摘要：直流杂散电流的存在会对埋地金属长输能源管道产生诸多影响，文章基于不同种类的直流杂散电流进行分析介绍，具体分析了直流杂散电流大小对金属埋地长输能源管道腐蚀程度的影响和作用规律，并总结了稳态电流与非稳态电流不同的影响效果和作用规律以及产生的电化学腐蚀行为和区别。在此基础上，分别从金属腐蚀行为和阴极保护系统两方面分析了直流杂散电流对金属埋地长输能源管道材料的作用效果，并对直流杂散电流的形成根源进行了概述和分析，最后总结目前直流电流扰动下金属埋地长输能源管道的腐蚀原因与存在的不足。

　　关键词：杂散电流；埋地长输能源管道；腐蚀规律；扰动影响作用效果

　　0引言

　　一般情况下，高压输电系统以及地铁设施都可能在附近产生直流杂散电流，直流杂散电流的存在加速了金属埋地长输能源管道的腐蚀，给长距离能源管道的稳定工作带来潜在的安全风险[1]。高压输电具有造价低、输电效率高等优点，应用广泛。高压输电设施与金属埋地长输能源管道近距离敷设的情况较多，当输电装备出现问题时，接地部件会快速形成大量的电流，使得周围环境的电压值迅速增加。处在该环境中的金属埋地长输能源管道会受到明显的扰动，这种情况会加速金属埋地长输能源管道的腐蚀。此外，城市地铁设施也是产生直流杂散电流的因素，地铁在长期运行过程中，形成非稳态杂散电流引起正负极电位不断变化，给后续的维护工作带来极大的阻力[2]。本文依据杂散电流对金属埋地长输能源管道的作用效果进行深入分析，分别从杂散电流对管道的腐蚀规律以及对埋地长输能源管道的具体影响作用效果方式进行概述，最后对目前埋地长输能源管道腐蚀规律进行总结[3]。

　　1金属埋地长输能源管道受直流杂散电流主要影响作用方式

　　直流杂散电流对埋地长输能源管道金属材质腐蚀规律的影响作用效果一般通过测试实验验证，主要测试埋地长输能源管道金属材质的电位、电阻以及极化的变化规律，可得到腐蚀电流的大小、电势差等主要电化学结果。研究表明，直流杂散电流的出现会提高金属埋地长输能源管道材料的腐蚀速度。此外，腐蚀电流密度的强弱也会对腐蚀速度快慢产生较大的影响，电流密度能够改变金属表面活性、含氧量以及腐蚀产生物质量。这些原因在很大程度上都会影响埋地长输能源管道金属材质腐蚀速度[4]。杂散电流的强弱会对埋地长输能源管道金属材质表面的钝化程度产生较大的影响作用，金属表面钝化膜的形成与溶解程度都受到杂散电流强弱的影响作用。杂散电流对埋地长输能源管道金属材质的作用时间长短也会影响腐蚀速度，随着杂散电流作用时间的增加，腐蚀电位与腐蚀电流呈现先增后减的变化趋势，当电化学腐蚀的产出物逐渐增加时，腐蚀产出物能够直接导致金属埋地能源管道电阻发生变化[5]。

　　通过实验测试稳态直流杂散电流对埋地长输能源管道金属材质的影响作用效果规律，金属表面的极化电极电位呈现线性变化，通过测试结果数据可以很容易地构建电阻与电流之间的简洁关系式。天然气埋地管道钢的腐蚀电位在测试过程中随着直流杂散电流密度的增加不断向正值改变。通过使用光学显微镜观察可知，在承受直流杂散电流作用下的天然气埋地管道钢局部表面会形成突出的点蚀问题与缝隙腐蚀。实验过程中对埋地长输能源管道金属材质进行极化测试、电化学测试以及失重测试，以更进一步分析了解直流杂散电流对埋地长输能源管道金属材质的腐蚀强度与速度的作用效果。此外，埋地长输能源管道金属材质的腐蚀速度与土壤环境同样具有明显关系，在不同电流强度、不同土质导电率以及不同酸碱度条件下，通过模拟杂散电流作用于金属样片，构建腐蚀速度与电流密度之间的相互作用规律[6]。

　　与稳态直流杂散电流相比，非稳态杂散电流的腐蚀规律更为复杂。通过模拟地铁非稳态信号形成的杂散电流，研究发现埋地长输能源管道金属材质的腐蚀速度随着非稳态杂散电流频率的增加不断提高。并且，当非稳态杂散电流的密度升高时，腐蚀速度也线性增加，其中非稳态杂散电流的密度对腐蚀速度的影响作用效果强度最大。埋地长输能源管道所处土壤环境的电导率与非稳态电流的频率也对腐蚀速度产生明显影响作用效果。同时，随着实验中非稳态杂散电流施加时间的不断增加，测试埋地长输能源管道金属材质的电位腐蚀深度显著增加，非稳态杂散电流的频率对腐蚀行为产生明显的影响作用效果。通过实验也进一步验证了非稳态杂散电流对埋地长输能源管道金属材质腐蚀速度的影响作用效果主要体现在阳极扰动，非稳态杂散电流并不呈现出阴极阳极交替扰动的状态，并且非稳态杂散电流对埋地长输能源管道金属材质的腐蚀主要暴露出局部位置的腐蚀[7]。

　　2直流杂散电流对埋地长输能源管道影响作用效果

　　2.1金属埋地长输能源管道腐蚀行为

　　直流杂散电流的产生会引起埋地长输能源管道损坏点处的金属腐蚀程度大大增加。山东省一处天然气长输管道长期受到直流杂散电流的影响，通过外部设备检测发现管道表面有上百处腐蚀缺陷，最大腐蚀程度已超过1/5。江西省一处长距离输油管道在半年时间内就出现3次管道腐蚀穿孔事故。这些事故的起因都是由于直流杂散电流对金属埋地长输能源管道产生的影响作用效果，该管道腐蚀穿孔事故中，埋地长输能源管道周围诸多杂散电流共同作用引起穿孔腐蚀的发生。其中，高压直流线路接地放电是对周围较大范围的埋地长输能源管道产生腐蚀影响作用效果的主要因素。西气东输某线路埋地长输能源管道与一处高压直流接地电极有较大距离，但是依旧受到接地电极的电位影响作用。经检测发现此处接地电极产生电流密度较高的直流杂散电流，管道表面检测发现有多处腐蚀速度超过标准值，其中最为严重的测试点位检测值已经为标准值的几十倍。广东省某段天然气管道在受到高电压直流接地电极的影响作用时，在坑点中形成大量的腐蚀产物，最为严重的腐蚀点深度已经达到埋地长输能源管道壁厚的1/5。

　　阴极保护的阳极地床会形成直流杂散电流，同样会对周围的埋地长输能源管道产生影响，造成腐蚀穿孔事故的发生。通过实验测试进一步验证阴极保护电位的影响作用效果，采用两条埋地长输能源管道进行分析，其中一条管道设置阴极保护措施，另一条管道不设置阴极保护装置，设置阴极保护的管道会形成明显的杂散电流，这些杂散电流对另一条埋地长输能源管道的腐蚀行为会产生严重的影响作用。在两条管道相交叉位置处的电位差发生较为明显的偏移，在交叉点处的管道腐蚀非常严重。如果将两条埋地长输能源管道的敷设方向改变，平行放置避免交叉，测试发现管道的腐蚀程度大大降低。

　　城市地铁设施产生的非稳态直流杂散电流也是对金属埋地长输能源管道环境扰动的主要来源，导致天然气金属埋地长输能源管道发生防腐层失效、腐蚀穿孔等事故，地铁产生的非稳态杂散电流给附近金属埋地长输能源管道的日常维护带来阻碍。某市内天然气管网众多，经常与市内地铁发生交叉，在地铁附近检测天然气管道时经常发现5 mm深度的腐蚀缺陷。此外，某线路段产生的非稳态杂散电流引起附近金属埋地长输能源管道腐蚀穿孔高达十余次，造成经济损失超过200万元。研究人员对某埋地供水金属长输能源管道开展实验，分析地铁线路产生的杂散电流对实验金属样件的影响，在金属埋地长输能源管道附近的实验样件模拟自然环境下的金属埋地长输能源管道，与管道相连接的实验样片模拟受到杂散电流影响作用效果的金属埋地长输能源管道。结果发现，受到杂散电流影响作用的实验样片腐蚀速度是自然状态实验样片的2倍。某地铁路段自建成运行之后，地铁与天然气金属埋地长输能源管道交汇处因为腐蚀损坏开展的维修次数大幅度增加。

　　2.2对阴极保护的影响作用效果

　　不同来源的杂散电流对金属埋地长输能源管道的影响作用程度不尽相同。在西气东输管道某段，高压直流输电系统接地端单极回路运行时产生的放电电流可以达到1 200 A，在这种放电条件下通过测试扰动发现，测试电位与测试管道中的电流发生正向快速转移。

　　某天然气长输管道附近存在高压直流输电系统，形成高强度直流杂散电流，测试发现附近金属埋地长输能源管道出现三十余处阴极保护电位不满足要求的情况。HVDC系统接地极单极运行时能够释放3 000 A的直流电流，接地极附近埋地长输能源管道的负向电位转移剧烈，负向电位最高值可达-180 V，此处管道的防腐层已经发生完全脱落。西南地区某输油管道受到15 km外的高压直流输电系统影响，该处高压直流输电线为800 kV，接地电极放电高达2 300 A，研究人员通过对管道与地面电位进行测试发现，接地极放电导致金属埋地长输能源管道阴极保护系统完全失效，测试发现管道与地面电位最大偏移量在1.5 V，最大负向偏移量在4 V左右。

　　阴极保护系统牺牲阳极同样会产生杂散电流，对周围金属埋地长输能源管道产生作用。通过实验进一步验证了这种杂散电流会对附近金属埋地长输能源管道阴极保护系统构成影响作用，并且会使牺牲阳极失效，无法保护金属埋地长输能源管道。同时，通过大量的研究发现，埋地长输能源管道阴极保护系统非常容易受到城市地铁产生的非稳态杂散电流影响作用。在对直流杂散电流排流方式开展选择时要根据不同的环境条件、不同的管道类型、不同扰动源类型以及经济成本等因素选择最为合适的排流方式。

　　3总结与展望

　　(1)稳态低强度直流杂散电流对金属埋地长输能源管道的腐蚀规律较为简单，腐蚀强度较小；稳态高强度直流杂散电流对金属埋地长输能源管道的腐蚀作用效果表现为非常强烈，对金属埋地长输能源管道形成的腐蚀损坏作用非常剧烈。

　　(2)非稳态直流杂散电流对金属埋地长输能源管道的扰动作用特别强烈，而且呈现出复杂的多变性。非稳态杂散电流对金属埋地长输能源管道的腐蚀机理较为复杂，大都会造成特别严重的腐蚀穿孔事故，要通过电化学测试方法对形成原因和形成规律进行分析。

　　(3)不同种类的直流杂散电流对金属埋地长输能源管道都会产生影响作用，也会对不同类型管道的阴极保护装置造成破坏，引发功能失效，进一步加速了金属埋地长输能源管道的腐蚀。阴极保护系统受到低强度直流杂散电流的影响作用效果较小，而高压输电系统形成的高强度杂散电流对阴极保护系统会产生剧烈的影响作用，且范围很大。城市地铁设施产生的非稳态杂散电流对金属埋地长输能源管道的影响作用范围更广，影响作用持续时间更长，因此非稳态直流杂散电流需要重点防范。

　　参考文献：

　　[1]赵书华,李晓,王树立,等.埋地长输能源管道直流杂散电流腐蚀及防护的研究进展[J].材料保护,2020,53(5):123-128.

　　[2]许振昌,都业强,杜艳霞,等.高压直流接地极对金属埋地长输能源管道扰动的研究现状[J].腐蚀与防护,2020,41(3):63-69.

　　[3]谭铮辉,朱志平,裴锋,等.直流杂散电流对不同含水率土壤中接地网材料腐蚀特性的影响作用效果[J].腐蚀科学与防护技术,2013,25(3):207-212.

　　[4]杨超,张成斌,李自力,等.直流杂散电流对X65钢腐蚀行为的影响作用效果[J].腐蚀与防护,2016,37(11):873-875.

　　[5]杨超,崔淦,李自力,等.直流杂散电流对X65钢表面形态及电化学行为的影响作用效果[J].材料保护,2016,49(10):18-22.

　　[6]张文博.直流电流下X70钢在砂土中的电化学腐蚀试验研究[D].太原:太原理工大学,2015.

　　[7]范玥铭.杂散电流对剥离涂层下金属腐蚀行为影响作用效果的研究[D].天津:中国民航大学,2017.