1、軌道交通雜散電流對埋地管道防腐系統的影響2021年6月1日.主要內容雜散電流研討綜述實驗室實際研討現場實測實驗.雜散電流研討總述雜散電流產生緣由： (1) 電流泄露直流供電系統及雜散電流的產生由地鐵迷流所經過的途徑可概括為兩個串聯的腐蝕電池,即電池:鋼軌(陽極區)+道床、土壤+金屬管線(陰極區)電池:金屬管線(陽極區)+土壤、道床+鋼軌(陰極區). (2) 電位梯度管線置于陰極維護系統引起的電場區域內表示圖 .影響地鐵雜散電流的要素地鐵雜散電流的簡化電路 D ：變電站與負載之間的間隔RN ：經過負導體(主鋼軌) 的電阻R P ：經過正導體(接觸鋼軌或架空線) 的電阻RL ：負載端的負系統對地電

2、阻R S ： 變電站端的負系統對地電阻I T ： 列車任務電流IN ： 經過負導體前往的電流I S ： 經過大地前往的電流(雜散電流由此簡化模型可得到關于雜散電流的方程如下:.雜散電流腐蝕 鋼軌及其附件：鋼軌的雜散電流腐蝕在隧道內及道岔等部位尤為顯著，道釘也有雜散電流腐蝕 鋼筋混凝土構造物：雜散電流經過混凝土時對混凝土本身并不產生影響，但假設有鋼筋存在，那么鋼筋起聚集電流的作用并把電流引導到排流點處。在雜散電流由混凝土進入鋼筋之處，鋼筋呈陰極。假設陰極析氫且氫氣不能從混凝土逸出，就會構成等靜壓力，使鋼筋與混凝土脫開。如有鈉或鉀的化合物存在，那么電流的經過會在鋼筋與混凝土的界面處產生可溶的堿式硅

3、酸鹽或鋁酸鹽，使結合強度顯著降低。 . 在電流分開鋼筋前往混凝土的部位，鋼筋呈陽極并發生腐蝕。腐蝕產物在陽極處的堆積產活力械脹力而使混凝土開裂。 埋地管線：對埋地管線的作用是地鐵雜散電流腐蝕的一個重要方面，在設計和建造地鐵時不思索此問題會產生極嚴重的后果。關于埋地管線的腐蝕，以前主要思索平行于地鐵線路的長間隔管線，在雜散電流流出處腐蝕加劇。近來發現與地鐵垂直的管線也會產生雜散電流腐蝕。 .雜散電流對陰極維護的影響 雜散電流對管道等電位的影響：在對兩根以上平行或交叉管道的維護過程中，管道之間能夠相互影響；當雜散電流存在時，致使金屬外表的陽極電位和陰極電位交變的增大，能夠使無維護的和維護不充分的金

4、屬加速腐蝕；雜散電流以及大地磁場產生的電場同樣對管道維護產生影響，使管土間電位發生明顯變化。 .雜散電流對維護電流的影響 雜散電流對管道維護電流有很大影響。雜散電流的流向與管道維護電流方向一樣時有助于管道的維護；雜散電流過大，那么能夠使管道部分區域的電流密度過大而發生過維護，使涂層剝離，當雜散電流的方向與維護電流的方向相反時，雜散電流會抵消管道部分維護效果。.雜散電流對管道犧牲陽極的影響 被維護管道的電位因遭到雜散電流影響而發生變化，管地電位能夠更正或更負。假設是流入的雜散電流，使管土電位向負方向變化，很能夠使管道和犧牲陽極同時極化。雜散電流過大，超越犧牲陽極溶解產生的電流，犧牲陽極會快速被極

5、化呈鈍化形狀，失去了其溶解犧牲維護的作用。假設是雜散電流流出處，管土電位會向正的方向變化，即所需維護電流變大，陽極因負荷加重，溶解耗損加快，達不到設計要求。.雜散電流腐蝕監測規范的管地電位測試隧道構造的外外表受雜散電流腐蝕危害的控制目的是由泄露電流引起的構造電壓偏離其自然電位的數值。對于鋼筋混凝土主體構造的鋼筋，上述極化電壓的正向偏移平均值不應超越0.5 V。.雜散電流進入埋地管道后的管地電位變化 1 陽極區 2 陰極區 3 管道.土壤電位梯度雜散電流的方向測試雜散電流干擾程度小中大土壤電位梯度(mV/m)5.0在實踐干擾腐蝕與防護工程中，可根據由雜散電流引起的大地中電位梯度的大小判別環境被干

6、擾的程度，判別地中雜散電流的流向，以分析干擾源的位置等。.SCM雜散電流測試儀實現雜散電流極化方向的丈量。適用范圍 預備性丈量，工程技術丈量，防護效果評定，運轉工況監測中雜散電流的丈量。性能特點無需與管道銜接，在地面就可快速評價管道中的雜散電流可在沿管道方向的恣意地方對雜散電流進展監測定位雜散電流聚集流入點及流出點快速評價雜散電流緩解措施的效果長達24小時的數據采集及成果存檔.雜散電流的防護措施控制泄露電流排流法：直接排流、極性排流和強迫排流.陰極維護：外加電流陰極維護和犧牲陽極陰極維護。外加電流法運用直流電源和不溶性陽極, 電流易調理, 防護作用可到達較廣的范圍。常用的陽極資料有石墨、磁性氧

7、化鐵、高硅鑄鐵等。陰極維護也有干擾問題。如發生過維護會呵斥周圍其它埋地構造物的腐蝕。處理干擾的方法與上述排流法類似, 即減小維護電流, 或把埋地構造物相互銜接起來, 或對其它構造物也施行維護。.規范方面的調研執行情況NACE standard RP0177-2000 美國規范 Mitigation of alternating current and lightning effects on metallic structures and corrosion control systems；交流電流和雷電的外漏和對金屬構造的影響；針對維護安裝的設計思索、交流和腐蝕控制的思索；在有陰極維護或平安

8、系統中的運轉和維修的特殊思索；.EN 50122-2-1998 歐洲規范railway applications-Fixed installations-Part 2:protective provisions against the effects of stray currents caused by DC traction systems共分八章，主要論述了機車牽引供電系統、被腐蝕所影響的構造物和對金屬構造采用維護的方法。圖示闡明每單位長度走行軌上的電阻丈量方法等。.規范調研EN 50162-2004 歐洲規范Protection against corrosion by stray c

9、urrent from direct current systems共分九章，主要講述雜散電流干擾確實定和測試方法、雜散電流干擾的斷定規范、闡明了如何排除雜散電流干擾包括電流源和被干擾構造兩方面詳細闡明了陰極和陽極相互影響的原理、陽極干擾的最大可接受電位偏移程度、如何運用電流探針來評價動搖性雜散電流對陰極維護系統的影響等。.BS EN 12068-1999 英國、歐洲規范Cathodic protection-External organic coatings for the corrosion protection of buried or immersed steel pipelines

10、used in conjunction with cathodic protection-Tapes and shrinkable materials陰極維護用于埋地或浸沒鋼管與陰極維護系統共同運用的外部無機涂層：膠帶和可收縮資料；.IEC 62128-2-2003 Railway applications - Fixed installations - Part 2: Protective provisions against the effects of stray currents caused by DC traction systems ；NF C17-400-2005 Protec

11、tion against corrosion by stray current from direct current systems. ；NF F74-122-2-2002 Railway applications - Fixed installations - Part 2 : protective provisions against the effects of stray currents caused by DC traction systems. ；ANSI/NACE RP0502-2003 Pipeline External Corrosion Direct Assessmen

12、t Methodology ；NF A05-614-2004 Cathodic protection of buried metallic tanks and related piping. ；.國內主要規范CJJ 49-92 地鐵雜散電流腐蝕維護技術規程CJJ 95-2003 J 273-2003 城市燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規程SY/T 0017-96 埋地鋼質管道直流排流維護技術規范GB 19285-2003 埋地鋼制管道腐蝕防護工程檢驗.CJJ 49-92地鐵雜散電流腐蝕維護技術規程共分七章，主要針對地鐵構造與設備受雜散電流腐蝕的危害性目的、地鐵雜散電流的限制、沿地鐵管線的防護、防

13、護系統檢測和驗收與檢查實驗；第3.0.5條：隧洞構造的外外表，受雜散電流腐蝕危害的控制目的是由走漏電流引起的構造電壓偏離其自然電位數值。對于鋼筋混凝土質地鐵主體構造的鋼筋，上述極化電壓的正向偏移平均值不應超越0.5V 。提出地鐵雜散電流腐蝕與防護的實驗丈量和運用儀表；.GB 19285-2003埋地鋼制管道腐蝕防護工程檢驗共分七章，主要講述管道覆蓋層維護、陰極維護和定期檢驗；4.2.1：埋地鋼質管道的直流干擾，可用管道恣意點上的管地電位較自然電位的偏移或管道附近土壤外表電位梯度來進展丈量和評價。當電位偏移20mV或土壤外表電位梯度0.5mV/m，確以為有直流干擾。當偏移100mV或土壤外表電位

14、梯度2.5mV/m時，應采取直流排流維護或其他防護措施；詳細講述了管地電位、土壤外表電位梯度、土壤電阻率等的測試方法；.實驗室實際研討研討雜散電流強度、涂層破損率和管道材質對腐蝕的影響，對實驗數據進展分析，得出各要素對雜散電流腐蝕的影響規律。. 研討方法：(1)根據SY/T0420-97規范制造防腐層 (2)三片試樣串聯模擬管道，制造破損率不同的缺陷 (3)用恒電流源給管道通入恒定的直流電流以模擬管道中的雜散電流 (4)采用稱重法測得試片的腐蝕分量 (5)采用腐蝕速率測定、腐蝕形貌觀 察、能 譜分析、分形維數計算、腐 蝕產物分析、電位監測等方法研討雜散電流對管線鋼的腐蝕規律.雜散電流強度對管道

15、腐蝕影響宏觀腐蝕形貌陰極區過渡區陽極區腐蝕速率. 雜散電流強度對管道腐蝕影響SEM察看與EDS分析15mA50mA100mA(a)(b)(c).雜散電流強度對管道腐蝕影響元素含量(Wt%) FeCO腐蝕坑內66.0930.553.36腐蝕坑外93.472.783.74腐蝕坑內腐蝕坑外 鐵原子電解： 滲碳體也為一個亞穩相，在電流的激發下，也分生分解：. 雜散電流強度對管道腐蝕影響拉曼光譜分析 腐蝕產物的構成過程：.涂層破損率對雜散電流腐蝕的影響腐蝕速率a: 5mAb: 10mAc: 15mA雜散電流強度一定時，破損面積越小，腐蝕失分量越大。破損面積與腐蝕速率的關系電場強度實際： .涂層破損率對雜

16、散電流腐蝕的影響腐蝕形貌分析電流10mA,破損率3.92%電流10mA,破損率1.74%電流10mA,破損率0.436%(a)(b)(c).涂層破損率對雜散電流腐蝕的影響微觀腐蝕形貌電流10mA,破損率3.92%電流10mA,破損率1.74%電流10mA,破損率0.436%(a)(b)(c).管道材質對雜散電流腐蝕的影響腐蝕速率腐蝕坑深在雜散電流強度和涂層破損率一樣時，Q235鋼的腐蝕速率、腐蝕坑深度最大，16Mn次之，而X70最小。 .管道材質對雜散電流腐蝕的影響宏觀腐蝕形貌Q235破損1.74%,電流10mAX70破損1.74%,電流10mA16Mn破損1.74%,電流10mA(a)(c)

17、(b).管道材質對雜散電流腐蝕的影響微觀腐蝕形貌Q235破損1.74%,電流10mAX70破損1.74%,電流10mA16Mn破損1.74%,電流10mA(a)(b)(c).雜散電流對管道電位的影響施加犧牲陽極陰極維護時，隨雜散電流強度的增大，陽極區電位正移，陰極區電位負移，且相鄰各點的電位梯度增大。隨雜散電流增大(20mA)，陽極區電位正移100-150mV。 .小結隨雜散電流強度增大和涂層破損率減小，腐蝕速率、腐蝕坑深度都相應增大，腐蝕程度加劇；雜散電流強度與涂層破損率是影響埋地管道腐蝕的兩個重要要素，雜散電流腐蝕穿孔就是在較小的破損面積上構成較大的電流密度而引發的。在雜散電流干擾下，Q235鋼腐蝕程度最嚴重，16Mn次之，X70最小。 .雜散電流引發部分坑蝕，腐蝕坑大小不等、深淺不一，表現為集中腐蝕的特性；對腐蝕坑內外進展能譜分析發現，坑內與坑外碳元素的含量有明顯的差別，坑內碳元素含量較高，而坑外碳元素含量相對較低。拉曼光譜分析腐蝕產物的主要成分為-Fe2O3、-FeOOH、- FeOOH與-Fe2O3 。 施加犧牲陽極陰極維護時，隨雜散電流強度的增大，陽極區電位正移，陰極區電位負移，且相鄰各點的電位梯度增大。隨雜散電流增大20mA，陽極區電位正移150mV左右。.現場檢測實驗現場實驗采用GB19285-2003中規定的管地電位、土壤外表電位梯度等測試方法