摘　要：结合广东省天然气管网建设情况，分析地铁直流杂散电流对埋地金属燃气管道的腐蚀影响，提出了对埋地金属管道直流杂散电流电化学腐蚀的防护措施。

关键词：地铁杂散电流  埋地金属燃气管道  腐蚀防护

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　广东省天然气管网建设

西气东输二线全面竣工投产，为广东省天然气工程提供了充足的气源保障，进一步掀起了天然气管网建设热潮。天然气管网有可能受到日趋完善的城市电气化轨道系统如地铁线路形成的杂散电流的影响，导致埋地金属管道腐蚀。如果未做好相应的防护措施，将造成天然气泄漏、爆炸等严重后果。

广东省是能源消耗大省，能源供应紧张，环保压力大；同时，产业结构转型、节能减排等对广东省能源结构调整、环保清洁能源天然气的工程建设提出了新要求。

2012年12月30日，来自中亚的天然气经由西气东输二线最后一条投产的支干线广州一南宁段到达南宁，标志着西气东输二线工程1条干线8条支干线全部建成投产，为广东省天然气管网的建设注入了薪鲜血液。根据2009年11月广东省政府颁布实施的《广东省油气主干管网规划(2009—2020)》，至2020年，广东省将建成覆盖全省21个地级市的天然气骨干管网，新建管道总长约3200km，总造价约458×10⁸元，届时将大大提高全省天然气气化率。根据规划，建设广东省天然气全省一张网，将形成多个气源保障：西气东输二线输送的天然气，广东与中石化等签署的川气入粤协议输送的天然气；深圳大鹏湾等LNG接收站的进口天然气；南海海上天然气。多气源互补、资源共享、开放使用将提高广东省天然气管网系统的安全性、可靠性。

广东省天然气管网建设将以“全省一张网”为目标，逐渐实现清洁能源建设，以下列举几个主要项目。

①广东省天然气管网一期工程

广东省天然气管网一期工程主干管网全长448km，通达广州、佛山、东莞、惠州、清远、肇庆、韶关等地市，是省重点能源基础设施建设项目。此工程于2010年全面动工建设，其设计年输气量为l60×10⁸m³／a，设计压力为9.2MPa，项目总造价为62.46×10⁸元。

②珠海LNG配套管道工程

依托珠海LNG项目，配合荔湾3-1气田天然气登陆，建设誊接珠海、江门、佛山、中山和广州等城市的珠江三角洲西岸天然气输送管道，管道长度约300km，设计压力为9.2MPa。此项目于“十一五”期让开工，“十二五”期间继续推进。

③川气入粤工程

配合中石化川东北气田开发，建设川气入粤工程，全长为180km，管径为l219mm，设计压力为9.2MPa，于“十二五”期间开工建设。

④粤东LNG配套项目工程

依托粤东LNG项目，建设连接潮州、汕头、揭阳、梅州等地的粤东天然气输送管网，延长与珠三角天然气管网的衔接。全长为710km，设计压力为9.2MPa，于“十二五”期间开工建设。

⑤粤西LNG项目配套管道工程

依托粤西LNG项目，建设连接湛江、茂名和阳江等地的粤西天然气输送管网，延长与珠三角天然气管网衔接。全长为695km，设计压力为9.2MPa，于“十二五”期间开工建设。

2　地铁建设对埋地金属管道的影响

广东省不仅是能源消耗大省，也是中国的经济大省，在许多方面都名列前茅。以省会广州为例，逐渐完善的交通系统四通八达，广州地铁1号线于1999年6月28日正式通车，标志着中国大陆继北京、天津、上海后，第4座城市建有轨道交通系统。广州地铁现已开通的线路有l号线、2号线、3号线、4号线、5号线、8号线、广佛线及APM线，以上开通线路总里程为236km(包括广佛线广州段)，远期规划里程为600km。

伴随着广东省天然气管网的建设，大量的钢质燃气管道埋入地下，这些埋地金属管道不可避免地会与地铁线路发生相邻或交叉敷设的状况，而地铁系统产生的杂散电流会对这些地下金属管道产生严重的干扰、腐蚀，造成管道腐蚀穿孔和泄漏事故，危害到地下燃气管道的安全和使用寿命，并可能会造成灾难性的后果。

2．1　地铁杂散电流的产生^[1-2]。

城市地铁的运行离不开牵引供电系统，我国地铁牵引供电系统一般采用直流电力牵引的形式，牵引供电系统是将交流中压35、20、10kV经降压整流变成直流l500V或750V电压，为地铁列车提供牵引供电。电气化轨道的牵引供电系统由牵引变电所、牵引网、电力机车等组成，其中牵引网由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成。

土壤中的杂散电流主要分为直流杂散电流、交流杂散电流、地电场电流3种形式，当埋地钢质管道外防腐层破损后，很容易受到杂散电流的腐蚀。

地铁杂散电流腐蚀是由于电气钢轨运行时存在的杂散直流电流通过地下管道，在电流从管道流出处产生的腐蚀。它具有局部腐蚀特征，腐蚀速度比自然腐蚀快10～100倍。

在地铁系统运行期间，有电流不能够正常沿回流线回到牵引变电所，而这部分电流从走行轨流入土壤中，当埋地金属管道敷设在其附近时，由于金属管道对地绝缘并不充分，则一部分电流将流经金属管道，便形成对埋地金属管道的杂散电流腐蚀。金属管道在埋地敷设时主要会遇到电化学腐蚀及微生物腐蚀等，杂散电流的干扰腐蚀即对其构成电化学腐蚀。杂散电流进入金属管道的地方带负电，这一区域称为阴极区，处于阴极区的管道一般不会受到腐蚀，若阴极区的电位过负时，管道表面会析出氢，而造成防腐层脱落。当杂散电流经金属管道流出至变电所时，此处金属管道带正电，成为阳极区，金属以离子的形式溶于周围介质中而造成金属体的电化学腐蚀。

2．2　地铁杂散电流对埋地金属管道的危害^[3-9]

地铁杂散电流对埋地金属管道形成电化学腐蚀，与金属的自然腐蚀相比严重得多，如埋地金属管道在只有自然腐蚀时，大部分为原电池腐蚀，驱动电位差只有几百mV，腐蚀电流只有几十mA；而杂散电流腐蚀为电解腐蚀，电位可达数V，电流最大可能上百mA。另外杂散电流干扰腐蚀分布不均匀，会造成较激烈的局部腐蚀，对于有防腐层保护的埋地金属管道，防腐层的缺陷部位是其腐蚀的集中对象，严重可造成管道泄漏事故。如香港地铁曾因地铁杂散电流造成埋地燃气管道腐蚀穿孔，发生燃气泄漏事故；上海、北京、深圳等地的地铁对地下输油、输气、输水管道也存在着严重的杂散电流腐蚀；广州地铁3号线北延段(体育西一机场南)地铁途经白云机场，开通以来，对白云机场内部埋地航油管道干扰严重，使管道阴极保护系统不能正常运行。

3　杂散电流的检测及评价

现在常用的杂散电流检测技术主要有土壤电位梯度检测技术、电流测量技术、管地电位连续动态检测技术以及智能杂散电流检测技术(SCM)等。智能杂散电流检测仪就是基于SCM开发的一种仪器，它能够沿管道敷设线路检测管道上任何杂散电流的大小及方向，排除不需要的干扰信号，确定干扰源的类型及来源^[4-5]。

一般情况，管道受到直流杂散电流干扰程度的判定，应采用管地电位正向偏移指标或地电位梯度指标。当管道任意一点的管地电位较自然电位正向偏移大于20mV或管道附近土壤的电位梯度大于0.5mV／m时，可确认受到直流杂散电流干扰；当管道任意一点的管地电位正向偏移大于l00mV或管道附近土壤的地电位梯度大于2.5mV／m时，应采取排流保护或其他防护措施^[6]。

4　腐蚀防护措施

针对地铁直流杂散电流对埋地金属管道产生的电化学腐蚀，应采取必要的防腐措施。此种腐蚀与中间介质土壤的性质关系不大，防腐措施以对地铁及金属管道两方面为重点分别进行防护。

4．1  地铁的防护措施^[1]

地铁的建设及施工必须按照工程设计的要求，完成限制杂散电流的各项措施和地铁结构的腐蚀防护与监测设施，并作为工程验收的内容。施工过程中，应及时逐段检查施工质量，保证达到技术标准。

①地铁牵引供电系统

在采用走行轨回流的直流牵引供电系统中，接触网应与牵引变电站的正母线相连接，回流走行轨应与负母线连接。新建地铁线路的牵引供电系统，宜选用较高的牵引电压和分布式的牵引供电方案，缩短直流牵引馈电距离。牵引变电站的负回流线应使用电缆，其根数不应少于2根，且耐压等级不应低于工频5kV。地铁结构钢筋、自来水管及电缆金属外铠装壳等金属管线结构，与回流走行轨和电源负极间不应有直接的电气连接。应严格执行CJJ49—1992((地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》的相关规定，设置极性排流防护系统等。

②地铁走行轨回流系统

根据CJJ49—1992《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》的相关规定，兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构(或大地)之间的过渡电阻值(按闭塞区间分段进行测量并换算为lkm长度的电阻值)，对于新建线路不应小于l5W·km，对于已运行线路不应小于3W·km，木质轨枕必须先用绝缘防腐剂进行防腐处理。枕木的端面和螺纹道钉孔必须经过绝缘处理，或设置专门的绝缘层。螺纹道钉孔不应贯通。轨底部与道床之间的间隙不得小于30mm。地铁的隧洞衬砌结构和钢筋结构不应兼作他用。走行轨回路中的扼流变压器、道岔等与线路的路基、路面混凝土及主体结构之间，应具有良好的绝缘。道岔转辙装置控制电缆的金属外铠装壳与道岔本体之间亦应具有良好绝缘。扼流变压器的塑料连接电缆、股道间均流线用塑料电缆的绝缘要求，应与负回流电缆相同。在车辆段的检修与停车库中，每一条线路的走行轨均应使用绝缘接头与车场线路的走行轨相隔离。在绝缘接头处，应设置隔离开关，以保证列车能驶出停车位置。轨道和金属结构、管道、电缆外铠装壳、混凝土钢筋等之间亦应具有良好绝缘。

③穿越地铁设施的各种金属管线

金属管线进出地铁隧道部分应采用绝缘法兰连接，穿过轨道下的金属管道应采取绝缘措施，如铠装电缆必须外设绝缘护套等。

在采取以上措施的同时，必须做好结构的防水、结构金属与电力系统设施的绝缘，防止轨道扣件受污。配置杂散电流观测设备，随时掌握杂散电流干扰情况，以便采取有的放矢的防护措施。

4．2　金属管道的防护措施^[3-7]

4．2．1  常用的防护措施

①合理选线

根据沿线杂散电流源的勘察结果，燃气管道布线时在符合安全要求前提下，合理选择走向，尽量避开地铁、电缆等杂散电流干扰源。或对受杂散电流干扰管道增设绝缘法兰，将被干扰的管道与主干线分隔开，把干扰限制在一定范围内，减轻干线的腐蚀。

②增加回路电阻

根据燃气的品质和输送压力尽量选用聚乙烯管材。对于金属管材，主要是采用防腐等级高的防腐绝缘层，采用耐杂散电流的防腐绝缘材料如环氧煤沥青涂料等，接口处采用热缩套管。及时观测杂散电流，及时修补和更换防腐绝缘层。

③采取必要的排流措施

排流保护措施不同于管道的防腐设计，需按有关标准进行干扰源侧及管道侧测定，根据具体情况确定方案。排流保护的方法通常有4种，即直接排流、极性排流、强制排流、接地排流。

直接排流：管地电位偏移稳定在正方向，可采用此保护措施。通过导线将管道和干扰源侧的负极直接连通，将管道牛的干扰电流引入干扰源的负极。此法适用于牵引变电所附近，简单经济、效果好，但范围有限。

极性排流：管地电位正、负极性交变时，可采用此保护措施。通过极性排流器(一般为二极管)将管道和回流轨道连接，当管道上出现正电位时可把管道中的杂散电流排出，出现负电位时排流器不导通，可防杂散电流的进入。此法安装方便、应用广，但管道距轨道远时效果不好。

强制排流：管地电位正、负极性交变，电位差小，且环境腐蚀较强时，可采用此保护措施。通过强制排流器将管道和轨道连接，杂散电流通过强制排流器的整流环排放到轨道上，当无杂散电流时，强制排流器给管道提供一个阴极保护电流，使管道处于阴极保护状态。此法保护范围大，地铁停运时可对管道提供阴极保护，但对轨道电位分布有影响，需要外加电源。

接地排流：管地电位正向偏移，管道离干扰源较远，且不允许直接向干扰源排流，可采用此保护措施。将被干扰管道与接地体相连，使管道内的杂散电流通过接地体流入大地，进而流回干扰源，以实现排流目的。此方法的缺点是效果较差，需要辅助接地体。

4．2．2金属管道侧防护实例

2013年广州港华燃气有限公司拟建设燃气主干管道工程，本工程起于清河东路以北约l80m的拟建调压站，向北沿京珠高速公路与地铁4号线平行敷设，沿途经过地铁4号线石暮站，在石暮站北侧约29m及499m处、南侧约697m处3次穿越地铁四号线“新造—石暮—海傍”区间高架桥，止于规划莲花大道南侧，全长约5.598km，规划地铁十七号线走廊位于莲花大道。由于地铁附近的杂散电流干扰很大，对管道产生间断直流干扰影响，其结果将直接导致管道发生严重的电解腐蚀，大大缩短管道的使用寿命。为保证管道的安全运营，杜绝事故隐患，结合以往经验，计划针对流经该部分管道的杂散电流进行以下几种整治方案。

①提高防腐等级^[6-8]

因本工程管道设计压力为次高压，管材选用钢质管道，为保护管道，避免受杂散电流的腐蚀采用了提高防腐等级的方法，如采用聚乙烯三层特加强级防腐，接口处采用热缩套管。

②设置绝缘接头

在穿越段出入土点两端安装绝缘接头，将穿越段与主管断开，减小杂散电流的干扰区域，缩短杂散电流的腐蚀长度。

③穿越段管道两端分别安装l～4组(组数根据穿越管道的长度决定)单向极性排流器和牺牲阳极的联合系统，通过该系统把杂散电流排入土壤，避免杂散电流对管道的腐蚀。联合系统电缆直接焊接在管道外壁，焊点用补伤胶加补伤片进行防腐处理。

④管道运行中应实时观察检测管道受杂散电流腐蚀情况，如出现腐蚀现象，应及时修复和更换防腐绝缘层。修复方法分为开挖修复、非开挖修复两种，修复后的防腐等级不应低于原设计等级。开挖修复即开挖后将腐蚀损坏的管道全面拆出，再敷设新管，回填夯实并修复路面；非开挖修复主要分为翻转内衬法、尼龙管内插法、紧贴内壁法等，其中比较常用的翻转内衬法的工作原理是将里侧已涂胶的内衬套管翻吹进管道，与管道内壁粘结形成内衬保护层。

采取排流措施后使得沿线杂散电流对管道的干扰强度大幅下降；受杂散电流干扰的管道长度大大缩短；流入管道的杂散电流将通过所安装的排流系统排出，从而减少了管道的电解腐蚀。

5　结语

广东省天然气管网建设在符合城市整体规划的同时，也要针对发达的交通系统对埋地金属管道造成的杂散电流腐蚀做好相应的防护措施。本文对此提出以下建议：

①合理规划天然气管网路线，尽量避开地铁等城市电气化交通系统，避免因此而造成的金属管道电化学腐蚀。

②与给排水、热力等地下管道组成综合管网系统，采取统一防护与动态监控、综合管理相结合措施，提高对杂散电流电化学腐蚀防护措施的经济性、有效性。

③加强天然气管网实时监测，及时了解掌握杂散电流对管道的腐蚀情况，制定科学合理的应急预案，减少或避免管道腐蚀事故的发生。

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本文作者：赵英新  单鲁文

作者单位：中交煤气热力研究设计院有限公司