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埋地燃气管道地铁杂散电流腐蚀的防护

文档作者：赵英新，单鲁文文档来源：中交煤气热力研究设计院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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第1期
年1月
煤气与热力
GAS&amp;amp; HEAT
Vo1．34 No．1
Jan．2014
埋地燃气管道地铁杂散电流腐蚀的防护
赵英新， 单鲁文
(中交煤气热力研究设计院有限公司，辽宁沈阳110026)
摘要： 结合广东省天然气管网建设情况，分析地铁直流杂散电流对埋地金属燃气管道的腐
影响，提出了对埋地金属管道直流杂散电流电化学腐蚀的防护措施。
关键词： 地铁杂散电流； 埋地金属燃气管道； 腐蚀防护
中图分类号：TU996 文献标志码：B 文章编号：1000—4416(2014)01—0A05—04
旨简介：赵英新(1985一 )，女，辽宁锦州人，助理
学士，从事燃气工程设计工作。
R省天然气管网建设
气东输二线全面竣工投产，为广东省天然气
供了充足的气源保障，进一步掀起了天然气
没热潮。天然气管网有可能受到日趋完善的
气化轨道系统如地铁线路形成的杂散电流的
致埋地金属管道腐蚀。如果未做好相应的
沲，将造成天然气泄漏、爆炸等严重后果。
东省是能源消耗大省，能源供应紧张，环保压
]时，产业结构转型、节能减排等对广东省能
凋整、环保清洁能源天然气的工程建设提出
求。
I2年12月30日，来自中亚的天然气经由西
5日期：2013—11—01； 修回日期：2013—11—22
气东输二线最后一条投产的支干线广州一南宁段到
达南宁，标志着西气东输二线工程1条干线8条支
干线全部建成投产，为广东省天然气管网的建设注
入了新鲜血液。根据2009年11月广东省政府颁布
实施的《广东省油气主干管网规划(2009-2020)》，
至2020年，广东省将建成覆盖全省21个地级市的
天然气骨干管网，新建管道总长约3 200 km，总造价
约458×10 元，届时将大大提高全省天然气气化
率。根据规划，建设广东省天然气全省一张网，将形
成多个气源保障：西气东输二线输送的天然气，广东
与中石化等签署的川气人粤协议输送的天然气；深
圳大鹏湾等LNG接收站的进口天然气；南海海上天
然气。多气源互补、资源共享、开放使用将提高广东
省天然气管网系统的安全性、可靠性。
广东省天然气管网建设将以“全省一张网”为
目标，逐渐实现清洁能源建设，以下列举几个主要项
目。
① 广东省天然气管网一期工程
广东省天然气管网一期工程主干管网全长448
km，通达广州、佛山、东莞、惠州、清远、肇庆、韶关等
地市，是省重点能源基础设施建设项目。此工程于
2010年全面动工建设，其设计年输气量为160×10
m ／a，设计压力为9．2 MPa，项目总造价为62．46×
10 元。
② 珠海LNG配套管道工程
· A 05·
第34卷第1期 煤气与热力
依托珠海LNG项目，配合荔湾3—1气田天然
气登陆，建设连接珠海、江门、佛山、中山和广州等城
市的珠江三角洲西岸天然气输送管道，管道长度约
300 km，设计压力为9．2 MPa。此项目于“十一五”
期间开工，“十二五”期间继续推进。
③ 川气入粤工程
配合中石化川东北气田开发，建设川气入粤工
程，全长为180 km，管径为1 219 mm，设计压力为
9．2 MPa，于“十二五”期间开工建设。
④ 粤东LNG配套项目工程
依托粤东LNG项目，建设连接潮州、汕头、揭
阳、梅州等地的粤东天然气输送管网，延长与珠三角
天然气管网的衔接。全长为710 km，设计压力为
9．2 MPa，于“十二五”期间开工建设。
⑤ 粤西LNG项目配套管道工程
依托粤西LNG项目，建设连接湛江、茂名和阳
江等地的粤西天然气输送管网，延长与珠三角天然
气管网衔接。全长为695 km，设计压力为9．2 MPa，
于“十二五”期间开工建设。
2 地铁建设对埋地金属管道的影响
广东省不仅是能源消耗大省，也是中国的经济
大省，在许多方面都名列前茅。以省会广州为例，逐
渐完善的交通系统四通八达，广州地铁1号线于
1999年6月28日正式通车，标志着中国大陆继北
京、天津、上海后，第4座城市建有轨道交通系统。
广州地铁现已开通的线路有1号线、2号线、3号线、
4号线、5号线、8号线、广佛线及APM线，以上开通
线路总里程为236 km(包括广佛线广州段)，远期规
划里程为600 km。
伴随着广东省天然气管网的建设，大量的钢质
燃气管道埋入地下，这些埋地金属管道不可避免地
会与地铁线路发生相邻或交叉敷设的状况，而地铁
系统产生的杂散电流会对这些地下金属管道产生严
重的干扰、腐蚀，造成管道腐蚀穿孔和泄漏事故，危
害到地下燃气管道的安全和使用寿命，并可能会造
成灾难性的后果。
2．1 地铁杂散电流的产生¨
城市地铁的运行离不开牵引供电系统，我国地
铁牵引供电系统一般采用直流电力牵引的形式，牵
引供电系统是将交流中压35、20、10 kV经降压整流
变成直流1 500 V或750 V电压，为地铁列车提供
牵引供电。电气化轨道的牵引供电系统由牵引变电
所、牵引网、电力机车等组成，其中牵引网由馈电线、
接触网、钢轨、回流线组成。
土壤中的杂散电流主要分为直流杂散电流、交
流杂散电流、地电场电流3种形式，当埋地钢质管道
外防腐层破损后，很容易受到杂散电流的腐蚀。
地铁杂散电流腐蚀是由于电气钢轨运行时存在
的杂散直流电流通过地下管道，在电流从管道流出
处产生的腐蚀。它具有局部腐蚀特征，腐蚀速度比
自然腐蚀快10～100倍。
在地铁系统运行期问，有电流不能够正常沿回
流线回到牵引变电所，而这部分电流从走行轨流人
土壤中，当埋地金属管道敷设在其附近时，由于金属
管道对地绝缘并不充分，则一部分电流将流经金属
管道，便形成对埋地金属管道的杂散电流腐蚀。金
属管道在埋地敷设时主要会遇到电化学腐蚀及微生
物腐蚀等，杂散电流的干扰腐蚀即对其构成电化学
腐蚀。杂散电流进入金属管道的地方带负电，这一
区域称为阴极区，处于阴极区的管道一般不会受到
腐蚀，若阴极区的电位过负时，管道表面会析出氢，
而造成防腐层脱落。当杂散电流经金属管道流出至
变电所时，此处金属管道带正电，成为阳极区，金属
以离子的形式溶于周围介质中而造成金属体的电化
学腐蚀。
2．2 地铁杂散电流对埋地金属管道的危害 ]
地铁杂散电流对埋地金属管道形成电化学腐
蚀，与金属的自然腐蚀相比严重得多，如埋地金属管
道在只有自然腐蚀时，大部分为原电池腐蚀，驱动电
位差只有几百mV，腐蚀电流只有几十mA；而杂散
电流腐蚀为电解腐蚀，电位可达数V，电流最大可能
上百mA。另外杂散电流干扰腐蚀分布不均匀，会
造成较激烈的局部腐蚀，对于有防腐层保护的埋地
金属管道，防腐层的缺陷部位是其腐蚀的集中对象，
严重可造成管道泄漏事故。如香港地铁曾因地铁杂
散电流造成埋地燃气管道腐蚀穿孑L，发生燃气泄漏
事故；上海、北京、深圳等地的地铁对地下输油、输
气、输水管道也存在着严重的杂散电流腐蚀；广州地
铁3号线北延段(体育西一机场南)地铁途经白云
机场，开通以来，对白云机场内部埋地航油管道干扰
严重，使管道阴极保护系统不能正常运行。
3 杂散电流的检测及评价
现在常用的杂散电流检测技术主要有土壤电位
梯度检测技术、电流测量技术、管地电位连续动态检
· A 06 ·
赵英新，等：埋地燃气管道地铁杂散电流腐蚀的防护 第34卷第1期
测技术以及智能杂散电流检测技术(SCM)等。智
能杂散电流检测仪就是基于SCM开发的一种仪器，
它能够沿管道敷设线路检测管道上任何杂散电流的
大小及方向，排除不需要的干扰信号，确定干扰源的
类型及来源 。
一般情况，管道受到直流杂散电流干扰程度的
判定，应采用管地电位正向偏移指标或地电位梯度
指标。当管道任意一点的管地电位较自然电位正向
偏移大于20 mV或管道附近土壤的电位梯度大于
0．5 mV／m时，可确认受到直流杂散电流干扰；当管
道任意一点的管地电位正向偏移大于100 mV或管
道附近土壤的地电位梯度大于2．5 mV／m时，应采
取排流保护或其他防护措施 J。
4 腐蚀防护措施
针对地铁直流杂散电流对埋地金属管道产生的
电化学腐蚀，应采取必要的防腐措施。此种腐蚀与
中间介质土壤的性质关系不大，防腐措施以对地铁
及金属管道两方面为重点分别进行防护。
4．1 地铁的防护措施⋯
地铁的建设及施工必须按照工程设计的要求，
完成限制杂散电流的各项措施和地铁结构的腐蚀防
护与监测设施，并作为工程验收的内容。施工过程
中，应及时逐段检查施工质量，保证达到技术标准。
① 地铁牵引供电系统
在采用走行轨回流的直流牵引供电系统中，接
触网应与牵引变电站的正母线相连接，回流走行轨
应与负母线连接。新建地铁线路的牵引供电系统，
宜选用较高的牵引电压和分布式的牵引供电方案，
缩短直流牵引馈电距离。牵引变电站的负回流线应
使用电缆，其根数不应少于2根，且耐压等级不应低
于工频5 kV。地铁结构钢筋、自来水管及电缆金属
外铠装壳等金属管线结构，与回流走行轨和电源负
极间不应有直接的电气连接。应严格执行CJJ 49—
1992(地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》的相关规
定，设置极性排流防护系统等。
② 地铁走行轨回流系统
根据cJJ 49—1992《地铁杂散电流腐蚀防护技
术规程》的相关规定，兼用作回流的地铁走行轨与
隧洞主体结构(或大地)之问的过渡电阻值(按闭塞
区间分段进行测量并换算为1 km长度的电阻值)，
对于新建线路不应小于15 Q·km，对于已运行线路
不应小于3 Q ·km，木质轨枕必须先用绝缘防腐剂
进行防腐处理。枕木的端面和螺纹道钉孔必须经过
绝缘处理，或设置专门的绝缘层。螺纹道钉孔不应
贯通。轨底部与道床之间的间隙不得小于30 mm。
地铁的隧洞衬砌结构和钢筋结构不应兼作他用。走
行轨回路中的扼流变压器、道岔等与线路的路基、路
面混凝土及主体结构之间，应具有良好的绝缘。道
岔转辙装置控制电缆的金属外铠装壳与道岔本体之
间亦应具有良好绝缘。扼流变压器的塑料连接电
缆、股道间均流线用塑料电缆的绝缘要求，应与负回
流电缆相同。在车辆段的检修与停车库中，每一条
线路的走行轨均应使用绝缘接头与车场线路的走行
轨相隔离。在绝缘接头处，应设置隔离开关，以保证
列车能驶出停车位置。轨道和金属结构、管道、电缆
外铠装壳、混凝土钢筋等之间亦应具有良好绝缘。
③ 穿越地铁设施的各种金属管线
金属管线进出地铁隧道部分应采用绝缘法兰连
接，穿过轨道下的金属管道应采取绝缘措施，如铠装
电缆必须外设绝缘护套等。
在采取以上措施的同时，必须做好结构的防水、
结构金属与电力系统设施的绝缘，防止轨道扣件受
污。配置杂散电流观测设备，随时掌握杂散电流干
扰情况，以便采取有的放矢的防护措施。
4．2 金属管道的防护措施
4．2．1 常用的防护措施
① 合理选线
根据沿线杂散电流源的勘察结果，燃气管道布
线时在符合安全要求前提下，合理选择走向，尽量避
开地铁、电缆等杂散电流干扰源。或对受杂散电流
干扰管道增设绝缘法兰，将被干扰的管道与主干线
分隔开，把干扰限制在一定范围内，减轻干线的腐
蚀。
② 增加回路电阻
根据燃气的品质和输送压力尽量选用聚乙烯管
材。对于金属管材，主要是采用防腐等级高的防腐
绝缘层，采用耐杂散电流的防腐绝缘材料如环氧煤
沥青涂料等，接口处采用热缩套管。及时观测杂散
电流，及时修补和更换防腐绝缘层。
③ 采取必要的排流措施
排流保护措施不同于管道的防腐设计，需按有
关标准进行干扰源侧及管道侧测定，根据具体情况
确定方案。排流保护的方法通常有4种，即直接排
流、极性排流、强制排流、接地排流。
· A 07 ·
第34卷第1期 煤气与热力
直接排流：管地电位偏移稳定在正方向，可采用
此保护措施。通过导线将管道和干扰源侧的负极直
接连通，将管道中的干扰电流引入干扰源的负极。
此法适用于牵引变电所附近，简单经济、效果好，但
范围有限。
极性排流：管地电位正、负极性交变时，可采用
此保护措施。通过极性排流器(一般为二极管)将
管道和回流轨道连接，当管道上出现正电位时可把
管道中的杂散电流排出，出现负电位时排流器不导
通，可防杂散电流的进入。此法安装方便、应用广，
但管道距轨道远时效果不好。
强制排流：管地电位正、负极性交变，电位差小，
且环境腐蚀较强时，可采用此保护措施。通过强制
排流器将管道和轨道连接，杂散电流通过强制排流
器的整流环排放到轨道上，当无杂散电流时，强制排
流器给管道提供一个阴极保护电流，使管道处于阴
极保护状态。此法保护范围大，地铁停运时可对管
道提供阴极保护，但对轨道电位分布有影响，需要外
加电源。
接地排流：管地电位正向偏移，管道离干扰源较
远，且不允许直接向干扰源排流，可采用此保护措
施。将被干扰管道与接地体相连，使管道内的杂散
电流通过接地体流人大地，进而流回干扰源，以实现
排流目的。此方法的缺点是效果较差，需要辅助接
地体。
4．2．2 金属管道侧防护实例
2013年广州港华燃气有限公司拟建设燃气主
干管道工程，本工程起于清河东路以北约180 m的
拟建调压站，向北沿京珠高速公路与地铁4号线平
行敷设，沿途经过地铁4号线石暮站，在石暮站北侧
约29 m及499 m处、南侧约697 m处3次穿越地铁
四号线“新造一石暮一海傍”区间高架桥，止于规划
莲花大道南侧，全长约5．598 km，规划地铁十七号
线走廊位于莲花大道。由于地铁附近的杂散电流干
扰很大，对管道产生间断直流干扰影响，其结果将直
接导致管道发生严重的电解腐蚀，大大缩短管道的
使用寿命。为保证管道的安全运营，杜绝事故隐患，
结合以往经验，计划针对流经该部分管道的杂散电
流进行以下几种整治方案。
① 提高防腐等级
因本工程管道设计压力为次高压，管材选用钢
质管道，为保护管道，避免受杂散电流的腐蚀采用了
提高防腐等级的方法，如采用聚乙烯三层特加强级
防腐，接口处采用热缩套管。
② 设置绝缘接头
在穿越段出入土点两端安装绝缘接头，将穿越
段与主管断开，减小杂散电流的干扰区域，缩短杂散
电流的腐蚀长度。
③ 穿越段管道两端分别安装1～4组(组数
根据穿越管道的长度决定)单向极性排流器和牺牲
阳极的联合系统，通过该系统把杂散电流排入土壤，
避免杂散电流对管道的腐蚀。联合系统电缆直接焊
接在管道外壁，焊点用补伤胶加补伤片进行防腐处
理。
④ 管道运行中应实时观察检测管道受杂散电
流腐蚀情况，如出现腐蚀现象，应及时修复和更换防
腐绝缘层。修复方法分为开挖修复、非开挖修复两
种，修复后的防腐等级不应低于原设计等级。开挖
修复即开挖后将腐蚀损坏的管道全面拆出，再敷设
新管，回填夯实并修复路面；非开挖修复主要分为翻
转内衬法、尼龙管内插法、紧贴内壁法等，其中比较
常用的翻转内衬法的工作原理是将里侧已涂胶的内
衬套管翻吹进管道，与管道内壁粘结形成内衬保护
层。
采取排流措施后使得沿线杂散电流对管道的干
扰强度大幅下降；受杂散电流干扰的管道长度大大
缩短；流入管道的杂散电流将通过所安装的排流系
统排出，从而减少了管道的电解腐蚀。
5 结语
广东省天然气管网建设在符合城市整体规划的
同时，也要针对发达的交通系统对埋地金属管道造
成的杂散电流腐蚀做好相应的防护措施。本文对此
提出以下建议：
① 合理规划天然气管网路线，尽量避开地铁
等城市电气化交通系统，避免因此而造成的金属管
道电化学腐蚀。
② 与给排水、热力等地下管道组成综合管网
系统，采取统一防护与动态监控、综合管理相结合措
施，提高对杂散电流电化学腐蚀防护措施的经济性、
有效性。
③ 加强天然气管网实时监测，及时了解掌握
杂散电流对管道的腐蚀情况，制定科学合理的应急
预案，减少或避免管道腐蚀事故的发生。
(下转第A17页)
· A 08·
www．watergasheat．COITI 王湘宁：居民室内燃气泄漏分析 第34卷第l期
如燃气浓度先达到爆炸下限，此时点燃，则爆炸迹象
突出；待时间延长燃气浓度变大，待接近爆炸上限
时，点燃后燃烧迹象明显。
根据有关资料可知，华北地区的厨房燃气设施
漏气情况：厨房的燃气管道、燃气表、阀门、台式灶发
生的自然泄漏量很小，为0．02 m ／h；台式灶如因使
用不当造成泄漏，泄漏量取决于燃气负荷和开关的
开启程度，单眼灶全开时天然气的泄漏量为0．47
m ／h(台式灶种类不同时，泄漏量也不同)；胶管脱
落，相当于灶前阀开启，此时天然气的泄漏量为
3．12 m ／h。
经过相应计算可得：厨房门窗关闭，自然通风条
件下，厨房燃气设施自然泄漏50 h后，燃气的体积
分数为0．96％。台式灶使用不当导致漏气，76 rain
后天然气的体积分数达到5％(爆炸下限)。胶管脱
落10 rain后，天然气的体积分数可达5％(爆炸下
限)。这些数据表明，燃气设施自然泄漏不会造成
事故；而由于使用不当、胶管脱落等都可以造成着火
爆炸事故，特别是胶管脱落，燃气很快达到爆炸极
限。这些可供我们分析漏气时参考。
5 结语
发生事故的原因很多，设计、施工以及运行中出
现的问题，都可能导致事故。对事故认真研究分析，
总结经验教训，对其进行技术分析，对改进工作、预
防和减少事故发生是非常必要的。
参考文献：
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大学出版社，1996：45．
Analysis of Residential Indoor Gas Leakage
WANG Xiangning
Abstract： The flammable gas explosion energy，
electrical energy to detonate and SO on are analyzed．
The influence factors of indoor gas leakage diffusion are
discussed．
Key words： gas accident；explosion；leakage；
minimum ignition energy；maximum explosion pressure
(上接第A08页)
参考文献：
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Protection of Buried Gas Pipeline from
M etro Stray Current Corrosion
ZHA0 Yingxin．SHAN Luwen
Abstract： Combined with the construction situ—
ation of natural gas pipe network in Guangdong Prov—
ince。the corrosion influence of metro DC stray current
on buried metal gas pipeline is analyzed．The protec—
tion measures of buried metal pipeline from electro—
chemical corrosion of DC stray curent are put forward．
Key words： metro stray curent；buried metal
gas pipehne；corrosion protection
· A l7 ·

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