杂散电流对城市燃气管道的影响及综合防护措施研究

1. 引言

城市燃气管道作为城市的“生命线”之一，其安全稳定性至关重要。然而，在城市化进程中，地下空间资源日益紧张，燃气管道的敷设环境日趋复杂，尤其是与直流供电的轨道交通系统（地铁、轻轨）并行或交叉的情况越来越普遍。由这些系统泄漏产生的杂散电流，对埋地钢质燃气管道构成了严重的腐蚀威胁。杂散电流腐蚀具有强度高、隐蔽性强、破坏速度快等特点，传统防腐手段难以有效应对。因此，深入研究杂散电流的影响规律，并制定科学有效的防护措施，对保障城市公共安全、防止重大事故发生具有极其重要的现实意义。本文将从影响机理、危害分析及应对策略等方面展开全面论述。

2. 杂散电流的来源与产生机理

杂散电流，又称迷流，是指设计回路之外的电流非预期流动。其主要来源包括：

2.1 动态直流牵引系统 城市地铁、轻轨等采用直流供电（通常为 750V 或1500V）。列车运行时，牵引电流从牵引变电所正极经接触网供给列车，再通过轨道返回变电所负极。由于轨道对地绝缘并非绝对，一部分电流会从轨道泄漏至大地，并在大地中寻找低电阻路径返回电源。敷设于地下的燃气管道因其良好的导电性成为这些电流的优选路径，从而形成杂散电流干扰。

2.2 外部阴极保护系统 邻近的埋地金属管道或设施采用的强制电流阴极保护系统，若设计不当或地床位置不合理，其保护电流会泄漏到非目标管道上，形成干扰。

2.3 直流电解设备 邻近的电解厂、电镀厂等使用大直流电源的设备，也可能成为杂散电流源。

3. 杂散电流对燃气管道的影响与危害

3.1 电化学腐蚀机理 杂散电流腐蚀本质上是电解腐蚀。其过程遵循法拉第电解定律：

·在电流流入管道的部位（阴极区），发生还原反应（如 ），管道受到保护。·在电流流出管道的部位（阳极区），发生氧化反应（ FeFe²⁺+2e^-; ），铁离子溶入土壤，导致管道金属急剧损耗。

3.2 危害特性

1. 腐蚀速率极快：腐蚀量与杂散电流强度成正比。1 安培的电流一年可腐蚀约9 公斤钢铁，远高于自然腐蚀速率，可能在短期内导致管道穿孔。

2. 腐蚀位置随机多变：杂散电流的路径和大小随干扰源（如地铁列车的启动、制动）动态变化，导致阳极区位置不固定，腐蚀点难以预测和定位。

3. 干扰阴极保护系统：强大的杂散电流会使管道电位剧烈波动，导致其自身的阴极保护系统失效或产生过保护。

4. 严重的安全隐患：管道腐蚀穿孔导致燃气泄漏，极易引发火灾、爆炸等灾难性事故，并造成巨大的经济损失和社会影响。

4. 杂散电流的防护与应对措施杂散电流的防治必须采取系统性的综合策略。

4.1 源头控制（根本之策） 与干扰源单位（如地铁公司）协同，从其系统入手减少泄漏。措施包括：提高轨道对地绝缘电阻、减小回流轨电阻、优化牵引变电所布局、设置单向导通装置等。

4.2 防护性设计（基础屏障）

·加强管道本体防腐：采用高性能的防腐层（如三层PE），并严格保证施工质量，这是增加杂散电流流入阻力、减轻腐蚀的第一道防线。

·采用绝缘装置：在管道系统关键节点（如站场出入口、与其它管网连接处）安装绝缘接头或绝缘法兰，阻断杂散电流的纵向传导路径，将长管道系统分割为若干独立段，便于管理和防护。

4.3 排流保护（核心措施） 当杂散电流无法从源头彻底消除时，需采用排流法将其安全导走

·直接排流：用电缆将管道直接与干扰源的负回归线相连。简单但风险高，可能引入更大电流，现已较少使用。

·极性排流（最常用）：使用二极管排流器。只有当管道电位高于回归线电位时，电流才可导通（即只允许电流从管道排出），反向则截止，安全有效。

·强制排流（智能化措施）：使用电位可控的自动排流装置。它集排流与阴极保护功能于一体，通过实时监测管道电位，智能决策导通与截止，是目前最先进可靠的排流方式。

4.4 监测与管理系统（长效保障）

·建立智能监测系统：沿管道沿线布设长效参比电极和数据采集终端，对管地电位进行24 小时连续监测，掌握杂散电流的动态干扰规律。

·定期进行专项检测：采用密间隔电位测量（CIPS） 和直流电流梯度（DCVG） 等技术，定期评估管道腐蚀风险状态，精确定位防腐层缺陷点和腐蚀活跃点。

·建立协同管理机制：燃气公司应与轨道交通、电力等相关部门建立信息共享与应急协调机制，共同应对杂散电流干扰问题。

5. 结论与展望

1. 杂散电流对城市燃气管道的腐蚀是一个不容忽视的重大安全问题，其腐蚀具有速度快、隐蔽性强、防治难的特点。

2. 单一的防护措施效果有限，必须建立从“源头控制—中间隔离—末端排流—全程监测”的全链条、系统性综合防护体系。

3. 极性排流和强制排流是当前缓解杂散电流腐蚀最有效和技术成熟的手段。

4. 未来的发展趋势是深度融合物联网（IoT）、大数据和人工智能（AI）技术，构建燃气管网智能监测与预警平台，实现对杂散电流干扰的实时感知、智能分析和主动防护，由“被动应对”向“主动预警”转变，全面提升城市地下生命线的安全管理水平。

参考文献：

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