保障油氣管道生產(chǎn)運行的雷電與靜電防護措施

汪華

摘要：油氣管道輸送介質(zhì)是易燃、易爆的物質(zhì)，管道輸送過程中一旦發(fā)生泄漏、管道腐蝕、地震、雷電等等，極易引發(fā)爆炸、火災等安全事故。特別是雷電、靜電，容易與管道中液體通過電解質(zhì)作用產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)，腐蝕油氣管道，甚至是產(chǎn)生的交流電對人員造成危害，從而增加了油氣管道的安全隱患。本文主要探討了油氣管道生產(chǎn)運行中存在的電氣安全問題，分析了油氣管道應急保護的原理，探討了油氣管道安全的防護措施。旨在為管道儲運安全提供一些參考。

關(guān)鍵詞：油氣管道;雷電;靜電;危害;防護

引言：油氣資源是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展中不可缺少的資源。隨著中國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的推進，對石油、天然氣等資源的消耗量也在不斷增長。為了滿足發(fā)展的需求，我國加大了對石油及天然氣產(chǎn)業(yè)的投資，加強了對油氣基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)。在國家的大力支持下，國內(nèi)的油氣產(chǎn)業(yè)獲得了快的發(fā)展。雖然近幾年我國油氣產(chǎn)業(yè)為國民經(jīng)濟帶來了快速增長，擴大了我國油氣在全球油氣市場份額的占比，拉近了我國與發(fā)達國家油氣產(chǎn)值的距離，但國內(nèi)的油氣管道事故的發(fā)生率仍舊居高不下，甚至是發(fā)達國家的數(shù)倍。研究油氣管道生產(chǎn)運行中雷電與靜電的防護對降低油氣管道帶來的人員傷亡和經(jīng)濟損失有著重要的意義。

一、油氣管道生產(chǎn)運行中存在的電氣安全問題

油氣管道輸送的介質(zhì)屬性決定了其在生活運行中所受的安全隱患較多。其中電氣隱患對油氣管道安全運行的影響較大。如雷電擊穿、靜電電廠放電。因油氣運輸管道較長，而場站、閥室多修建在空曠位置。場站內(nèi)設(shè)備多為金屬材質(zhì)，一方面易受雷擊，另一方面介質(zhì)摩擦管壁易生產(chǎn)靜電，介質(zhì)中一些物質(zhì)受電解質(zhì)作用易產(chǎn)生腐蝕物對造成管壁破損。在雷電與靜電的長期作用下，易加速油氣管網(wǎng)及設(shè)備的損壞，增加油氣管道生產(chǎn)運行中的安全隱患。當油氣管道發(fā)生泄漏后，就容易引起火災、爆炸、中毒等安全事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。

目前，國內(nèi)有大部分的油氣管道安全問題為站場電氣安全管理缺失所致。其問題主要變現(xiàn)在如下：（1）防雷、防靜電接地檢測不足;（2）電氣設(shè)備運行管理疏忽;（3）電氣表示不規(guī)范;（4）電氣防爆處理不到位;（5）電氣兩票管理不規(guī)范、形式化。

雷電、靜電的產(chǎn)生本身伴隨著熱效應、電效應及機械效應的生產(chǎn)。強雷擊甚至伴隨著高溫、高壓的產(chǎn)生。油氣管道中的介質(zhì)本身易受高溫、高壓及電效應環(huán)境的影響。當發(fā)生較強的雷電，或形成較強的雷電場時，就極易引發(fā)火災、爆炸。油氣生產(chǎn)站場的設(shè)備、管道發(fā)生老化或接地不規(guī)范，發(fā)生管道介質(zhì)，就會加劇站場的危險性，引發(fā)火災、爆炸或電擊等安全事故。此外，油氣站場的高壓區(qū)、低壓配電室等，本身屬于高危區(qū)域。缺乏規(guī)范的標識及管理制度，容易造成管理疏漏或管理不規(guī)范的問題，從而增加了生產(chǎn)站場的事故風險。

二、油氣管道陰極保護的原理

油氣管道的腐蝕屬于電化學腐蝕，它是由材料與環(huán)境共同作用的結(jié)果。金屬與電解質(zhì)因電化學反應對關(guān)閉造成腐蝕性破壞。腐蝕的過程中就會有電流產(chǎn)生。由于不同金屬的存在電位差，當電解質(zhì)溶液中同時出現(xiàn)兩種金屬時，原電池的陽極區(qū)發(fā)生腐蝕，持續(xù)輸出電子。另一種金屬離子則溶于電解質(zhì)中，陽極區(qū)發(fā)生陰極反應。油氣管道內(nèi)壁就表面發(fā)生電化學不均勻性，形成腐蝕原電池。電流通過導體與電解質(zhì)形成電流回路。當兩種金屬間的電位差持續(xù)變大，電路產(chǎn)生的電壓就會持續(xù)增大。腐蝕電池形成后，陽極金屬表面開始持續(xù)失去電子，發(fā)生氧化反應，促使金屬原子轉(zhuǎn)化為正離子，合成以氫氧化物為主的化合物。陰極則持續(xù)從陽極得到電子，表面富集電子，發(fā)生還原反應，不會有腐蝕的發(fā)生。腐蝕過程見氧化反應見式1、還原反應見式2、式3。

根據(jù)油氣管道的腐蝕原理，我們就可以對油氣管道做陰極保護處理，來預防和控制油氣管道的腐蝕，提高油氣管道的安全性，預防雷電、靜電可能引發(fā)的爆炸、火災等安全事故。如選擇耐腐蝕材料、加強腐蝕環(huán)境的控制、選擇有效的防腐層、陰極保護、添加緩蝕劑等等。

三、油氣管道安全的防護措施

（一）雷電的防護措施

1.陰極保護

為油氣管道設(shè)計外加電流陰極保護系統(tǒng)。陰極保護系統(tǒng)包括被保護的管道、輔助陽極、直流電源及附屬設(shè)施。需要注意，為確保電源設(shè)備的可靠性，要求陰極保護設(shè)備功率與保護管道相匹配。常用電源有恒電位儀器、整流器、太陽能電池等。將保護電流動電源引入地下導電體，利用輔助陽極地床將保護電流送入土壤，再經(jīng)過土壤流入被保護的油氣管道，來防止管道陽極發(fā)生化學腐蝕。設(shè)計陽極地床時應選擇高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極。鹽漬土、海濱土等酸根離子較高的環(huán)境，應選用鉻高硅鑄鐵陽極。高電阻環(huán)境應選擇鋼鐵陽極。覆蓋層較差的環(huán)境或油氣管網(wǎng)復雜的環(huán)境應采用柔性陽極。油污水與鹽水環(huán)境中除外。陽極電極應埋入地表下1-5米土層內(nèi)。陰極保護系統(tǒng)設(shè)置好后必須做好投入前的運行調(diào)試，確保對油氣管道保護的有效性。運行測試在有電解質(zhì)環(huán)境中，被保護管道必須全部通過電絕緣測試，且可以對管道進行持續(xù)的陰極保護。

2.防雷接地

防雷接地處理不當引發(fā)油氣管道爆炸及火災事故的主要原因之一。所有的油氣管道及油氣站場的設(shè)備均應按照相關(guān)的標準做好防雷接地設(shè)計與布置，以便將發(fā)生的自然雷電引入大地。防雷接地的材料應選擇質(zhì)量較好的接地極材料，點位英語輔助養(yǎng)雞材料先近。此外，防雷接地的線路一定要與輔助陽極分開敷設(shè)。必要時需要通過增設(shè)電屏蔽或接地網(wǎng)來阻隔?；虿捎玫入娢豢缃觼眍A防線路之間互相影響引起的放電現(xiàn)象。尤其管道與防雷接地位置的間距最佳間距為500米。該距離可以有效地預防電位差的增大，同時又能較快地將雷電引入大地，防止油氣管表面發(fā)生腐蝕問題。

（二）靜電的防護措施

1.控制靜電的產(chǎn)生

1.1適當降低油氣管道流速

降低油氣管內(nèi)介質(zhì)的流速可以有效地減少摩擦力的產(chǎn)生，同時也能預防摩擦過程中靜電荷的產(chǎn)生。油氣管道最佳流速的設(shè)定可以通過下式4計算。

式4? v2d≤0.64，其中v表示管道介質(zhì)的平均流速（m/s），d表示管道直徑（m）。

1.2控制油面空間可燃性氣體

油氣產(chǎn)品具有揮發(fā)性，揮發(fā)在空氣中的混合型氣體具有可燃性，遇到電火花或雷電時易引發(fā)火災或爆炸。因此，要采取有效措施加強對空氣中可燃性混合提起的控制。如設(shè)置通風裝置改善通風條件。

1.3做好水、原油與空氣混合的預防

當油氣管道內(nèi)介質(zhì)的含水量較高時，管內(nèi)介質(zhì)與管壁的摩擦力就會加大，更容易刺激靜電的產(chǎn)生。因此，要加強對油氣管內(nèi)介質(zhì)含水量的控制，盡量避免水、空氣與油氣混合。清洗油氣管道或儲運設(shè)施設(shè)備時，建議盡可能不用或少用蒸汽清洗方式。必須采用蒸汽清洗時，建議做好電位差的監(jiān)測，以便于發(fā)生異常時能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

1.4控制人身靜電

人身靜電雖然產(chǎn)生的量較少，但在可燃性混合氣體環(huán)境中危險性還是較高。人員在巡檢、維護或定期檢查油氣管道，或生產(chǎn)作業(yè)活動時，應避免穿著尼龍纖維材質(zhì)的衣服。進入作業(yè)區(qū)活動室，所有人員必須穿著防靜電服或?qū)Ｓ玫拿薏脊し?、鞋帽等裝備，做好人體靜電消除。

2.導走靜電

靜電集聚到電流較大時，也會造成管線陰極腐蝕。對該種問題，可以采取接地處理、靜電跨接的方式導走靜電。將利用陰極保護的金屬導向?qū)⒂蜌夤艿琅c大地連通，或?qū)⒔饘僭O(shè)備與油氣管道之間進行跨接，使其形成等電位差，降低電阻。如此，在發(fā)生油氣管道靜電時，就及時地將靜電通過大地引走，靜電集聚造成的電火花及管道腐蝕問題。接地跨接要求設(shè)置在油氣管道的近戶、管道彎道、管道分插、管道分徑等位置。直管應每間隔100-200米做一次靜電接地，直管或室內(nèi)管道不可跨接。

四、結(jié)語

綜上所述，雷電、靜電聚集容易引燃油氣管道泄漏在空氣中的可燃物，給油氣管道的生產(chǎn)運行帶來了極大的安全隱患。為了提高油氣管道生產(chǎn)運行中的安全，降低人員傷亡及經(jīng)濟損失，建議加強對油氣管道電氣設(shè)備的安全管理，制定嚴格的管理制度，加強日常巡檢和定期維護檢修。一方面要預防管道腐蝕等破損造成的泄漏，另一方面要預防油氣管道靜電的產(chǎn)生與管道周邊、站場內(nèi)的防雷電接地處理。雷電防護可以通過陰極保護和防雷接地處理實現(xiàn)。靜電防護可以通過控制靜電產(chǎn)生、導走靜電的方式實現(xiàn)。

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