杂散电流的来源

杂散电流的来源、调查、检测、仪器、判断及解决方法地下管道(网)的杂散电流腐蚀与特点导致地下管道腐蚀的原因很多，有时是多种因素交互作用在一起。杂散电流是引起地下管道腐蚀破坏的原因之一。杂散电流的定义“设计回路或规定回路以外流动的电流称为杂散电流”。地下管道的杂散电流，是指来源于受影响管道无关的外部电源、并在大地中流动、且能作用于受影响管道的外部电流。地下管道的杂散电流有两种： 直流杂散电流（其它管道的外加电流阴极保护系统、直流电运输系统、采矿直流电牵引系统、直流电焊接、高压直流电输送系统、大地磁场的扰动等）。 交流杂散电流（高压输电线路、交流电气化铁路供电线路、入地雷电流、故障强电流等）。直流杂散电流的腐蚀与特点以其它管道的外加电流阴极保护系统，对某一影响的地下管道造成的直流杂散电流腐蚀为例，我们可以看到：直流杂散电流必须在某一部位从外部电流到受影响的管道上，然后流到受影响管道的某些特定部位、并在这些特定部位离开受影响的管道进入大地，返回到原来的直流电源；其它直流干扰源产生的杂散电流腐蚀也具有同样的回路特点。在杂散电流离开的那些部位，受影响的管道将发生腐蚀。腐蚀程度的严重与否遵循法拉第定律（与流出的杂散电流量成正比，与管道金属材料的电化学当量成正比）,即： W= 式中、W：杂散电流造成的管体腐蚀量，克；N：管体金属的原子量；I：杂散电流强度，安培；T: 杂散电流对受影响管道的作用时间（流出的时间），秒；n:管体金属的化合价；F：法拉第常数。杂散电流在单位面积的管体上产生腐蚀的速度可以表示为 Vsc=I杂散电流造成受影响管道腐蚀时，其管体（杂散电流流出处）的阳极反应为： FeFe+2+2e-已知N=55.84克，n=2,，F=26.8安培小时，我们假设：杂散电流的强度为1mA (10-3安培)，杂散电流流出处，管体面积（防腐层破损面积）为1cm2，于是， VSC=10.4克/米2小时取管体的密度为7.80克/厘米3 ，于是，杂散电流在上述假定条件下引起管体腐蚀的速度为 VSC=11.68毫米/年1毫米/月这就是说，当受影响的管体上有1cm2的防腐层破损，并在该面积的管体上有1mA的杂散电流流出，那么这样小的杂散电流对管体的腐蚀速度为11.7毫米/年，或近似地，1毫米/月。如果杂散电流的强度比1mA更大些、流出的面积比1cm2更小些，它所引起的腐蚀速度会更高。1mA的杂散电流使得壁厚为5mm的管道在半年左右的时间里，出现1cm2的腐蚀穿孔并不足以令人惊讶。交流杂散电流的腐蚀与特点交流杂散电流的腐蚀问题,虽然研究的历史也不算短,但对其腐蚀机理的论述不尽一致，这可能是源于在交流杂散电流作用下，金属腐蚀行为的复杂性。目前比较一致的意见是（1）交流杂散电流能引起或加速金属的腐蚀；（2）同样条件下交流杂散电流引起的腐蚀要比直的小，一般认为约为直流杂散电流所引起腐蚀的2%；（3）阴极保护在一定程度上可以抑制交流杂散电流的腐蚀。交流杂散电流会对金属的阳极溶解过程产生什么影响？中国科学院院士曹楚南研究员从金属阳极溶解的动力学方程式入手，并利用第一类修正的贝塞尔函数展开，得出了在幅植为v的交流电的作用下，（管体）金属的阳极溶解电流密度的表达式：由上式可以看到，为了求得Ia的平均值，可对时间t在一个周期T（=1/f）内积分再除以积分周期T。由于sin(2k+1)t和cos(2kt)都是周期函数，积分值为零，而第一项与时间t无关，积分平均值仍为原来的数值，故等式右侧的第一项就是交流电引起的直流效应，它对于金属的阳极溶解速度发生影响。令 根据上式，有上式等号右方是对一个无穷级数求和。在不太大的情况下，我们取前5项(r=4)来估计一下交流电感应的影响：若a = 25mV，则在V=0.05V时，=2，即有交流电时的阳极溶解速度要比没有交流电时的阳极溶解速度大1.28倍。在V=0.1V,=4时，即交流电使阳极溶解速度增大10倍多。显然，a的数值愈大，同样大幅值的交流电引起的影响就愈小。杂散电流的检测杂散电流的检测是必须做的基础工作,它对于判断是否存在杂散电流腐蚀？是否必须而且要及时地采取排流保护措施？以及采取排流保护措施之后，是否达到了有效防止其腐蚀的预期目的？都具有十分重要的意义。检测工作分为两个方面：杂散电流源为一侧，受影响的管道为一侧。在所有的检测中，我们的体会是，以现场踏勘、掌握尽可能详细的第一手资料最为重要，包括那些看似并不重要的细节。由前面介绍的杂散电流的回路特点可知：如果管道遭到了杂散电流的影响，那么管道周围的电位梯度和管/地电位一定会发生变化，所以，尽管需要检测的内容较多，但这两项通常是更重要的。关于直流杂散电流的检测，在SY/T001796中的第二章已有明确规定，交流杂散电流的检测在SY/T00232000中的第二章也有明确规定，故不重述。杂散电流危害程度的辨识(评价)这个问题必须遵循上述的两个标准,或其它的相关标准。关于直流杂散电流的存在与否及是否应及时采取措施SY/T001796第1.0.3条规定：“当管道任意点上的管地电位较自然电位偏移20mV或管道附近土壤电位梯度大于0.5mV/m时，确认为直流干扰。”第1.0.4条规定：“当管道任意点上管地电位较自然电位正向偏移100mV或者管道附近土壤电位梯度大于2.5mV/m时，管道应及时采取直流排流保护或其他防护措施。”管道是否存在交流干扰（腐蚀），是否应及时采取相应的排流保护措施，国内外均没有像直流排流保护标准那样明确的规定。我国SY/T0032-2000，埋地钢质管道交流排流保护技术标准，第3.0.2条规定：“当确认管道受交流干扰影响和危害时，必须采取与干扰程度相适应的防护措施。”遗憾的是，在整个标准中，并没有给出如何“确认管道受交流干扰影响和危害”的具体技术指标；给如何判断交流干扰的存在和在什么样的条件下必须及时采取排流措施的决策带来了困难。所幸的是，在该标准的6.2节，排流保护效果评定，第6.2.2条规定：“排流保护应达到下列指标：（1）在弱碱性土壤内，管道交流干扰电压10V；（2）在中性土壤中，管道交流干扰电压8V；（3）在酸性土壤或盐碱土壤环境时，管道交流干扰电压6V。”杂散电流腐蚀的控制技术(排流保护)如何将遭受杂散电流腐蚀的地下管道有效地保护起来,是一项政策性和科学技术性都很强的系统工程。从表面上看,似乎只要将杂散电流源去掉,或者对杂散电流源侧进行改造、完善，杂散电流引起的腐蚀就可以得到彻底根除，或者得到显著控制。在许多情况下，地下管道所有者或经营者将不得不从受影响的一侧（地下管道）来想办法。在多年实践的基础上，同时借鉴工业发达国家的成功经验，SY/T0017-96的第3章，对如何控制由于直流杂散电流引起的腐蚀，给出了常用的排流保护方式。应根据具体情况灵活选择。接地式排流保护在国外用的比较少，但在我国却用得比较多。主要原因在于我们对泄入大地的杂散电流的限制和控制不力，使干扰影响的范围很大，不利于极性排流方式的应用推广。同时，也由于受地理环境因素的限制，如矿山巷道中的电力机车对附近的埋地管道造成明显影响时，如采用极性排流，看似简单易行，效果能显著，但排流的连接以及防盗会十分困难。有时，因极性排流会对直流电气化铁路的行车信号系统造成干扰波动，在这种场合下，还是宜用接地式排流保护。SY/T00232000的第5章对受交流杂散电流影响的地下管道，可供选用的排流保护方式做了推荐。直流、交流杂散电流的排流保护方式，除了上述标准提出的各种方式之外，还有其它方式可供选择，如，电屏蔽、提高某一管段的防腐层等及（防腐层大修）、接地栅极、极化电池以及接地电池等。至于哪种方式最合适、最可行，要从干扰源和受影响管道的具体实际情况出发，多种方案反复比较，有时甚至是多种方式并用。理论知识是重要的，实践经验是宝贵的。排流保护的效果评价SY/T001796的第4章给出了直流排流保护效果的评价指标：同时,我们可以由“正电位平均值比”的计算公式：式中，v为正电位平均值比；1+、2+分别为排流保护实施前、后的正电位平均值，伏。可以看出前面叙述过的前期现场测量的重要性，它是效果评价必要的基础数据。该标准的4.1.1条用于效果评价比较简单、容易，但达到这条标准的要求有时比较难。4.1.1条规定：“对于保护系统中的管道（包括共同防护建筑物）管地电位分布均匀，其任意点上的管地电位，达到阴极保护电位标准或达到接近未受干扰时的状态。”SY/T00232000的第6章给出了交流杂散电流排流保护的效果评价指标。第6.2.2条规定,“排流保护应达到下列指标：(1) 在弱碱性土壤内，管道交流干扰电压10V；(2) 在中性土壤中，管道交流干扰电压8V；(3)