某机坪管道直流杂散电流排流技术探讨

曹 政 王 瓅 王 薇 王 相

（中国航空油料有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

我国早期建设的机坪管道已服役几十年，近年来在运行维护中存在着以下问题：管道自身防腐层的老化、城市发展建设对管道路由的占压破坏、城市轨道交通对管道的杂散电流干扰腐蚀等，管道存在的泄漏风险越来越大，管道泄漏事故时有发生，严重威胁着管道的安全运行[1-4]。

现实情况是，随着国民经济快速发展，地铁（含轻轨，以下均同）作为城市重要的交通工具正得到迅速的发展。地铁作为城市重要的交通工具，截止2022年2月中国大陆已开通地铁运营51个城市，投运长度大于8800km。在所有威胁管道的安全运行的因素中，地铁杂散电流造成的直流干扰尤为严重[5,6]。

早前建设的机坪管道一般采用牺牲阳极保护，在直流杂散电流干扰的情况下，牺牲阳极作为低电阻通道为杂散电流进出管道提供路径，一般情况下机坪管道存在多个不同的干扰回路，阴极保护电位分布很不均匀，不是通常阳极井由近-远的平缓线性分布。这种情况下，除了有效实施杂散电流排流外，如何准确测量现有杂散电流的干扰状态，实现精准排流，成为排流工程成功与否的关键。

1 机坪管道地铁直流杂散电流干扰现状

某机场机坪管道一期2000年建设投产，管径DN200～DN350，管道长度12.33Km，采用环氧煤沥青防腐层。二期于2012年建设投产，管径DN150～DN350，管道长度6.3Km，采用3PE防腐层。通过前期调研测试发现，机坪管道测试井空间不足，无法满足测试人员下井测试，部分测试井直径仅8cm，管道电位测试仅能通过建设初期埋设的长效硫酸铜参比电极引线进行测量。由于埋地长效参比电极无法进行校准，无法精准测量机坪管道的电位，此外由于没有预埋检查片，现有的测试井又无法保证检查片在全部埋入测试井底的土壤中，因此无法测量管道的断电电位。

通过前期测试还发现，部分测试井处机坪管道通电电位波动明显。以B601测试井为例，测得的通电电位自0.1～-1.8V波动，说明此处机坪管道受直流杂散电流干扰明显，需对此处管道开展更为详细的测量与评估工作，B601测试井数据测试图如图1所示。

图1 B601测试井数据测试图

调研发现，机坪管道原采用牺牲阳极保护，牺牲阳极作为低电阻通道为杂散电流进出管道提供通道，因此机坪管道存在多个不同的干扰回路，阴极保护电位分布很不均匀。一般管道对于直流杂散电流干扰，采取的措施是摘除阳极区的牺牲阳极或者在牺牲阳极与管道之间增加排流器或者增加新的牺牲阳极地床，在电流流出区修复防腐层。在机坪上开挖摘除阳极与修复防腐层因为成本太高、不停航施工比较困难，在机坪区域难以实现。机坪管道上除消耗即将完毕或已完毕的45组牺牲阳极外，还有加油栓井346套、高低排放井63套，这些均为管道的防腐漏电点，这些漏电点显著增大管道需要保护电流。

综合以上情况，杂散电流防护继续采用牺牲阳极方案既不经济也不合理，且不停航施工大面积开挖机坪也不现实。因此，本次机坪管道杂散电流治理采取强制排流站防护方式，并且改进极化探头，使其能够适用于机坪管道的工况条件。

2 机坪管道直流杂散电流治理

针对机场施工的特殊性，有些工程一旦安装很难维修。特别的，随着地铁钢轨绝缘组件磨损，泄漏电流会逐年增多，并且机坪管道防腐层逐年老化会导致本来电位达标的区域出现欠保护情况。因此不但考虑目前的排流需要，还对后期杂散电流趋势进行评估，充分考虑余量。

为了收集强制排流站的输出电流及排流效果，在北一指廊位置采取实验性排流，实验性排流采用深井阳极地床形式，如图2所示。通过调节电流输出大小，不断测量机坪管道电位，最终确定最大的有效保护距离，测试结果显示利用1处强制排流设施，无法有效解决大范围杂散电流波动、局部屏蔽、近端过保护的实际问题，同时过大的保护电流会导致对周边机场其他地下构筑物干扰增大。

图2 强制排流站深井阳极地床示意图

为了更有效地保护机坪管道，根据管道线性路由，通过实验强排站设备的输出调节，划出断电电位变化分布图，对于明显区别于线性规律的屏蔽点或者杂散电流特征点进行标记，根据布局整体，适当增加局部排流地床进行防护，最终确定了利用5套强排站进行机坪管道全方位防护的措施、

针对机坪的现状，改进极化探头结构，使其适用于小型测试井的工况现状，新型极化探头较传统极化探头的区别在于能在狭小空间免开挖安装，测试精度优于常规极化探头，具备防短路功能。新的测试探头能精确测量老旧机坪下管道杂散电流排流的效果，无需在机坪下增加辅助试片、参比电极等测量工具，同时，为了更有效、直观、全面监控杂散电流的波动，需要增加高频、无线、高穿透性电位自动采集传输设备。

3 排流治理效果评价

为了全面地反映目前机坪管道受地铁杂散电流干扰情况，我们选取了本次选取受杂散电流干扰较为严重的B601、B603和B613测试井作为检测对象。

本次评价对3个测试点的通电电位、断电电位、交流电压。测量方式选择24h不间断测量，通电电位、断电电位的测量结果选择最大值与最小值进行记录；交流干扰电压选择最大值进行记录[7,8]，其结果如表1和图4所示。

表1 机坪管道杂散电流干扰情况统计表

图4 机坪管道未排流前24h不间断测试结果

通过表1和图4可以看出，三处测试井处管道受交流杂散电流影响较小，但是通电电位波动大，断电电位均大于-0.85V，未达到相应标准，管道受到直流杂散电流干扰，必须采取防护措施。

针对现状，利用5套强排站进行直流杂散电流干扰防护，调节5套强排站的输出电流。根据排流实施后24h的检测结果发现，三处测试井断电电位在-0.85～-1.20Vcse之间，断电电位正于-0.85Vcse准则百分比均小于5%，达到阴极保护相应标准。其结果如表2和图5所示。

图5 机坪管道排流后24h不间断测试结果

表2 机坪管道杂散电流治理后检测统计表

4 结论与展望

通过对机坪管道沿线管道进行实地考察与测试，系统分析机坪管道现行杂散电流干扰和维护情况，针对复杂的机坪管道情况制定了可行有效的强制排流实施方案，并改进现有极化探头结构，使其更加精准的测试机坪下管道的电位情况。通过对机坪测试井的电位测量可以发现，在设置的5套强排站工作状态下，管道保护电位均符合-850mV准则，管道处于有效的保护状态。

展望：为了更加及时、精确掌握机坪管道的杂散电流干扰情况，在后期运营维护过程中，通过不同时间段的杂散电流干扰情况，找出对5套强排站的协同作用规律，积极采用数智化模式，建立和健全管道杂散电流数据库，为管道的安全稳定运营提供有力的保障。