油氣管道交流排流用接地極的選取及接地電阻計算

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(中國石油管道局工程有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110031)

油氣管道交流排流用接地極的選取及接地電阻計算

劉仲超,許乃迪,于愛新,徐莎

(中國石油管道局工程有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110031)

目前國內(nèi)外油氣管道交流干擾防護實際工程應用中接地極的選取多樣化。對交流排流常用裸銅線與鋅接地材料進行對比，總結(jié)其優(yōu)缺點，并參照相關(guān)規(guī)范給出接地電阻的計算。

油氣管道交流干擾防護接地極接地電阻

隨著新技術(shù)、新材料的應用，在電網(wǎng)的電壓等級越來越高的同時，管道陰極保護的要求也越來越高，這就使得兩者之間的干擾越來越強。這種情況下，很少的干擾都有可能產(chǎn)生極大的干擾范圍，產(chǎn)生嚴重的干擾破壞。國內(nèi)外諸多標準對交流干擾電壓和交流干擾密度等關(guān)鍵參數(shù)提出了相應的要求[1-2]。固態(tài)去耦合器連接管道和接地極進行排流的做法從北美引入到國內(nèi)管道界后成為近年來工程上普遍采用的做法，但對接地極的選取及接地電阻的計算均沒有統(tǒng)一規(guī)定。

1 接地極選取

1.1可供選擇的幾種排流保護方式

(1)直接排流：具有排流效果較好、成本低的優(yōu)點，但同時會漏失陰極保護電流，影響保護范圍，不適用于陰極保護的管道。

(2)嵌位式排流：適用于有陰極保護的管道，能有效隔離直流保護電流，但其明顯的弱點是耐雷電流或故障電流的強電沖擊性能較差，排流能力有限，存在較大的排流設施被毀壞的可能，管理維護麻煩、費用高。

(3)負電位排流：在采用鋅帶接地時，同樣具有不漏失陰極保護電流、排流效果較好的優(yōu)點，但由于接地極與管道直接連通，不但增加了管道從接地極接受干擾電流的危險，而且不便于斷電電位的測量，為評價陰極保護有效性帶來困難。

(4)固態(tài)去耦合器排流：固態(tài)去耦合器加接地極方式是國外應用較普遍的方式，也是NACE標準SP0177—2014《緩和電流和閃電對金屬結(jié)構(gòu)和腐蝕控制系統(tǒng)的影響》和加拿大管道腐蝕研究會的專題研究報告PR-262-9913《交流接地對陰極保護的影響報告》中推薦的方式，由于其低閾值電壓(-2 V/+2 V)和雷電沖擊泄漏電流量大(100 kA)的特點，具有降低感應電壓效果好、維護方便、適用性強的優(yōu)點，但相對成本較高。

1.2接地極優(yōu)缺點對比

在目前國內(nèi)外的交流排流工程實踐中，常用的接地極為鍍鋅扁鋼、裸銅線和帶狀高純鋅陽極等。在有較大電流流出和土壤腐蝕的作用下，鍍鋅扁鋼消耗較快，使用壽命較短，影響長期可靠性，給維護帶來麻煩。目前國內(nèi)工程多采用裸銅線接地極，裸銅線及帶狀鋅陽極兩種材料優(yōu)缺點對比見表1。

表1 接地體材料優(yōu)缺點對比

2 接地電阻計算

接地電阻的計算參照國標中單支水平式輔助陽極接地電阻計算公式[3]：

式中：Rh為單支水平式輔助陽極接地電阻,Ω；ρ為土壤電阻率,Ω·m；La為輔助陽極長度,m；Da為輔助陽極直徑,m；t為輔助陽極埋深,m。

2.1裸銅線接地電阻計算

選取裸銅線截面積35 mm2，等效直徑為0.006 676 m,選取不同土壤電阻率及不同長度進行組合計算，計算結(jié)果見表2。

表2 裸銅線接地電阻計算結(jié)果

2.2帶狀鋅陽極接地電阻計算

選取帶狀鋅陽極規(guī)格為ZR-2型，尺寸為15.88 mm×22.22 mm，等效直徑為0.0242 55 m，選取不同土壤電阻率及不同長度進行組合計算，計算結(jié)果見表3。

目前還沒有規(guī)范標準對接地電阻的大小做出具體要求，工程實踐中一般要求不超過3 Ω。通過表格計算對比得知：相同環(huán)境及長度下，帶狀鋅陽極接地電阻更小。由于帶狀鋅陽極能避免與管道間的電偶腐蝕，且相同工況下接地電阻小，因此認為帶狀鋅陽極作為排流接地極更為合適。運行管理單位應定期檢查固態(tài)去耦合器的運行狀態(tài)，對發(fā)現(xiàn)的故障及時處理。

表3 帶狀鋅陽極接地電阻計算結(jié)果

3 結(jié)束語

采用固態(tài)去耦合器配合接地極對交流干擾進行防護被工程實踐證實是可行且有效的，通過對比推薦采用帶狀鋅陽極代替目前普遍采用的裸銅線作為接地極。對接地極的選取及接地電阻計算還存在以下問題：

(1)僅對目前工程常用的裸銅線接地極和帶狀鋅陽極做了對比、計算，未考慮其他接地形式。

(2)接地極接地電阻的計算中未考慮土壤電阻率隨季節(jié)及氣候的變化。

(3)采用裸銅線或帶狀鋅陽極作為接地極用于交流干擾防護時的使用壽命問題尚待繼續(xù)研究。

[1] Evaluation of AC corrosion likelihood of buried pipelines—Application to cathodically protected pipelines:DD CEN/TS 15280-2006[S/OL].[2016-12-20].http://www.docin.com/p-602094715.html.

[2] 住房和城鄉(xiāng)建設部.埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準：GB/T 50698—2011[S].北京：中國計劃出版社，2011:12.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范：GB/T 21448—2008[S].北京：中國標準出版社，2008:5.

(編輯 張向陽)

GroundingElectrodeSelectionandGroundingResistanceCalculationforACDrainCircuitofOilandGasPipelines

LiuZhongchao,XuNaidi,YuAixin,XuSha
(NortheastBranch,CNPCPipelineEngineeringCorporation,Shenyang110031,China)

At present, selection of grounding electrode is diversified in practical AC interference protection of oil and gas pipelines in domestic and foreign countries. Comparison was made between common copper wire and zinc grounding material in AC drain circuit, and calculation of grounding resistance was given based on relevant standards.

oil and gas pipelines, AC interference protection, grounding electrode, grounding resistance

2017-02-17；修改稿收到日期：2017-05-26。

劉仲超(1985—)，工程師，主要從事長輸油氣管道防腐及陰極保護設計工作。 E-mail: lzc27149@163.com