天然氣長輸管道與高壓輸電線塔并行及穿越時的安全隱患治理

段先猛

陜西燃?xì)饧瘓F(tuán)工程有限公司 （陜西 西安 710016）

天然氣長輸管道與高壓輸電線塔并行及穿越時的安全隱患治理

段先猛

陜西燃?xì)饧瘓F(tuán)工程有限公司 （陜西 西安 710016）

天然氣長輸管道與高壓或特高壓輸電線路同為國家重要能源輸送動脈，但在天然氣長輸管道與高壓輸電線路的設(shè)計與施工過程中，會經(jīng)常遇到兩者交叉或并行的情況，對彼此正常的生產(chǎn)運(yùn)行埋下安全隱患。以漢安線與中貴線聯(lián)絡(luò)線輸氣管道工程為例，通過引用國家及行業(yè)規(guī)范中對天然氣管道與高壓輸電線路安全距離的相關(guān)要求，介紹了固態(tài)去耦合器屏蔽強(qiáng)電流及使用石墨接地帶改進(jìn)接地兩種方法，解決天然氣管道與高壓輸電線距離較近時的安全隱患問題，為同類問題的解決提供有效參考。

天然氣長輸管道；高壓輸電線；固態(tài)去耦合器；石墨接地帶

由于天然氣長輸管道具有長距離、高壓的特點(diǎn)，一旦泄漏就會易燃易爆，因此，其設(shè)計線路一般都是避開人口稠密區(qū)，沿農(nóng)田、戈壁、山地敷設(shè)。另外，天然氣管道埋設(shè)處的土層必須穩(wěn)定、牢固，不易被流水沖刷，在山區(qū)，管道一般都是沿山脊敷設(shè)。這與高壓輸電線路選址原則基本相同，天然氣長輸管道與高壓、特高壓輸電線路在設(shè)計和施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)近距離并行或交叉的情況。

1 高壓輸電線路的分類及與天然氣管道的安全距離

1.1 高壓輸電線路分類

根據(jù)輸電線路的電壓承載量，一般稱220 kV及以下的輸電電壓叫做高壓輸電，330～765 kV的輸電電壓叫做超高壓輸電，1 000 kV及以上的輸電電壓叫做特高壓輸電。

1.2 高壓輸電線路設(shè)施與埋地天然氣管道的安全距離

根據(jù)GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中表4.3.13和GB/T 50698—2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中表5.1.5的要求[1-2]，管道距離500kV交流輸電線路桿塔接地極的最小間距為7.5m。根據(jù)GB/T 21447—2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)程》第7.2.3條規(guī)定[3]，埋地鋼質(zhì)管道距離輸電線路桿塔和邊導(dǎo)線的距離應(yīng)大于桿塔高度。

2 漢安聯(lián)絡(luò)線工程概況及與高壓輸電線的安全隱患

2.1 工程概況及位置關(guān)系

漢安線與中貴線聯(lián)絡(luò)線輸氣管道工程設(shè)計線路全長127.9 km，線路起于中貴線甘肅康縣隴南分輸站，經(jīng)漢中市略陽縣、勉縣，最終到達(dá)陜西省天然氣股份公司的勉縣分輸站。管道規(guī)格為Φ406 mm×8.3 mm，年設(shè)計輸氣能力為10×108m3/a。管道在設(shè)計選線階段就發(fā)現(xiàn)已建成的國家電網(wǎng)陜西電力公司的德寶±500 kV超高壓輸電線路，但由于必須躲避壓覆礦產(chǎn)和地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，線路幾經(jīng)優(yōu)化仍至少和德寶±500 kV超高壓輸電線路有兩處交叉，管道距離塔腿最近處分別為13 m和10.5 m，其位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 漢安聯(lián)絡(luò)線輸氣管道與高壓輸電線塔位置示意圖

2.2 天然氣長輸管道與高壓輸電線的安全隱患

1）德寶線高壓輸電線塔的防雷接地采用逐級環(huán)網(wǎng)帶放射線型式，接地網(wǎng)放射線長度15 m，當(dāng)高壓輸電線塔遭遇雷擊或發(fā)生故障時，強(qiáng)電流通過接地網(wǎng)流入大地，極可能會將管道防腐層擊穿，造成管道加速腐蝕，或者管道因某種原因發(fā)生泄漏，遇見電火花極易發(fā)生爆炸。

2）高壓輸電線塔接地體的雜散電流長期作用于管道，會加速管道腐蝕。

3）高壓輸電線塔因不可抗力，如遇到像2008年的嚴(yán)重冰災(zāi)天氣發(fā)生倒塌，可能砸壞天然氣管道。

4）管道距離高壓輸電線塔過近，管道巡線及檢修人員有遭受電擊傷害風(fēng)險。

5）管道一旦泄漏爆炸，會直接影響輸電線路運(yùn)行安全。

3 安全隱患治理措施

在施工過程中，天然氣管道與德寶線±500 kV輸電線路的兩個交叉處線塔塔腿的距離分別為13 m和10.5 m,即位于高壓電線塔接地線正下方，不符合最小安全距離≥7.5 m的要求，必須采取有效措施消除安全隱患。

3.1 屏蔽法

依據(jù)GB 15599—2009《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》第4.7.3條[4]，在天然氣管道與高壓線塔接地體臨近處安裝固態(tài)去耦合器+鋅帶接地體，可有效防護(hù)屏蔽強(qiáng)電流沖擊管道，且能有效防止雷擊電流和雜散電流對管道防腐層、金屬本體及陰極保護(hù)設(shè)施造成的危害。

3.1.1 固態(tài)去耦合器的主要技術(shù)參數(shù)

固態(tài)去耦合器的主要技術(shù)參數(shù)要求根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際安裝環(huán)境和管道輸送介質(zhì)，所用固態(tài)去耦合器的主要技術(shù)參數(shù)見表1[5]。

表1 固態(tài)去耦合器主要技術(shù)參數(shù)表

3.1.2 固態(tài)去耦合器的安裝方法

固態(tài)去耦合器的安裝方法如圖2、圖3所示。

3.1.3 具體安裝要求

1）固態(tài)去耦合器要安裝在管道與高壓輸電線桿塔接地體臨近處，作為強(qiáng)電沖擊屏蔽防護(hù)點(diǎn)，每處屏蔽防護(hù)點(diǎn)安裝兩臺固態(tài)去耦合器，與管道最近處的桿塔接地體宜位于兩臺去耦合器中間的接地材料外側(cè)，且接地材料與桿塔接地線的最小間距不應(yīng)小于2 m。固態(tài)去耦合器宜安裝在管道正上方，安裝空間不足時，安裝在管道順氣流方向左側(cè)。

2）接地材料與電纜連接采用銅連接管鉗接，并用熱熔膠、電纜熱縮式附件對連接點(diǎn)進(jìn)行密封防腐。

3）固態(tài)去耦合器的安裝應(yīng)在排流接地體下溝后進(jìn)行，接線時，先將接地體電纜與固態(tài)去耦合器連接，然后再將管道電纜與固態(tài)去耦合器連接。

3.2 加設(shè)混凝土鋼板法

高壓輸電線塔倒塌對天然氣管道的安全隱患可采用在管道上方加設(shè)混凝土蓋板的方式，以避免桿塔倒塌砸壞管道。

圖2 強(qiáng)電沖擊屏蔽防護(hù)接線圖

圖3 強(qiáng)電沖擊防護(hù)安裝圖

3.2.1 鋼筋混凝土蓋板安裝

鋼筋混凝土蓋板安裝圖如圖4所示。

圖4 加蓋混凝土蓋板示意圖

3.2.2 鋼筋混凝土蓋板制作要求

1）蓋板要求采用C30混凝土制作,規(guī)格為1 000 mm×500 mm×200 mm。具體設(shè)置在高壓輸電線塔塔腿與管道垂直處，兩邊各連續(xù)敷設(shè)50 m長。

2）蓋板內(nèi)鋼筋采用Φ10 mm，鋼筋間距為150 mm雙層雙向敷設(shè)，混凝土保護(hù)層厚度為50 mm。

3）敷設(shè)混凝土蓋板前，管溝內(nèi)回填土必須進(jìn)行分層碾壓密實(shí)。

3.3改進(jìn)接地法

改進(jìn)接地法降低雷電下瀉危害，提高桿塔和管線運(yùn)維的安全性。即采用石墨接地帶替代原先鋼筋材質(zhì)的接地線，且將石墨接地帶朝向遠(yuǎn)離管道方向埋設(shè)。

3.3.1 實(shí)施方法

桿塔接地引下線選用C類土壤電阻率3 000 Ω的型式，石墨接地帶總長224 m，沿基礎(chǔ)外邊緣呈方框形敷設(shè)，方框邊長為超出基礎(chǔ)立柱外1.0 m（以現(xiàn)場實(shí)測為準(zhǔn)），埋設(shè)位置及方向如圖5、圖6所示。桿塔射線盡量朝遠(yuǎn)離管線的位置敷設(shè) （即從遠(yuǎn)離管線的塔腿引出，敷設(shè)方向遠(yuǎn)離管線，盡量采取等高線埋設(shè)，避免形成流水溝、槽），具體材料選擇見表2。石墨接地帶繞輸電線塔基礎(chǔ)呈正方形方框敷設(shè)，邊長如圖6所示，按照A=基礎(chǔ)立柱邊緣+1.0×2 m計算。石墨接地帶沿射線方向敷設(shè)的長度按照公式d1=（224-4A）/3計算，單位 m。

圖5 桿塔縱斷面示意圖

圖6 石墨接地帶敷設(shè)位置及方向示意圖

表2 材料參數(shù)選擇表

3.3.2 鐵塔接地裝置安裝

鐵塔接地裝置正面圖如圖7所示。鐵塔接地裝置安裝注意事項如下。

圖7 接地裝置正面圖

1）平地丘陵地區(qū)石墨接地帶埋深不小于0.8 m,山地埋深不小于0.5 m。

2）引下線采用熱鍍鋅40×4扁鋼連接塔腿，如圖8所示。引下線與石墨接地帶連接按照廠家提供的專用連接件進(jìn)行。

3）接地電阻的測量可按照DL/T 475-2006《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》執(zhí)行，當(dāng)所測得接地電阻未滿足要求時，需增加埋接地體至滿足為止，當(dāng)接地體總長度超過500 m時，接地電阻值不做規(guī)定。

圖8 引下線安裝圖

4 結(jié)束語

本工程與德寶線±500 kV超高壓輸電線塔的安全隱患處理方案，經(jīng)中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限公司及國家電網(wǎng)陜西電力公司相關(guān)專家審核，能有效防護(hù)因輸電線路故障或遭遇雷擊引起的強(qiáng)電流對天然氣管道的沖擊，能有效防護(hù)輸電線塔接地線引起的雜散電流對管道陰極保護(hù)設(shè)施造成的干擾和對管道防腐層的腐蝕。

[1]石油工程建設(shè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范：GB 50251—2015[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2]石油工程建設(shè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50698—2011[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]中國石油天然氣集團(tuán)公司.鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范：GB/T 21447—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]全國安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會化學(xué)品安全標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會.石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范：GB 15599—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]全國高電壓試驗(yàn)技術(shù)和絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求：GB/T 16927.1—2011[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

Long-distance natural gas pipeline and high voltage or extra high voltage transmission line are all important national energy transportation artery.But during the design and construction of long distance natural gas transmission pipeline and high voltage transmission line,they will often cross or parallel with each other,which lays hidden safety problems for the normal operation of each other.Taking the link line gas transmission pipeline project of Han’an line and Zhonggui line (hereinafter referred to as Han’an link line project)as an example,by quoting the related requirements of the safe distance between natural gas pipeline and high voltage transmission line in national and industry standards,two approaches to solve the hidden danger are introduced,that is,shielding strong current by solid state de coupler and using graphite junction.The research result provides an effective reference for solving similar problems.

long-distance natural gas pipeline;high voltage transmission line;solid state decoupler;graphite junction

段先猛(1983-)，男，工程師，主要從事石油天然氣長輸管道項目管理工作。

王 梅

2017-03-30