城市地下管道杂散电流腐蚀分析

1.杂散电流腐蚀

杂散电流是指从规定的正常电路中流失而在非指定间路中流动的电流，分为直流与交流两种，直流杂散电流对管线的危害更大。

杂散电流腐蚀是指由杂散电流引起的金属电解腐蚀。直流杂散电流腐蚀是指管道沿线的直流电源泄漏在土壤中的电流流经钢管构成回路，在流出点造成的腐蚀。交流杂散电流腐蚀则是交流电气化铁路及高压输电线路电压波动在钢管上感生电流造成的腐蚀。

城市地下杂散电流的主要来源是直流电气化铁路。地铁或轻轨运行中，有不少电流不是沿轨道回到牵引变电所，或者根本不再回到牵引变电所，而是流向大地低电位处。它可引起地铁或轻轨沿线两侧几千米至十几千米范围内埋地金属管线（如燃气管、自来水管、热力管、电缆套管等）发生严重的腐蚀。

依据法拉第定律，1A的直流电流可使钢铁腐蚀约9kg，杂散电流腐蚀通常是发生在管道防腐层破损处，即集中在局部，因而会引起强烈的坑蚀，导致很快穿孔。我国东北地区输油管道80%的腐蚀穿孔是由杂散电流引起的，位于直流电气化铁路附近的管道，严重时半年就发生腐蚀穿孔，计算可知腐蚀速度大于10～12mm/年。

2.杂散电流腐蚀的概况

（1）国外情况

19世纪70年代末第一条电气铁路投入商业运行，随后几十年内，国外轨道交通建设迅速发展。与此同时，电话、自来水和燃气公司发现，轨道附近的埋地管线和电缆的腐蚀格外严重，轨道交通部门也发现轨道和道钉发生了严重局部腐蚀。经过多年研究，终于确定是由于机车轨道与道床间没有良好的绝缘措施，牵引电流从轨道泄入大地引起的。1910年，美国标准局开始对杂散电流腐蚀问题组织系统研究，到1921年，美国标准局确定必须从干扰源侧（电气轨道系统）和被干扰侧（埋地管线和电缆）两方面着手进行防护。

干扰源侧：各节轨道间要有良好的电连接；尽量缩短牵引供电站之间的距离；轨道与道床间进行良好的绝缘。

被干扰侧：对电气化轨道周围新建构筑物要有所选择；阻隔电气化电缆与地下构筑物间的电连接；电缆外加装套管；在埋地管道和电缆套管上加装绝缘接头；采用排流措施。

直到今天，这些基本原理也未曾改变，人们仍在使用这些技术措施，并根据这些原则，制定一系列技术标准，有效控制了杂散电流腐蚀的发生。

（2）国内情况

在我国，地铁和轻轨作为城市重要的交通工具正在得到迅速发展，目前北京、上海、香港、天津、广州、深圳、南京、西安等多个城市的地铁已投人使用，其他一些发达城市的地铁也在规划建设之中。另外，一些旅游景区或主题公园也多采用高架轻轨作为游览观光工具。(www.xing528.com)

借鉴国外建设经验，国内地铁建成初期，轨道与道床之间采用了较好的绝缘措施。随着运营时间的推移，受环境污染、潮湿、渗水、漏水和高地应力作用等因素影响，其绝缘性能逐渐降低，从而产生了杂散电流。如北京地铁一期工程1号线中木樨地至崇文门段，其轨/地过渡电阻值最高时为74.1Ω·km，最低仅为0.16Ω·km；二期工程环线中最高时为58.9Ω·km，最低仅0.849Ω·km。显然，如此低的过渡电阻必然会导致大的杂散电流。

国内因杂散电流导致附近埋地金属结构破坏的事例已不少见，曾造成严重的社会影响和环境破坏，危及工业生产和城市公共安全。香港曾因地铁杂散电流腐蚀引起煤气管道的穿孔，造成煤气泄漏的事故，北京地铁一期工程投人运营数年后，其主体结构钢筋发现严重腐蚀，隧道内水管腐蚀穿孔，仅东段部分区段更换穿孔水管54处；天津地铁也存在着水管被杂散电流迅速腐蚀穿孔的情况。

20世纪90年代北京新建的某条埋地输气钢质管道，由于受到附近直流杂散电流干扰影响，投产运行不到两年时间即发生严重的腐蚀穿孔和泄漏事故。检测检修和恢复工作耗时两周，更换建设了数百米新管道，最后采用两端安装免维护绝缘接头、增加有效的排流设施和实施阴极保护等措施，同时对地铁系统也采取了一系列整改措施，基本解决了杂散电流的干扰影响问题。

《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ 49—1992）对干扰源侧（电气轨道系统）防止杂散电流漏失作了技术规定，但对于被干扰侧（地铁沿线构筑物）的规划及防护处理未做具体规定。

【例6-6】通过对实际检测结果分析表明，地铁沿线约1km范围内的地下燃气管道受到严重的杂散电流腐蚀威胁。同时，杂散电流出现与地铁运行时间有着密切关系，地铁沿线地下燃气管道内的杂散电流与地铁运行直接相关。2007年4月，以某市C地点为检测对象，用Datataker800型数据采集仪在C地点进行管地电位连续24h数据采集。其管地电位测量结果如图6-15所示。

图6-15 某市C地点凝液缸24h管地电位检测数据图（4月25日）

从图6-15可看到，在0：00—6：00时间段内，地铁停止运行时，管地电位基本不变；而在6：00—24：00地铁运行的时间段内，管地电位发生剧烈波动。此外，对管地电位在两个不同的运行时间段内的峰值情况进行统计，结果见表6-9。

表6-9 管地电位在不同时间段内的统计和计算

按表6-9统计的峰值点所占的比例可知，6：30—8：30是地铁运行的高峰时间，时间段内管地电位小于-1600mV和大于-600mV的峰值出现的比例明显大于10∶30—12∶30时间段。这是因为高峰期地铁载客量大，列车消耗功率加大。地铁列车运行电压是恒定的，电流必然相应增大，导致杂散电流也相应增大，反映到燃气管道上，就表现为管地电位的变化幅度更大。