Page 122 - 腐蚀与防护2024年第十一期

第45卷 第11期 腐蚀与防护 Vol.45 No.11
2024年11月 CORROSION &PROTECTION November2024

DOI : 10.11973 / fs y fh220543
燃气管道两种极性排流器服役性能对比

李 超, 任 勇, 胡学涛, 钱 铖, 台宝灿, 于文贤, 杨 阳

( 北京市燃气集团有限责任公司, 北京 100035 )

摘 要:为缓解地铁直流干扰, 城市燃气管道多采用牺牲阳极与极性排流器组合的缓解措施。利用

实验室测试和现场测试相结合的方法对比研究了肖特基二极管+电容+浪涌保护器型( 1号) 和金
属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET ) +电容+浪涌保护器型( 2号) 两种极性排流器的服役性
能。通过现场测试获得了两种极性排流器对管道动态直流干扰和交流干扰排流效果和作用机制。
结果表明: 2号极性排流器的排流效果更好, 但1号极性排流器反向绝缘性能更好; 两种极性排流器
连接排流地床均对管道直流干扰与交流干扰具有缓解作用, 且2号极性排流器缓解效果更优。
关键词:城市燃气管道; 极性排流器; 阈值电压; 现场应用

中图分类号: TG174.41 文献标志码: A 文章编号: 1005-748X ( 2024 ) 11-0114-07
随着北京地区埋地燃气管网服役时间的延长以
及服役环境的日益复杂, 管线阴极保护状况及管线 1 极性排流器原理
防腐蚀状况整体并不乐观 [ 1 ] 。由于城市地理位置的 肖特基二极管 + 电容 + 浪涌保护器型( 简称 1
限制, 北京地铁与燃气管道交叉或者并行铺设的现 号) 极性排流器中肖特基二极管是以贵金属( 金、 银、
象越来越普遍, 导致燃气管道周围的杂散电流越来 铝、 铂等) 为正极, 以 N 型半导体为负极, 利用二者
越多, 其面临的动态直流干扰风险也越来越大, 多处 接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属 -
管道电位发生大幅波动, 波动幅值可达几伏至几十 半导体器件, 其原理图见图1 。因为 N 型半导体
[ 4 ]
伏, 存在很大腐蚀风险 [ 2 ] 。 中存在大量的电子, 而贵金属中仅有极少量的自由
为缓解地铁直流干扰, 城市燃气管道的腐蚀缓 电子, 所以电子便从含量高的“ N 区域” 向含量低的
解措施多采用牺牲阳极与极性排流器组合的方式。 “ 金属区” 扩散。随着电子不断从“ N 区域” 扩散到
其中, 极性排流器使杂散电流只可由管道流经牺牲 “ 金属区”,“ N 区域” 表面电子含量逐渐降低, 表面电
阳极排向外部, 而无法由外部经牺牲阳极流入管道, 中性被破坏, 于是就形成势垒, 其电场方向为“ N 区
如此既实现排流效果又避免了牺牲阳极引杂散电流 域” → “ 金属区”。但在该电场作用之下,“ 金属区” 的
入管道 [ 3 ] 。目前, 国内外常用的极性排流器为肖特 电子也会产生从“ 金属区” 向“ N 区域” 漂移运动, 从
基二极管+电容+浪涌保护器型。金属氧化物半导 而削弱了由于扩散运动而形成的电场 [ 5 ] 。当建立起
体场效应晶体管( MOSFET ) + 电容 + 浪涌保护器 一定宽度的空间电荷区后, 电场引起的电子漂移运
型极性排流器为自主研发。这两种排流器的性能不 动和含量不同引起的电子扩散运动达到平衡, 便形
同, 从而对地铁直流干扰缓解效果和管道的阴极保 成了肖特基势垒 [ 6 ] 。肖特基二极管是一种低功耗超

护电位造成不同的影响。 高速半导体器件, 正向导通压降在0.3~0.4V 。
为了弄清不同类型极性排流器对管道动态直流
干扰排流效果的影响规律和作用机制, 作者利用实
验室测试和现场测试相结合的方法对两种极性排流
器的服役性能进行了研究, 以期为极性排流器的合
理选择提供借鉴。
图1 肖特基二极管原理示意图

Fi g .1 Schematicdia g ramof p rinci p leofSchottk y diode
收稿日期: 2022-09-09
通信作者: 钱铖( 1992- ), 工程师, 学士, 研究方向为埋地管 金属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET )
+电容 + 浪涌保护器型( 简称 2 号) 极性排流器中
道腐蚀与防护, 15810499293 , 1170121031@ qq .com
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