后，壁厚6毫米管线将被击穿。
(2)交流杂散电流是管网腐蚀的另一个主要原因。当管道接近或长距离平行于电力线路时，高压电力线将在附近埋地钢管上感应产生二次交流电，出现很高的感应电压，管道周围土壤间产生可达几伏或几十伏的电位差。从而，形成腐蚀原电池。交流杂散电流的腐蚀比直流杂散电流腐蚀速度快，更易形成小孔腐蚀。
杂散电流腐蚀减少了埋地管线使用寿命，降低埋地钢管的耐久性和强度，有时甚至造成灾难性的事故；同时造成一定的经济损失。
(3)异金属接触产生的腐蚀原电池、钢管本身成分含量复杂产生的原电池、氧浓差产生腐蚀原电池、盐浓差腐蚀原电池也不同程度的存在。
(4)细菌腐蚀的存在可能性很小，即使存在也和其他腐蚀同时发生。
2. 杂散电流的防护
2.1 绝缘隔离、分区治理。
根据管道的实际情况，在管道中间装设绝缘装置将管道进行隔离，即管道可用绝缘法，以切断各区域之间的金属连接，防止杂散电流的流入及在各区域之间传导和感应。
阴极保护管路上的绝缘装置有多种形式，多用于管道的有绝缘法兰和绝缘接头，绝缘法兰必须架空，绝缘接头可直埋入地。安装绝缘件会出现两个问题，一是如何保护绝缘装置不受强电电涌的破坏，目前绝缘接头有整体自放电型和无自放电装置两种，对整体自放电绝缘接头由于内部有释放高压的装置，可省去具有相同功能的接地电池。二是如何防止非保护管路不受阴极干扰而加速腐蚀，接地电池有减少管外壁阴极干扰强度，即减少保护段与非保护段之间的电位差，但是在非保护段连接的锌棒消耗较快，寿命较短，一旦消耗殆尽，保护段通电电位与非保护自然电位之间的电位差会更加大，因非保护段电位正，会从非保护段流出较大的阳极腐蚀电流而加快非保护管段的腐蚀。这种腐蚀与电流离开管壁进入电解质的电流强度与管壁腐蚀率成正比。(1MA/Cm2的阳极电流密度相当于12mm/年的铁损耗)。解决办法：要求绝缘装置两侧各10m内的管外壁应做特加强防腐层，以减轻阴极干扰对非保护侧管道的腐蚀。此外，未保护侧仍需安装一支牺牲阳极以减轻绝缘装置两端电位差造成的阴极干扰。
2.2 牺牲阳极的应用。
阴极保护采用牺牲阳极方式，一般用于下列场合：电流需要量较小，一般小于1A，土壤电阻率足够低，一般低于100Ωm的区域，可用适当数量阳极获得所需保护电流，如果需要的保护电流较大，一般大于1A，外加电流系统就比较经济，除非当地条件不允许，或供电有问题。良好管道涂层，土壤长年潮湿的地方，牺牲阳极能容易满足其电流需求。外加电流阴极保护良好涂层管道上个别处保护电流不能达到的地方，也可通过牺牲阳极的方法来满足。
2.3 3层PE管的优越性。
当前管道防腐覆盖层当中，PE三层是诸多涂层种类中性能最优的一种，它不但有良好抗机械性能，而且有良好抗腐蚀性能和抗阴极剥离性能。在与阴极保护配合中又大大降低阴极保护电流密度，从而降低阴极保护的投资。从众多实例中证实，对新建PE管陆地管线所需保护电流密度每平方米在几个微安到十几个微安，海水管线所需保护电流密度约几百微安，大大低于其它防腐层。
2.4 外加电流阴极保护。
外加电流阴极保护国外大多用整流器，因土壤介质，湿度变化不频繁，用整流器完全满足阴极保护的要求。它结构简单、便于维修、价格便宜。恒电位仪适用介质经常变化如海洋潮汐及有杂散电流干扰的保护，况且恒电位仪必需靠长效参比电极反馈信号，如果参比电极不准会影响恒电位仪的输出，因此建议设计中优先考虑用整流器。
3. 结论
“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强监测”。从系统上来讲，目前杂散电流防护设计方法可分为3类：一是控制杂散电流产生的源头，减少杂散电流产生的数量，即是“堵”的方法。二是对已产生的杂散电流采取排流或其它方法减少其腐蚀危害，即“排流法”。三是对埋地燃气管道直径DN200mm以下、附近杂散电流干扰比较大的地段以PE管取替燃气钢管，作为解决埋地钢管腐蚀的对策，是最佳选择。四是对杂散电流进行实时监测，一旦发现杂散电流过高则采取一定的对策来减轻其危害，即“测”的方法。
参考文献
［1］ 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程（ＣＪＪ49～92）.
［2］ 《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T 0019～97.
［3］ 王勇.深圳地铁的杂散电流防护措施分析［J］.
［文章编号］1006-7619（2011）09-06-894