王品賢，蔡亮，李建國(guó)，李磊，侯濤，李欣妍

（1.中國(guó)石油天然氣管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司， 河北 廊坊 065001）

（2.中國(guó)航油集團(tuán)津京管道運(yùn)輸有限責(zé)任公司， 天津 300300）

（3.中國(guó)石油西南管道天水輸油氣分公司， 甘肅 天水 741002）

（4.中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道濟(jì)南輸油氣分公司， 山東 濟(jì)南 250000）

（5.中國(guó)石油青海油田分公司管道輸油處， 青海 格爾木 816000）

隨著我國(guó)電力和管道行業(yè)的建設(shè)發(fā)展，管道和輸電線路共用路權(quán)帶做法已越來(lái)越普遍，管道與輸電線路并行、交叉和靠近敷設(shè)的安全問(wèn)題日益突出[1]。輸電線路會(huì)對(duì)埋地管道產(chǎn)生較強(qiáng)的交流干擾腐蝕。研究輸電線路對(duì)埋地管道和人員安全的影響具有實(shí)際意義，特別是管道施工人員、陰極保護(hù)檢測(cè)人員、管道維護(hù)人員和安全工程師。隨著750kV以上等級(jí)高壓輸電線路的應(yīng)用，對(duì)管道設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行提出了更高要求[2]。國(guó)外基于大量實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、案例分析和工程應(yīng)用，制定了管道交直流干擾防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)根據(jù)管道建設(shè)和運(yùn)行的需求，總結(jié)管道交流干擾防護(hù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本文研究了國(guó)內(nèi)外管道交流干擾腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的重要差異，結(jié)合我國(guó)管道腐蝕控制技術(shù)現(xiàn)狀，提出了國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)建議，以供標(biāo)準(zhǔn)管理部門(mén)和腐蝕技術(shù)人員參考。

1 中美管道交流干擾腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)管道交流干擾腐蝕防護(hù)主要執(zhí)行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)》，2011版修訂了交流腐蝕的識(shí)別、評(píng)估、調(diào)查與測(cè)試、監(jiān)測(cè)等方面的內(nèi)容，以及減輕交流電和雷電對(duì)管道腐蝕控制系統(tǒng)影響的防護(hù)技術(shù)。GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》也規(guī)定了干擾防護(hù)的要求。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NACE SP0177-2014 Mitigation of Alternating Current and Lighting Eあects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems（減緩交流電和雷電對(duì)金屬構(gòu)筑物和腐蝕控制系統(tǒng)影響的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程），由“T-10B干擾問(wèn)題委員會(huì)”在1977年7月首次發(fā)布，1983年和1995年進(jìn)行了兩次修訂，2000年重新確認(rèn)有效?？紤]該問(wèn)題未來(lái)研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的需求，NACE成立專門(mén)技術(shù)組“STG 05陰極/陽(yáng)極保護(hù)”。該標(biāo)準(zhǔn)由技術(shù)組“TG 025交流供電系統(tǒng)附近腐蝕控制與緩解影響的安全程序”在2007年和2014年進(jìn)行了兩次修訂。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬構(gòu)造物和腐蝕控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工、操作和維護(hù)過(guò)程中減緩雷電和交流輸電系統(tǒng)影響方面行業(yè)公認(rèn)的做法和措施，包括正常運(yùn)行情況下持續(xù)干擾防護(hù)方面的固態(tài)去耦合器排流防護(hù)新技術(shù)，以及電力故障和雷電沖擊防護(hù)方面的集中接地、接地墊、屏蔽線等措施。

2 交變電流和雷電對(duì)管道影響的形式

NACE SP0177闡述了交流供電系統(tǒng)和雷電對(duì)金屬構(gòu)筑物的影響及物理作用機(jī)理，包括電阻耦合、電容耦合、電感耦合、雷電電弧、開(kāi)關(guān)沖擊或其他瞬變電流等形式。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447和GB/T 50698未規(guī)定交變電流和雷電的影響和機(jī)理等內(nèi)容。

針對(duì)輸電線路導(dǎo)致的管道交流腐蝕問(wèn)題的機(jī)理還未達(dá)成共識(shí)，目前較為公認(rèn)的觀點(diǎn)認(rèn)為影響管道交流腐蝕的因素有：感應(yīng)的交流電壓；裸露金屬上的交流電流密度；管道直流電流的極化程度；防腐層破損點(diǎn)尺寸；周圍的土壤電阻率；周圍的土壤化學(xué)成分[3]。建議借鑒美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充管道交流腐蝕機(jī)理的內(nèi)容，提高我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的全面性和綜合性。

3 管道保護(hù)措施設(shè)計(jì)原則

NACE SP0177規(guī)定減緩交流輸電線路對(duì)管道影響的保護(hù)措施設(shè)計(jì)應(yīng)考慮穩(wěn)態(tài)條件和故障條件，穩(wěn)態(tài)條件包括正常、緊急狀況和未來(lái)載荷條件下的接觸電壓和最大管道電位，故障條件包括接觸和跨步電壓，避免管壁擊穿、電弧燒傷和涂層可承受應(yīng)力外加電壓等。輸電線路故障條件下，電感耦合和電阻耦合作用疊加，感應(yīng)電壓幅度增大。感應(yīng)電位的幅度取決于下列因素：

（1）管道與輸電線路之間的分隔距離；（2）并行長(zhǎng)度和輸電線路電流量級(jí)；（3）輸電線路導(dǎo)線布置的變化或間隔距離的變化；（4）輸電線路上用作避雷線的導(dǎo)線類型；（5）管道涂層電阻；（6）管道接地；（7）土壤電阻率。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447規(guī)定根據(jù)實(shí)際情況管道可采用一種或多種防護(hù)措施。選取防護(hù)措施應(yīng)考慮下列因素：（1）干擾源與管道的相互位置關(guān)系；（2）干擾形態(tài)和程度；（3）干擾范圍及管道陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)和交變區(qū)的位置；（4）管道周圍地形、地貌和土壤電阻率等環(huán)境因素；（5）管道防腐層絕緣性能；（6）管道現(xiàn)有防護(hù)措施的應(yīng)用效果。

針對(duì)管道交流干擾腐蝕防護(hù)措施設(shè)計(jì)原則，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)原則是降低管道上的感應(yīng)電壓，并分為穩(wěn)態(tài)和故障條件下的多種感應(yīng)電壓類型，給出了感應(yīng)電壓的影響因素，以感應(yīng)電壓作為緩解措施設(shè)計(jì)目標(biāo)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)是分析干擾源的性質(zhì)、特點(diǎn)和程度，以確定防護(hù)措施類型。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重管道和供電系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工階段解決二者的相互影響。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重管道運(yùn)行維護(hù)中安全間隔不足或者已檢測(cè)存在交流干擾腐蝕情況下，而采取相應(yīng)的防護(hù)措施。二者區(qū)別在于“主動(dòng)型”和“被動(dòng)型”防御策略，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)更具有前瞻性。

4 管道交流干擾腐蝕防護(hù)技術(shù)

NACE SP0177-2014規(guī)定的可以有效緩解交流供電系統(tǒng)和雷電影響的管道交流干擾腐蝕防護(hù)措施包括故障屏蔽、集中/獨(dú)立接地、梯度控制線/墊、管道等電位跨接、分布式陽(yáng)極、套管、絕緣接頭、絕緣短接、電解接地電池、固態(tài)直流去耦合器、極化電池和過(guò)電壓保護(hù)器等。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447規(guī)定的管道干擾防護(hù)措施包括排流保護(hù)、陰極保護(hù)、防腐層修復(fù)、等電位連接、絕緣隔離、絕緣裝置跨接和屏蔽等。GB/T 50698規(guī)定在存在直流雜散電流干擾影響的管段進(jìn)行持續(xù)交流干擾防護(hù)時(shí)，宜采用去耦隔直裝置。

經(jīng)調(diào)研，國(guó)內(nèi)管道干線應(yīng)用最廣的交流排流技術(shù)是鉗位式排流，排流器主要由鉗位式排流節(jié)組成，鉗位排流節(jié)由三只硅二極管組成。集中接地防護(hù)技術(shù)在油氣站場(chǎng)應(yīng)用普遍，在線路監(jiān)視閥室、監(jiān)控閥室及進(jìn)出工藝站場(chǎng)處設(shè)置低電壓電涌保護(hù)裝置與接地連接的集中接地排流防護(hù)。目前國(guó)內(nèi)排流設(shè)施的應(yīng)用廣泛，但缺乏對(duì)其性能的長(zhǎng)期跟蹤測(cè)試與評(píng)價(jià)，許多情況下甚至無(wú)法或不會(huì)判斷排流器的性能[4]。在排流器出現(xiàn)故障情況下，也不能做到及時(shí)維修。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的管道交流干擾腐蝕防護(hù)技術(shù)更多樣化。調(diào)研國(guó)外應(yīng)用廣泛的是固態(tài)去耦合器加接地排流技術(shù)，也是美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACE和國(guó)際管道研究理事會(huì)推薦的首選方式，主要用于持續(xù)干擾的交流排流和故障下的強(qiáng)電沖擊屏蔽保護(hù)。該技術(shù)特點(diǎn)是一種隔直不隔交的排流方法，除了能將允許超過(guò)一定范圍內(nèi)的交流電壓排流外，還可以阻止陰極保護(hù)電流的流失，同時(shí)具有抗大電流沖擊強(qiáng)、提供過(guò)壓保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

5 管道交流干擾人員安全

埋地管道交流干擾電壓產(chǎn)生的危害主要是金屬腐蝕和人身安全兩方面。危險(xiǎn)等級(jí)取決于感應(yīng)電位和接觸持續(xù)時(shí)間。交流電位應(yīng)降至安全水平，防止電擊傷害。NACE SP0177規(guī)定了金屬構(gòu)筑物施工、運(yùn)行、施工、系統(tǒng)運(yùn)行、腐蝕測(cè)量和陰極保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中人員接觸交流電位的風(fēng)險(xiǎn)和安全規(guī)程。輸電線路對(duì)管道和人員的電危害可參考人體電阻阻值。成年男性身體平均的手到手或手到腳電阻在600Ω到10000Ω之間。用于估計(jì)身體電流的安全值為手到手或手到腳電阻1500Ω。人體肌肉收縮特性研究表明，在6到20mA范圍內(nèi)，成年男性觸電之后將無(wú)法擺脫。通常確定10mA為手到手或手到腳的最大絕對(duì)安全通過(guò)電流。保守設(shè)計(jì)甚至使用更低的數(shù)值。15V外加交流電壓通過(guò)1500Ω載荷會(huì)產(chǎn)生10mA的電流，NACE SP0177設(shè)定的交流電壓為15V。因此，NACE SP0177從人身安全角度出發(fā)，認(rèn)為15V交流開(kāi)路電壓或超過(guò)5mA電流密度構(gòu)成了預(yù)期的電擊危險(xiǎn)狀態(tài)，交流感應(yīng)電壓最大不應(yīng)超過(guò)15V。審慎設(shè)計(jì)針對(duì)特殊情況采用更低的數(shù)值。

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21447規(guī)定交流電對(duì)高性能防腐層埋地管道的干擾可按15V交流開(kāi)路電壓進(jìn)行判定，在有安全防護(hù)措施時(shí)，判斷指標(biāo)可適當(dāng)放寬。該標(biāo)準(zhǔn)給出的15V限制也是參考NACE SP0177。我國(guó)對(duì)管道防腐專業(yè)特低電壓限值還缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我國(guó)管道行業(yè)尚無(wú)人體長(zhǎng)時(shí)間安全電壓規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由工程技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況確定。

6 結(jié)論和建議

通過(guò)研究新版美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NACE SP0177-2014與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的重要差異，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于改進(jìn)我國(guó)管道交流干擾腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和保障人員人身安全具有借鑒意義。

（1）國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)補(bǔ)充管道交流腐蝕機(jī)理方面的內(nèi)容，以提高我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的全面性和綜合性。

（2）建議在管道和輸電線路規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工階段，以降低管道上的感應(yīng)電壓為準(zhǔn)則，作為減緩管道交流腐蝕干擾措施的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（3）建議國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)目前國(guó)外應(yīng)用廣泛的固態(tài)去耦器加接地（如：裸銅線或鋅帶）排流技術(shù)。

（4）我國(guó)油氣管道行業(yè)尚無(wú)人體長(zhǎng)時(shí)間安全電壓規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)增加持續(xù)或瞬間干擾下對(duì)操作和公眾人員的安全電壓指標(biāo)相關(guān)內(nèi)容要求。

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