杂散电流地腐蚀及防护

一、杂散电流干扰方式

杂散电流是指在地中流动的设计之外的直流电，它来自直流的接地系统，如直流电气轨道、直流供电所接地极、电解电镀设备的接地、直流电焊设备及阴极保护系统等。其中，以城市和矿区电机车为最甚。它的干扰途径如图10-60所示。从图中可以划分三种情况：

图10-60 杂散电流干扰示意图

1—供电所 2—架空线 3—轨道电流 4—阳极区5—腐蚀电流 6—交变区 7—

阴极区

1.靠近直流供电所的管道属于阳极区，杂散电流从管道上流出，造成杂散电

流电解。

2. 在干扰段中间部位的管道属于极性交变区，杂散电流可能流入也可能流

出。当电流流出时，造成腐蚀。

3.在电机车附近的管道属于阴极区，杂散电流流入管道，它起着某种程度的

阴极保护作用。

以上是一般规律。实际上杂散电流干扰源是多中心的。如矿区电机车轨道已形成网状，供电所很多，当多台机车运行时会产生杂乱无章的地下电流。作用在

管道上的杂散电流干扰电位如图10-61所示。

图10-61 杂散电流干扰电位曲线

埋地钢质管道因直流杂散电流所造成的腐蚀称为干扰腐蚀。因属电解腐蚀，所以有时也称电蚀。这是管道腐蚀穿孔的主要原因之一。例如：东北地区输油管道受直流干扰的约占5％，腐蚀穿孔事故原因的80%是由杂散电流引起的；地下铁路杂散电流腐蚀已经形成公害，引起了有关部门的重视。

随着阴极保护技术的推广应用，也会给地下带来大量的杂散电流。如近些年来城市地下燃气管道给水管道、地下电缆等采用了外加电流保护，在它的阳极地床附近可能会造成阳极地电场干扰。在被保护的管道(或电缆)附近可能会造成阴极电场的干扰。其干扰形式如图10-62和图10-63所示。其干扰围与阳极排放电流和阴极保护电流密度成正比。当单组牺牲阳极输出电流大于100mA时，也应注意其干扰。

二、杂散电流腐蚀的特点

1.强度高、危害大埋地钢质管道在没有杂散电流时，只发生自然腐包蚀。大部分属腐蚀原电池型。腐蚀电池的驱动电位只有几百毫伏，而所产生的腐蚀电流只有几

十毫安。在土壤中的杂散电流腐蚀，则是电解电池原理。即外来的直流电流或电位差，造成了土壤溶液中金属腐蚀。其腐蚀量与杂散电流强度成正比，服从法拉第电解定律。也就是说，假如有1A的电流通过钢管表面，流向土壤溶液，那么1a的直流杂散电流1年的时间会溶解钢铁9kg。实际上，土壤中发生的杂散电流强度是很大的，管道上管地电位可能高达8～9V，通过的电流量最大能达几百安。因此，壁厚为7～8mm的钢管，在杂散电流作用下，4～5个月即可能发生腐蚀穿孔。所以，杂散电流的腐蚀强度是一般腐蚀不能与之相比的。它是管道腐蚀穿孔的主要原因。

2.围广随机性强杂散电流的作用围很大，其影响可达几千米、几十千米，这与引起杂散电流的外部电流源密切相关。杂散电源腐蚀的发生又常常是随机而变的。无论从电流方向上，还是电流强度上，都是随外界电力设施的负载情况、轨道的连接与绝缘状况、管道的绝缘状况而变化。因此，常将杂散电流的干扰称为动态干扰。这也给杂散电流的测量、排除带来了困难。

图10-62 阳极地床周围的杂散电流干扰

1—测电位曲线 2—测电流(东) 3—被干扰管道 4—测电流(西) 5—整流器

6—被保护的管道 7—被干扰管道电位曲线 8—电流干扰区 9—电流泄漏

直流腐蚀是引起管道泄漏的最大隐患。近年来，对杂散电流的腐蚀已引起人

们的普遍关注。

图10-63 阴极保护管道的干扰

a)交叉 b)平行

三、杂散电流干扰的判断标准

地下杂散电流可以根据管一地电位偏移和地电位梯度来判断。对于此判断。各国根据国情都有自己的指标。例如，英国国家标准规定，以管道对地电位正向偏移20mV为判断指标；德国以+100mV为标准；日本的标准是+50mV。

原石油工业部编制的《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》。

(SYJ17—1986)，把判定标准分为两个台阶：一是确认干扰的存在，二是在确认干扰存在的前提下必须采取措施的临界指标。这一指标是：处于直流电气化铁路、阴极保护系统及其他直流干扰附近的管道，当管道任意点上管—地电位较自然电位正向偏移20mV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于0．5mV/m时，确认为有直流干扰；当管道上任意点管一地电位较自然电位正向偏移lOOmV或管道附近土壤中的电位梯度大于2.5mV/m时，管道应及时采取直流排流保护或其他防护措施。

日本<电蚀土壤腐蚀手册》推荐的地电位梯度与杂散电流干扰关系，见表

10-69。

表10-69 地电位梯度与杂散电流干扰

四、直流干扰腐蚀的防护

(一)减少干扰源电流的泄漏

直流干扰腐蚀的产生是源于各种电气设备的电流泄漏。因此，直流干扰的防护首先应减少这些电气设备的电流的泄漏。为此，对直流电气化铁路作如下限制：

1.铁轨导电性能必须良好通过铁轨的平均电流产生的电位差不得大于

3V/km。

2.铁轨接头增加电阻各区段铁轨接头增加的电阻，不得大于该区段铁轨电阻的20％。

3.铁辄与绝缘电气化铁轨应采取与绝缘的措施。对于供电方式，应采用减小供电围，增加足够的供电所的原则，保证在供电围接地装置只接地一次等，来减少杂散电流源。

(二)避开干扰源的设计原则

由于干扰源的情况错综复杂，在管道设计时又不可能完全避开，为保证管道安全，应遵循下列设计原则：

1.管道走向的选择合理选择埋地管道的走向，尽量远离干扰源。当埋地管道与直流电气化铁路的铁轨接近或交叉时，相互间的距离不得小于1m，且尽量缩短与之平行的管线的长度。

2.被保护管道与非保护管道的间距，应保持足够大的距离。非联合保护的平行管道，二者间距不宜小于10m。被保护管道与其他管道交叉时，二者间的净垂

直距离不应小于0．3m；当小于0．3m时，中间必须设有坚固的绝缘隔离物，确保其不接触。双方管道在交叉点两侧10m以上的管段上，应作特加强防腐。

管道与电缆交叉时，相互间净垂直距离不应小于0.5m，交叉点两侧也各延伸10m作加强防腐。

3.对受杂散电流干扰管段的保护措施在受到杂散电流干扰的管段，可增设绝缘法兰，将被干扰管道分成若干段，以减轻干扰，把干扰限制在一定围。

4.在被干扰管道与干扰源之间，可埋设金属屏蔽体，以减轻干扰。

(三)增加回路电阻

1.对可能受到杂散电流腐蚀的管道，其表面的防腐层等级采用加强级或特加强级。

2.对已遭受杂散电流腐蚀的管道，可通过修补或更换防腐层，来消除或减弱杂散电流的腐蚀。

(四)排流保护技术

1．排流方法杂散电流干扰本身是一害，但掌握其本质、因势利导，就可以化害为利。排流保护就是把杂散电流变为管道阴极保护的电流，所以排流保护也属于阴极保护的方法之一。排流方式有直接排流、极性排流、强制排流和接地排流，这些排流方法及其优缺点和适用条件，见表10-70。

表10-70 排流方式的选择