川气东送杂散电流检测报告终.docx
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川气东送杂散电流检测报告终
中石化川气东送管线
杂散电流检测报告
天津市嘉信技术工程公司
2013年8月
第一部分
川气东送金陵支线
杂散电流检测报告
现场施工：
赵海军、王亚、祁亚林、张磊、董姜北
数据分析：
赵海军、王亚、祁亚林
报告编写：
赵海军
审核批准：
林守江
一、检测工程及管段概况
川气东送金陵支线起点为南京支线龙潭输气站，终点为金陵石化输气站，全长23.5km，管径为406.4mm，壁厚8mm，管材为L415ERW钢管，外防腐层为3层PE，于2010年底建成投产。
该支线采用强制电流与牺牲阳极联合保护的方法，在管道上安装有绝缘接头，绝缘接头至金陵石化输气站12.6公里管道（测试桩JL-020至JL-042）采用强制电流保护，恒电位仪设置在金陵石化输气站，预置电位为-1.30V。
该段管道与苏南成品油管道同沟敷设，通过均压线进行联合保护，并与港华燃气管道存在交叉和并行。
在312国道的九乡河至七乡河区间，管道与沪宁城际高铁并行，间距约为60-200米。
该管线在此区间与南京地铁2号线存在平行，但间距很远，间距约2.4公里，平行长度约3公里。
沪宁城际高铁为交流驱动，地铁2号线为直流驱动，牵引电压为1500V。
管道位置走向与其它管线和交通设施如下图：
图1.各管道走向示意图
川气东送江苏段金陵支线投产至今已两年多，长期以来一直受到强烈的杂散电流干扰，2011年川气东送公司对该段进行监测，确定为直流干扰，并对金陵支线穿312国道后七乡河至金陵石化末站段采用直接排流措施，从测试桩JL-025至JL-040段埋设锌带，排流管道长约8.9km。
根据近期监测情况，测试桩桩号为JL-029至JL-035管段受干扰情况仍比较严重，管道电位波动较大，排流效果不明显。
严重影响了管道阴极保护的正常运行，使管道安全存在重大隐患。
在委托多家检测公司未能成功实施杂散电流干扰检测之后，中国石油化工股份有限公司天然气川气东送管道分公司委托天津市嘉信技术工程公司对金陵支线进行全面杂散电流检测。
二、杂散电流干扰段环境描述
根据甲方提供的《金陵支线受到杂散电流干扰情况汇报》以及检测人员的现场调查，川气东送江苏管理处金陵支线从金陵站开始到绝缘接头结束（JL-020至JL-042）全长12.6公里,管道均受直流杂散电流干扰，其中JL029至JL-035管段受干扰比较严重。
川气东送金陵支线管道在JL-040桩开始与苏南成品油管线同沟铺设，到JL025桩川气东送管道向北穿越，而苏南管道向东，两条管道分开，并行距离大约9.5公里。
川气东送金陵支线管道与港华燃气管道在九乡河西路开始并行，一直到JL020桩，并行距离9公里左右。
与国道312以及沪宁城际铁路并行7公里左右。
天津市嘉信技术工程公司于2013年5月30日至2013年7月7日期间，完成了对川气东送江苏管理处金陵支线的杂散电流检测。
检测期间因雨季多次暴雨，现场无法施工而中断两次。
检测施工范围涉及金陵支线周围的港华燃气管道、苏南成品油管道、地铁及城际铁路等管道周围潜在干扰源，并最终确认了干扰源及干扰最严重的管段。
图2.管道及周围设施分布图
三、动态杂散干扰的危害模式及检测工具
动态杂散电流干扰程度和极性随时间变化，由于其变化规律因干扰源的情况变化而变化。
进行动态杂散电流的探测，找出干扰的来源相当困难。
埋地管线上典型的动态杂散电流来自直流电力驱动系统。
在受干扰的管道附近，表现为：
管－地电位不稳定、管线电位严重偏离正常值，以及土壤电位梯度反常等。
杂散电流通过邻近防腐层良好的管道网络可以传送到几公里以外，甚至更远的地方，杂散干扰电流会对邻近的地下金属管线/地下结构产生非常有害的影响。
杂散电流干扰的危害表现在：
在管道的杂散电流流出点（也称为放电点），管体会受发生强烈的电解腐蚀。
若不采取合适的治理措施，这种干扰致使管道的管体在很短的时间内腐蚀穿孔，发生管道安全事故。
图3.动态杂散电流干扰模式及检测方法
对于动态杂散电流干扰的检测是一个相当复杂的系统工程。
要找出埋地管线上的干扰电流的流出点，必须了解管道的铺设环境、管道周边的可能对管道产生干扰的设施的情况，以及埋地管道外防腐层的完好状况等等。
目前，最为有效的检测工具为英国雷迪公司（RadiodetectionLtd.）生产的SCM杂散电流动态检测系统（StrayCurrentMapper）。
动态杂散电流检测系统由以下三部分组成：
ØSCM智能感应板，连同电池和连接导线
ØSmartMedia检测数据存储卡
Ø电脑控制及分析应用软件
SCM杂散电流动态检测系统的性能特点是：
✓检测杂散电流的频率响应范围为：
0.1Hz－80Hz；
✓可以定位杂散电流在受干扰管道上的流入/流出点；
✓可用于快速评估杂散电流排流措施的腐蚀控制效果；
✓智能感应板可进行长达24小时数据采集，便于检测不同时段干扰情况；
✓无需连接管道，在地面快速评估管道中杂散电流的大小和方向。
图4.SCM杂散电流测绘系统组成图
表1典型SCM动态检测系统配置表
名称
数量
SCM杂散电流检测感应板
3个
SP智能探针
3个
SI智能断流器
1个
笔记本电脑
1台
检测所需的辅助检测设备：
CIPS静态数据记录仪、硫酸铜参比电极（CSE）、万用表、钢钎、导线等。
四、检测依据标准及目标
对埋地钢质管线的杂散电流干扰检测评价工作是根据相应的国际和国家行业标准进行。
依照的具体标准如下：
1.SY/T0087.1-2006钢制管道及储罐腐蚀评价标准
--埋地钢质管道外腐蚀直接评价（ECDA过程）
2.NACESP0502-2008埋地钢质管道外部腐蚀的直接评价方法
3.SY/T0017-2006埋地钢质管道直流排流保护技术标准
4.GB/T50698-2011埋地钢质管道交流干扰防护技术标准
5.GB/T21246-2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法
6.GB/T21448-2008埋地钢质管道阴极保护技术规程
7.SY/T5918-2011埋地钢质管道外防腐层修复技术规范
根据本次工程目的的要求以及前期提供的检测设计方案，此次川气东送管道的SCM动态杂散电流检测目标是：
（1）检测出干扰管段上杂散电流的分布状况。
（2）确定管道上杂散电流干扰严重管段。
（3）检测并定位出杂散电流的干扰源。
（4）提出杂散电流的治理建议方案。
五、杂散电流检测的实施方案
5.1、前期资料收集—基础情况调查
依据委托方川气东送江苏管理处提供的金陵支线受到杂散电流干扰情况报告，以及其他检测单位以往进行的杂散电流检测情况，初步了解到：
金陵支线管线在每天晚上12点至凌晨6点，管道电位平稳，基本不受杂散电流干扰。
其他时间管道保护电位一直在波动，波动电位范围为：
+300至-1500mV（CSE以下相同），致使管道阴极保护不能正常工作。
电位波动的最大点位于JL033测试桩，电位波动范围：
+300至-1500mV，地电位梯度：
3.6mV/m。
通过对周围干扰源的调查分析，认为：
符合这个运行时间规律的只有地铁2号线。
初步判定干扰源来自于地铁2号线。
需在金陵支线JL040至JL020测试桩之间、港华燃气与金陵支线并行的两端以及苏南成品油与金陵支线并行的两端，使用RD8000检测仪对金陵支线路由和埋深进行检测，测定该段管道的精确线路由及埋设深度。
5.2、动态杂散电流检测的位置选定
根据被干扰管道和杂散电流干扰源的两方面基础资料调查结果和管线路由情况，以及管线特征点的分布情况，来确定SCM检测中的参考板放置位置和移动板的放置位置、检测时间、检测时段长度。
在本次检测中，首先确定管地电位波动以及地电位梯度最大的位置为JL034至JL035测试桩，用SCM进行杂散电流检测的检测感应板位置布置集中在以JL034号电位测试桩的两端的管段范围中，SCM感应板放置在金陵支线管线的正上方。
5.3、动态杂散电流初步检测方法
标准感应板（测试管道上杂散电流的参考基准）放置在JL034测试桩处，作为整个检测的参考板。
分别在与金陵支线并行港华燃气管道两端，苏南成品油管道两端以及金陵支线并行的两端位置上放置移动感应板，通过对管地电位的24小时监测发现，干扰源为持续干扰，SCM移动板进行15至30分钟的检测便可以说明管道上杂散电流情况。
以此来描绘管道上各处杂散电流的方向和大小分布状况。
通过现场记录的杂散电流数据，应用SCM数据分析软件，分析不同管段上杂散电流衰减情况以及相关性，进而得出管道中杂散电流干扰程度和杂散电流在管道上流入和流出点的可能存在的大致位置。
5.4、管道上杂散电流流入流出点的精确定位
在该检测阶段中，通过对6个移动感应板与标准感应板采集的电流强度及相似度的比对得出，杂散电流是在金陵支线JL035至JL025段流入管道的，并对管道整体的管地电位造成影响。
通过对周围构筑物的调查，杂散电流强度，管地电位检测，地电位梯度检测可以确定管道上杂散电流的流入及流出点的精确位置。
5.5、动态杂散电流干扰源位置追踪
在确定杂散电流在被干扰管段上的流入和流出点后，进一步寻找杂散电流的在地铁2号线上可能泄漏点的位置（杂散电流的来源确切位置通路）及可能的传播路径。
在检测出的杂散电流流入和流出点处，根据防腐层缺陷点的位置，2号地铁线与管道的相对位置，可能的地铁供电站的方位，辅助以及其他相关检测手段的检测结果，重新布置感应板的检测位置进行第二轮动态SCM的检测。
鉴于该阶段工作的目的，本轮检测的时段无需太长，只需检测出杂散电流的大小即可。
现场依据杂散电流变化趋势重新设置感应板位置，以此种方式追踪杂散电流信号，沿着杂散电流流动的路径，寻找杂散电流干扰源位置。
5.6、动态检测结果分析及排流方案的确定
根据SCM检测出杂散电流的流入点、流出点和杂散电流干扰的传播通路的情况以及其他辅助检测的结果，在被干扰管道上选择适合的排流点进行排流，以及确定其他的杂散电流腐蚀的控制方法。
针对检测的实际情况和检测结果，通过与地铁和铁路部门协调，在已经查明的干扰源电流泄漏点采取相应的措施，使轨道与大地之间的绝缘电阻增加到足够大的程度，减少杂散电流在泄漏点出的电流泄漏程度，在处理方法得当、效果理想的情况下，完全有可能从根本上杜绝地铁2号线在该处泄漏干扰电流的情况发生。
5.7、SCM检测操作方法简述
（1）首先使用管线定位仪对要检测管段进行精确定位，测定管线地面位置、埋深状况。
（2）将SCM感应板放置到检测方案中确定的检测点上，使感应板垂直于管道位于管线的正上方。
（3）将SCM感应板与笔记本电脑串口相连，通过串口设置SCM检测的方式、检测时间、检测文件名等相关参数。
（4）如果需要检测管道的电位的波动情况，还需要使用SCM感应板上的电位测试接口，将管道和硫酸铜参比电极的信号输入到SCM感应板中
（5）如果现场环境情况较复杂，还需要给SCM感应板连接智能探针，将智能探针直接插入土壤中，使智能探针能够插入到尽可能地靠近管道顶部的中心位置。
（6）完成以上的参数设置及相关连接好后，即进行SCM检测。
（7）进行不同时段的SCM检测，多时段收集管道杂散电流数据。
5.8、SCM数据分析
（1）通过SCM检测测量的数据传入电脑中，应用SCM的专用软件进行相关的分析，确定管道中杂散电流的干扰强度和方向，电流的流入及流出点。
（2）通过数据分析的出管道的干扰状况，进一步确定进行杂散电流治理的相关方案。
图5.数据分析软件工具栏及检测数据曲线
5.9、辅助检测方法
（1）管地电位法
长时间监测管道中管地电位的波动情况，分析杂散电流对管道电位造成的影响，依据SY/T0017—2006《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》评定直流杂散电流的干扰程度。
（2）地电位梯度
在管道的路由上按一定距离，以平行管道和垂直管道的方向，测量大地中杂散电流的强度。
依据上面的SY/T0017-2006标准评定直流杂散电流的干扰程度。
六、动态杂散电流检测的实施过程及数据分析
6.1本次检测所应用仪器
自2013年5月30日至2013年7月7日期间，进行了杂散电流的检测。
使用的仪器有：
SCM智能检测板2块
CIPS-LOGGER静态数据记录仪1套
RD8000管线仪1套
RD4000管线仪1套
与SCM配套的笔记本电脑1台
SCM数据处理软件1套
饱和硫酸铜参比电极、数字万用表等辅助设备。
6.2SCM动态杂散电流检测过程描述
（1）2013年5月31日，检测人员在川气东送江苏管理处有关负责人及技术人员的陪同下，对金陵支线阴极保护站以及JL040至JL035测试桩管段情况进行现场勘察，并结合检测人员前期收集的管线资料，确定检测实施计划。
（2）6月1日至6月8日进行金陵支线管地电位的检测，地电位梯度以及杂散电流分布情况检测。
首先，在金陵支线阴极保护测试间进行了24小时阴极保护电位检测。
通过对管地电位的24小时检测发现，管地电位在晚上12点到6点之间趋于稳定，不受杂散电流干扰。
这就说明干扰源在晚上12点到6点之间停止了工作，干扰源对管道干扰效果消失。
管道电位稳定且恢复正常。
可以判定干扰源为直流干扰。
在这个时间段内与之匹配的直流干扰只有地铁。
图6.阴极保护间24小时管地电位检测图
然后通过对管道沿线的管地电位检测，地电位梯度检测以及交流电压的检测，通过这些数据的检测判断哪些位置受到的干扰最大，再进行SCM的检测。
确定干扰严重段为JL029至JL035桩。
初步判断干扰电流通过港华燃气管道流过来的。
（3）6月14日至6月23日进行管道流入路径的查找，在港华燃气工作人员的陪同下，对港华燃气管道上进行检测，通过检测发现，港华燃气管道采用牺牲阳极阴极保护，且在与金陵支线并行前，港华燃气管道有绝缘接头设施，绝缘效果良好。
绝缘接头附近电位稳定，这就排除了港华燃气管道带来干扰的可能。
接下来只能利用检测杂散电流强度的大小来判断，干扰源的流入点。
杂散电流标准感应板（测试管道上杂散电流的参考基准）放置在JL034测试桩处，作为整个检测的参考板。
分别在金陵支线和苏南成品油管道并行段两端位置上放置移动感应板，检测电流强度的大小。
通过检测发现，两条管线两端4个点的杂散电流强度值均没有JL034的杂散电流强度大，所以可以断定，杂散电流的流入点就是在金陵支线JL029至JL035之间，也是受干扰最大的管段。
（4）7月1日至7月7日确定了杂散电流流入的路径及流入点。
在确定了干扰源流入的位置为JL029至JL035之间，在其周围进行地电位梯度的检测及杂散电流强度的检测，通过检测发现，管道与地铁2号线之间的地电位梯度并不大且与管道平行最近距离为2.4公里，通过地铁2号线直接对金陵支线产生干扰的可能性不大。
但是在管道干扰最严重段北侧，与沪宁城际铁路之间的检测有重大发现，在对应的金陵支线JL034测试桩对面栖霞收费站附近的高铁桥墩接地极的地电位梯度很大，垂直地电位梯度达到了10mV/m。
且从桥墩向管道方向慢慢减小。
而在JL034测试桩附近测得的管道垂直地电位梯度为4.2mV/m。
这两者之间肯定存在着联系。
于是，在栖霞收费站对面高铁6号桥墩处，在管道和高铁之间距离高铁10米处平行于高铁铁轨设置了SCM参考感应板，在金陵支线37#桩处设置了移动感应板，通过曲线对比，两者的相似度很高，且参考板的电流强度明显高于移动板，可以确定管道杂散电流是通过高铁铁轨传过来，并通过高铁接地极流动到管道的。
为了进一步验证，检测人员于7月5日晚上11点30分至7月6日凌晨1点分别对栖霞收费站对面高铁6号桥墩处进行地电位梯度检测和杂散电流强度的检测，在金陵支线JL035处进行管地电位检测。
通过检测发现，23点30分至24点城际铁路处的地电位梯度一直在波动，最大值为10mV/m，24点至0点15分高铁处的地电位梯度最大值为5mV/m，0点15分以后地电位梯度值一直维持在0.2mV/m。
且杂散电流干扰强度有明显的下降。
相应的金陵支线JL035测试桩管地电位也随着这个时间特性，电位逐渐趋于稳定。
由此可以确定金陵支线的干扰为地铁2号线故障电流通过高铁铁轨传送到管道附近，有通过栖霞收费站对面桥墩接地对管道产生直流杂散电流干扰。
图7.沪宁城际铁路栖霞收费站对面6号桥墩处杂散电流检测
图8.JL035号桩管地电位检测图
通过6#桥墩杂散电流强度与JL035测试桩管地电位的对比可以看出，随着6#桥墩杂散电流干扰强度的减小，JL035测试桩的管地电位趋于稳定。
可以判断地铁2号线的干扰电流是通过城际铁路传播到管道附近，通过城际铁路桥墩接地对管道造成干扰。
6.3检测数据分析
1、干扰管段上杂散电流普查结果（地电位梯度）检测
（1）各测试桩杂散电流普查表
序号
桩号
地电位梯度
交流电压
（V）
平行管道
（mV/m）
垂直管道（mV/m）
最大值
（mV/m）
1
JL040
2
1
2
1.2
2
JL037
0.5
1.26
1.26
1.5
3
JL036
0.8
0.8
0.8
2.1
4
JL035
4
4.5
4.5
0.89
5
JL034
4.2
1.2
4.2
1.2
6
JL033
3.5
1.15
3.5
2
7
JL032
4
2.5
4
0.8
8
JL031
0.4
2.4
2.4
3.3
9
JL030
1.29
2.88
2.88
10
10
JL029
0.69
2.4
2.4
2.8
11
JL028
0.66
1.68
1.68
2.3
12
JL027
0.9
2.19
2.19
1.9
13
JL026
0.5
0.3
0.5
2.2
14
JL025
3
2.6
3
3.5
15
JL024
0.69
0.42
0.69
2.5
16
JL023
0.46
0.41
0.46
3.5
17
JL022
0.71
0.31
0.71
1.5
18
JL020
1.5
1.5
1.5
0.43
（2）各测试桩地电位梯度检测图
图9.各测试桩地电位梯度检测图
通过地电位梯度的检测，直流干扰影响最大管段为JL032至JL035测试桩。
地电位梯度最大值为JL035测试桩，为4.5mV/m。
2、金陵支线干扰段上管地电位检测结果
（1）锌带断开后，阴极保护未运行时各测试桩管地电位检测表
序号
测试桩
管地电位最小值（mV/m）
管地电位最大值（mV/m）
1
JL040
-35
-1531
2
JL037
-98
-922
3
JL035
-45
-2548
4
JL034
-33
-2517
5
JL033
-76
-4960
6
JL032
-100
-4951
7
JL030
-72
-4955
8
JL029
-51
-4957
9
JL028
-144
-4948
10
JL027
-88
-4834
11
JL026
-197
-2622
12
JL025
-209
-1019
13
JL023
-371
-4847
14
JL022
-248
-1686
15
JL020
-435
-1552
16
JL019
-850
-1550
17
阴极保护站
-0.446
-1600
（2）锌带断开后，阴极保护未运行时各测试桩管地电位（绝对值）分析图
通过管地电位的检测可以得出，在未接锌带的情况下，管道阴极保护未运行时，管地电位波动最大的管段为JL027至JL033段。
此段中管地电位波动幅度差异不大。
（为了便于观察，图中管地电位值为管地电位的绝对值）
（3）锌带连接后，阴极保护运行时各测试桩管地电位检测表
序号
测试桩
管地电位最小值（mV/m）
管地电位最大值（mV/m）
1
JL040
-933
-1236
2
JL037
-763
-1504
3
JL035
-375
-1751
4
JL033
-320
-1610
5
JL032
-547
-1912
6
JL031
-508
-1750
7
JL030
-910
-1287
8
JL029
-745
-1553
9
JL028
-674
-1478
10
JL027
-814
-1295
11
JL026
-870
-1355
12
JL024
-310
-4974
13
JL023
-448
-4686
14
JL020
-810
-1552
（4）锌带连接后，阴极保护运行时各测试桩管地电位（绝对值）分析图
通过管地电位的检测可以得出，在锌带连接阴极保护运行的情况下，管地电位波动最大的管段为JL023至JL024段，此段管道没有锌接地排流。
有锌接地排流管段（JL025-JL040），管地电位波动最大管段为JL035至JL031段。
（为了便于观察，图中管地电位值为管地电位的绝对值）
3、锌接地排流检测
将万用表调至“20A”直流电流档，万用表正极接锌带，负极接管道。
所测直流杂散电流排流量见下表：
序号
测试桩
锌接地直流排流量（A）
锌带开路电位（V）
1
JL040
-0.2
-1.136
2
JL037
-0.02至-0.11
-1.081
3
JL035
0.12至-0.18
-1.134
4
JL033
0.05至-0.25
-1.097
5
JL032
0.15至-0.28
-1.114
6
JL031
0.08至-0.13
-1.121
7
JL030
0.05至-0.13
-1.12
8
JL029
0.06至-0.16
-1.086
9
JL028
0.03至-0.08
-1.106
10
JL027
0.01至-0.06
-1.056
11
JL026
0至-0.03
-1.12
通过对锌带排流的检测可以看出，锌带既能给管道提供保护电流也能起到排流作用。
4、SCM杂散电流检测结果（测定杂散电流的大小及方向）。
（1）干扰源的判断
图10.24小时管地电位检测
图11.地铁2号线接地与JL033测试桩杂散电流曲线相关性
图12.JL035测试桩杂散电流与管地电位对比图
通过24小时管地电位检测，可以推断干扰源来自地铁，通过地铁接地与管道杂散电流的相关计算（相似度高达70%），可以确定干扰源来自地铁2号线。
通过JL035桩晚上11点30分到凌晨1点的杂散电流及管地电位检测的对比结果可以看出，地铁停止运营后，管地电位十分平稳，确定地铁直流干扰为主要直流干扰。
（2）杂散电流强度检测及流入点检测
通过SCM数据分析软件计算杂散电流的波动值，分析杂散电流流动方向。
由于本阶段管线所处环境十分复杂，伴行管线较多，所测杂散电流值可能是非真实值，不能代表杂散电流的具体流向。
通过检测已知管道杂散电流是通过城际铁路地极传播到管道上对管道造成影响的，现通过对管道与城际铁路平行段桥墩的传播杂散电流大小，来确定干扰电流的流入点。
城际铁路桥墩处检测所获得杂散电流检测数据与检测位置的对应表
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