齐光峰 刘海波 杨 超 王 凯 王凯月

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，山东 东营 257000）

0 引言

杂散电流是指在规定回路以外流动的电流，杂散电流一旦在埋地管道中形成或通过防腐层破损点流入，当从另一破损点流出时就会对管道产生腐蚀影响，而这种腐蚀的速率是自然腐蚀的几十倍甚至上百倍[1]，同时会减弱阴极保护作用。据统计，我国的输油气管道80%的腐蚀穿孔事故是由杂散电流腐蚀引起的[2]。因此，对埋地管道杂散电流干扰的检测与评价，是管道外检测的重要内容。因此本文通过数值模拟方法对管道周围杂散电流电磁场进行模拟分析，可了解管道受杂散电流影响程度和分布情况，为管道的排流防护提供科学的决策依据，以最大限度地减少杂散电流对管道的危害。

1 参数设置

本文使用Ansoft软件中的Maxwell模块进行埋地管道仿真，相关参数设置如下。

（1）空气的参数设置：空气的电导率为0siemens/m、相对磁导率和相对介电系数为1.0。

（2）管道的参数设置：管道的相对电阻率为10、相对磁导率为300，外径89 mm、壁厚10 mm。

（3）土壤的参数设置：大地的电阻率为100Ω·m、相对磁导率和相对介电系数为1.0。

（4）杂散电流参数：为管道施加10A的电流源激励，方向设置为正向，即垂直于纸面向里。

2 结果与讨论

2.1 埋深

建立单根金属导管在土壤介质中的电磁场仿真模型，控制管道的尺寸、深度、土壤介质参数施加的电流大小保持不变，改变管道的埋深深度，其中管道的埋深深度分别取0.8 m、1.0 m和1.2 m，分析仿真模型中地面的磁场变化，管道仿真模型周围（土壤和地表面）的磁场感应强度效果图如图1所示。

图1 仿真的磁场感应强度（B）的效果图

表1为管道的埋深深度分别取0.8 m、1.0 m和1.2 m时，测量地表面高度1 m内各点的磁场感应强度（从管道外表面0~1 m，每隔0.1 m取一个点，总11个点）。从表中数据可以看出，在管道不同的埋深条件下，在给定电流干扰的条件下，相同的地下埋深电磁场强度相同，与深度成正比，形成的电磁场分布与管道的埋深无关。

表1 不同埋深（0.8 m、1.0 m和1.2 m）时地面各点磁场强度（B）的值

2.2 土壤电导率

土壤的电导率分别为0.01、0.1和1 seimens/m时，得出仿真模型中地面的磁场变化，结果如表2所示（从管道外表面0~1 m，每隔0.1 m取一个点，总共11个点）。从表中数据可以看出，在不同的土壤电导率下，地面的磁场感应强度数据完全相同，因此地表面的磁场感应强度（B）完全不受土壤电导率的影响。

表2 不同电导率（0.01、0.1和1 seimens/m）下地面各点磁场强度（B）的值

2.3 两根平行导管不同间距

为了探究不同的金属管道流过杂散电流时，它们之间相互影响对周围电磁场干扰的规律，于是建立了两根通入电流的平行金属管道，其他影响因数保持不变，在相距不同的距离时的仿真模型。仿真模型中，其中两根管道的距离分别为0.2 m、0.5 m和1 m，仿真模型管道的磁场感应强度效果图如图2所示。

图2 两根平行导管不同距离条件下的磁场感应强度（B）的效果图

表3为两根平行管道的间距不同时地面各点磁场强度（B）的值（从管道外表面0~1m，每隔0.1 m取一个点，总共11个点）。从表中数据可以看出，两根通入同方向电流的平行管道相距不同距离时，地表面各点的磁场感应强度会存在差异，两根管道越接近，管道正上方地面各点的磁场感应强度就越大，反之磁场感应强度的值越小。

表3 两根平行管道的不同间距时地面各点磁场强度（B）的值

3 结论

本文通过数值模拟方法，对杂散电流在管道不同埋深、土壤电导率以及两条平行管不同间距条件下杂散电流在核“地中磁场”中的分布变化，研究结果表明，管道埋深和土壤电导率对地中杂散电流形成的磁场强度无影响，而两条管线的间距越小，管道上方的磁场强度越大。