长输管道交流干扰腐蚀判定准则探讨

蔡亮，姚森，李建国，李磊，郝小虎

1.中国航油集团 津京冀物流有限公司（天津 300300）

2.中国石化管道储运有限公司 沧州输油处 （河北 沧州 061000）

3.中国石油西南管道 天水输油气分公司 （甘肃 天水 741002）

4.中国石油天然气股份有限公司管道 济南输油气分公司 （山东 济南 250000）

5.中国石油天然气股份有限公司管道 秦皇岛输油气分公司 （河北 秦皇岛 066000）

0 引言

近年来，我国电力和管道行业发展迅速，埋地钢质管道与高压输电线路平行或交叉敷设的情况非常普遍[1]。为节约和高效利用土地，新建输电线路和管道在规划阶段倾向采取“公共路权带”的敷设方式。输电线路导致埋地管道发生交流干扰腐蚀的主要作用形式是电阻感应、传导和耦合作用，对恒电位仪等设备设施造成干扰，对管道操作维护人员人身安全造成威胁。特别是750 kV 以上等级特高压输电线路的应用，对保障管道安全运行提出了更高要求[2]。

目前，国内外对于管道交流腐蚀机理和评价准则还没有统一、公认的理论[3]，不利于管道技术人员准确判定管道交流腐蚀程度，制定科学、合理的缓解保护措施。为提高我国长输管道管理水平，收集了国内外管道交流腐蚀方面的技术标准，对管道交流腐蚀判定准则的研究进展进行了总结和分析；结合我国管道阴极保护工作现状，提出了管道交流腐蚀判定准则的应用和改进建议。

1 国内外标准差异分析

1.1 国内标准

国内按照交流干扰电压值判定管道是否存在交流干扰，例如国家标准GB/T 50698—2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》和GB/T 21447—2018《钢质管道外腐蚀控制规范》规定，以交流干扰电压是否高于4 V 确定是否采取防护措施，并采用交流电流密度评估管道交流干扰腐蚀的程度，划分为3个级别：

1）交流电流密度大于100 A/m2，交流干扰程度为强烈，应采取防护措施；

2）交流电流密度介于30～100 A/m2，交流干扰程度为中等，宜采取防护措施；

3）交流电流密度小于30 A/m2，交流干扰程度为微弱，不需采取防护措施。

1.2 欧洲标准

基于大量试验测试和工程案例实践，国外代表性的管道交流干扰腐蚀防护标准是欧洲通用标准EN 15280—2013《埋地管道存在交流腐蚀概率应用评估》。EN 15280—2013重点对交流腐蚀判定准则进行了修订，综合应用多种指标对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价，即分别应用交流干扰电压值、交流电流密度值和交流电流密度与阴极保护电流密度之比的方法进行判定，并考虑试片断电电位、通电电位以及土壤特性（土壤电阻率）等因素。欧洲标准EN 15280—2013 评价准则已经被国际标准 ISO 15589-1—2015、英国标准 BS EN 12594—2014以及美国标准NACE SP0169—2013采纳，成为国外管道行业评价交流腐蚀风险的重要依据。

1）交流电压。根据大量交流腐蚀案例，EN 15280—2013规定判定管道是否存在交流干扰的准则，考虑了2 种情形：①管道在“低”通电电位时（正于-1.2 V，相对饱和硫酸铜电极），允许交流电压达到15 V；②管道在“高”通电电位（负于-1.2 V，管道存在杂散电流干扰），要求将交流电压降至最低允许水平。

2）交流电流密度值。欧洲标准EN 15280—2013 应用交流电流密度值判定交流腐蚀的做法与国内标准基本一致，按照交流电流密度低于30 A/m2、介于 30～100 A/m2和大于 100 A/m2的 3 种情形，将管道发生交流干扰腐蚀的概率规定为较小、中等和很高。

3）交流电流密度与阴极保护电流密度之比。欧洲标准EN 15280—2013 提出根据交流电流密度与阴极保护电流密度之比评估管道交流干扰腐蚀风险等级的做法，即二者比值小于5，交流干扰腐蚀风险低；二者比值介于5～10，存在交流干扰腐蚀风险，需结合防腐层缺陷状况、管材极化曲线和土壤腐蚀性综合确定；二者比值大于10，交流干扰腐蚀风险很高，应采取防护检测措施。

4）土壤电阻率。欧洲标准EN 15280—2013 规定土壤电阻率与发生交流腐蚀风险的经验关系是：低于25 Ω·m为极高风险；介于25～100 Ω·m为高风险；介于100～300 Ω·m为中等风险；大于300 Ω·m 为低风险。欧洲标准EN 15280—2013 提出了应用交流干扰电压评价对管道影响程度在不同类型土壤的适用条件，管道埋设区域土壤电阻率大于25 Ω·m时，判定管道腐蚀的交流干扰电压不超过10 V；土壤电阻率小于25 Ω·m 时，判定管道腐蚀的交流干扰电压不应超过4 V。

1.3 中欧交流腐蚀判定准则差异

我国管道交流腐蚀判定做法是先以交流干扰电压是否大于4 V 进行初步判断，再测试计算电流密度值进行评估。具体做法是在存在交流干扰风险的管道上连接腐蚀检查试片，检查片的裸露面积宜为100 mm2，测量交流电流密度。文献[4]介绍了在测得交流干扰电压大于10 V情况下，管道没有发生腐蚀的工程案例。管道实践证明，随着750 kV及以上特高压输电线路的广泛应用，以交流干扰电压4 V 作为判定准则略保守[5]。原因是在特殊的土壤环境及不同性能的防腐层，即使交流干扰电压较低，管道仍然会产生较高的交流电流密度。鉴于此，欧洲标准EN 15280—2013允许交流干扰电压达到10～15 V。

欧洲标准EN 15280—2013认为，埋地金属管道的交流干扰源主要是高压交流输电线路和高压交流牵引系统。交流干扰电压值与多种因素有关：输电线路电压等级、输电线路相导体和接地体的配置、输电线路与管道的距离、交流输电线路相导体的电流不平衡性、管线涂层平均电阻、涂层厚度和土壤电阻率。欧洲标准EN 15280—2013指出，交流腐蚀复杂多变，不应使用单一阈值，应使用多种指标（电压、电流、电流比值和土壤电阻率等）对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价。从评价方法的选择理念上看，欧洲标准EN 15280—2013相对国内标准更为全面、合理。

2 管道交流干扰腐蚀研究进展

20 世纪以来，针对管道交流干扰腐蚀的机理、评价、检测一直是研究的热点领域。研究认为影响管道交流腐蚀的主要因素有：感应的交流电压，裸露金属上的交流电流密度，管道直流电流的极化程度，防腐层破损点尺寸，周围的土壤电阻率，周围的土壤化学成分。管道交流干扰缓解措施主要是考虑安全因素，将感应交流电压降至人员的安全接触电压以下。现行的管道干扰腐蚀防护措施是设置接地极，转移从输电线路释放到管道上的交流电流，实质上是降低交流电流密度。交流腐蚀的评价依据和监测项目包括保护电位、交流干扰电压和交流电流密度等方面。

2.1 基于阴极保护电位准则

20世纪80年代，国内管道根据-850 mV阴极保护电位评价准则判定和评估管道交流干扰腐蚀。由于交流干扰可能使管道电位向正偏移，即使满足阴极保护电位准则要求，管道也会发生交流干扰腐蚀，该准则并不适用受强电流干扰的管道。管道交流腐蚀案例表明[6]，即使阴极保护电位正于-1 000 mV时，也存在交流腐蚀风险，特别是阴极保护电位正于-850 mV时，交流腐蚀风险更大；只有在阴极保护电位负于-1 200 mV时，才不会发生腐蚀。

2.2 基于交流干扰电压准则

早期美国腐蚀工程师协会标准NACE RP0177—2014《减缓交流输电线路和雷击对钢质管道及其腐蚀防护影响的做法》采用现场更容易测量的交流电压作为评判准则，从人身安全角度出发，规定交流感应电压最大不应超过15 V。应用交流干扰电压评价具有一定局限性，例如存在交流电压较大但破损点流出电流较小、管道腐蚀程度并不严重的情形[7]。

2.3 基于交流电流密度准则

目前国内外学者较为公认的观点是，根据交流电压评估交流干扰腐蚀误差较大，电流密度评估交流干扰腐蚀相对准确，即欧洲标准EN 15280—2013提出的交流电流密度以及交流电流密度JAC与阴极保护直流电流密度JDC比值的判定准则[8]。此外，文献[9]提出了基于阴极保护电流密度和交流电流密度限值的经验关系式判定管道交流干扰腐蚀的方法，已在若干管道案例中得到应用和验证。具体描述为：

1）如果 0.1 A/m2≤JDC＜1.0 A/m2，管道不存在交流干扰腐蚀条件为JAC＜25×JDC；

2）如果 1.0 A/m2≤JDC＜40 A/m2，管道不存在交流干扰腐蚀条件为JAC＜70 A/m2。

2.4 基于综合评价准则

随着研究的深入，学者们认识到对一些低土壤电阻率区域，采用单一交流电流密度来评估存在局限性；同样，对一些高土壤电阻率区域，采用单一电压指标也存在局限性。在欧洲标准EN 15280—2013基于交流干扰电压、电流密度和交直流电流密度比值的综合评价方法基础上，文献[10]指出根据交流干扰电压和交直电流密度比值的判定准则仍是不全面的，还应考虑管道保护电位状况，提出以管道腐蚀速率0.02 mm/a和0.1 mm/a为区间值，将交流干扰腐蚀风险划分为低、中和高3个等级，判定准则描述为：①交流电流密度与直流电流密度的比值越大，且保护电位越负（达到过保护状态），交流干扰腐蚀风险等级越高；②交流电流密度与直流电流密度的比值≥200，交流干扰腐蚀风险处于中等或较高等级，与阴极保护电位大小无关；③交流电流密度与直流电流密度的比值＜200，交流干扰腐蚀风险为低等级，以监测阴极保护电位数值为准。如果管道阴极保护电位介于-1.0～-1.2 V，交流电流密度与直流电流密度之比小于20，可以认为管道阴极保护效果有效可靠。

文献[11]也认为应同时考虑保护电位和交、直流电流密度确定交流干扰腐蚀风险，以腐蚀速率0.01 mm/a作为临界值，将交流干扰腐蚀风险分为高和低2 个等级，研究了不同交流电流密度与腐蚀速率的关系，例如交流电流密度为100 A/m2，腐蚀速率应在0.01 mm/a 临界值的基础上提高一个数量级。文献[12]根据交、直流电流密度，研究了阴极保护判定准则：

1）当JAC＜10 A/m2，且管道阴极保护电位达到-850 mV，管道交流干扰腐蚀风险可忽略；

2）当10 A/m2≤JAC≤50 A/m2，且满足JDC＞（JAC-10）/100时，管道阴极保护效果有效可靠；

3）当 JAC＞50 A/m2，且 JDC＜0.4 A/m2，管道存在交流腐蚀风险。

上述研究探索了管道阴极保护电位与是否存在交流干扰腐蚀的关联关系。但其研究出发点是确定阴极保护有效性的依据，因此并不完全适用于判定交流干扰腐蚀，还需要大量管道案例进行验证。展望未来管道交流腐蚀评价准则的发展趋势，应由以往单一的指标评价转变为多项指标的综合评价，基于交、直流电流密度比值和保护电位的评价准则，特别是定量表征二者的相互关系[13]，目前还处于试验研究阶段，也是未来的研究方向和重点。

3 结论和建议

为科学准确地识别、判断管道交流干扰腐蚀，应学习参考国外管道交流腐蚀的判定准则和实践做法，提高管道管理维护水平，保障管道阴极保护的有效性。针对国内管道交流腐蚀的评估和防护工作，提出以下建议。

1）管道受强电流影响或者发生交流腐蚀风险较大时，传统的-850 mV 阴极保护电位准则和-100 mV极化偏移准则不适用。

2）优先选择交流电流密度作为管道交流腐蚀的判定准则。交流干扰电压准则仅作为管道交流腐蚀风险和人员人身安全的初步分析，可靠性较差，应结合其他参数进行判定。

3）如条件允许，应使用多种指标参数对交流腐蚀可能性及风险进行综合评价，包括交流电压、电流密度、交直流电流密度比值、土壤电阻率和腐蚀速率等。

4）国家标准GB/T 50698—2011 应借鉴欧洲标准EN 15280—2013 关于管道交流干扰腐蚀综合评价的理念和做法，修订时加以完善。

5）根据管道阴极保护电位和保护效果，进一步完善基于交、直流电流密度比值的判定准则，是管道交流干扰腐蚀评价未来的研究重点。