長(zhǎng)輸油氣管道閥室漏電治理研究

[摘 要]閥室作為長(zhǎng)距離油氣管道的重要組成部分，在整個(gè)線路中起著舉足輕重的作用，如分輸、緊急關(guān)斷、放空、反吹等。目前大部分閥室的陰極保護(hù)與主干線陰極保護(hù)共用一個(gè)陰保系統(tǒng)，然而閥室內(nèi)的各類(lèi)接地、絕緣失效和閥門(mén)防腐缺陷等問(wèn)題極易造成閥室內(nèi)陰保電流流失，使得閥室內(nèi)埋地管線欠保護(hù)，漏電嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成閥室上下游500 m左右管段管道陰保電位偏正。為解決油氣干線閥室漏電問(wèn)題，確保整個(gè)干線陰保正常運(yùn)行，埋地管道陰極保護(hù)電位須在–1.2～–0.85 V保護(hù)值內(nèi)。文章分析了大部分閥室漏電原因，并提出了治理方法，以期為相關(guān)人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]陰保系統(tǒng)；電流流失；欠保護(hù)；閥室漏電；防腐缺陷

[中圖分類(lèi)號(hào)]TE988.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）06–0069–04

Research on Leakage Control of Valve Chamber in Long Oil and Gas Pipeline

XIAO Zenghu

[Abstract]As an important component of long-distance oil and gas pipelines， valve chambers play a crucial role in the entire pipeline， such as distribution， emergency shutdown， venting， backflushing， etc. At present， most valve chambers share the same cathodic protection system as the cathodic protection of the main line. However， various grounding， insulation failures， and valve anti-corrosion defects in the valve chamber can easily cause cathodic protection current loss， resulting in inadequate protection of buried pipelines in the valve chamber. Severe leakage can cause about 500 meters of pipeline upstream and downstream of the valve chamber， and the cathodic protection potential of the pipeline to be biased towards positive. To solve the problem of leakage in the valve chamber of oil and gas pipelines and ensure the normal operation of the entire pipeline cathodic protection， the cathodic protection potential of buried pipelines must be within the protection value of -1.2～-0.85 V. The article analyzes the causes of leakage in most valve chambers and proposes treatment methods in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]yin protection system； current loss； underprotection； leakage of valve chamber； corrosion defects

長(zhǎng)輸油氣管道的陰極保護(hù)有效性很大程度上決定著管道運(yùn)行期的使用壽命和安全，長(zhǎng)輸油氣管道陰極保護(hù)系統(tǒng)按線路和區(qū)域分類(lèi)，分為長(zhǎng)輸線路陰極保護(hù)和場(chǎng)站區(qū)域性陰極保護(hù)，部分地區(qū)增加犧牲陽(yáng)極進(jìn)行補(bǔ)充。近年來(lái)，埋地管道隨著埋地年限的增長(zhǎng)，管道因腐蝕泄漏發(fā)生各種類(lèi)型的事故災(zāi)害，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了較大損失，給人民生命安全帶來(lái)了威脅。因此做好管道防腐工作尤其重要，而閥室在整個(gè)干線管道正常運(yùn)行中具有重要作用，文章針對(duì)閥室漏電原因展開(kāi)研究，旨在提升管道使用壽命。

1 閥室絕緣性的要求

油氣管道閥室在設(shè)計(jì)建設(shè)期根據(jù)GB/T 21448—2017《埋地鋼制管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，需要在閥室內(nèi)建設(shè)陰極保護(hù)站時(shí)，應(yīng)根據(jù)其相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，沒(méi)有陰極保護(hù)站時(shí)，應(yīng)根據(jù)其規(guī)定和SY/ T 0086—2020《陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定做好電絕緣處理。閥室電絕緣的目的是為防止陰極保護(hù)電流流到與大地連接的非保護(hù)金屬構(gòu)筑物上。電絕緣的作用為防止陰保電流流失、減輕電偶腐蝕、減輕雜散電流和避免不必要的干擾、控制電流流向，避免因非保護(hù)對(duì)象、引壓管支架、錨固墩、閥墩、管墩、各類(lèi)支撐、管托、踏步平臺(tái)及接地裝置等原因引起保護(hù)管道的陰極保護(hù)電流流失。

根據(jù)RTU閥室與非RTU閥室分類(lèi)、自控與工藝流程、電力接地及安裝的設(shè)備情況做好相應(yīng)的絕緣處理。主要對(duì)象為：閥體與氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的絕緣；氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與電子控制單元、回訊器等電器部分之間的絕緣；壓力變速器與主干線的絕緣；放空管通過(guò)絕緣接頭與主干線管道的絕緣。此外，引壓管應(yīng)安裝絕緣設(shè)施，同時(shí)保證并行引壓管間有足夠的空間，防止電弧放電風(fēng)險(xiǎn)。合建閥室內(nèi)不同管道采用不同的陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行電絕緣處理，防止陰極保護(hù)系統(tǒng)相互干擾（會(huì)造成直流干擾）；分支管線連接處需進(jìn)行電絕緣。采用絕緣接頭進(jìn)行電絕緣時(shí)，根據(jù)SY/T 0516—2016《絕緣接頭與絕緣法蘭技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，對(duì)絕緣接頭進(jìn)行雷電保護(hù)和電壓保護(hù)器設(shè)置。此外，還應(yīng)考慮閥室是否受交直流干擾，存在交直流干擾時(shí)，其交直流干擾防護(hù)與閥室兩端線路管道的交直流干擾防護(hù)一并考慮。

閥室內(nèi)埋地干線主管道在出廠時(shí)已做防腐保護(hù)，目前廣泛使用3PE防腐層。閥門(mén)等埋地設(shè)備根據(jù)SY/ T 7036—2016《石油天然氣站場(chǎng)管道及設(shè)備外防腐層技術(shù)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求進(jìn)行防腐蝕處理，防腐層的電絕緣性、防水防潮性、機(jī)械性、附著性、耐化學(xué)性和熱老化性等有著嚴(yán)格的要求。

2 漏電類(lèi)型

（1）搭接造成陰保電流泄漏。油氣管線閥室在建設(shè)期根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，對(duì)保護(hù)段管道與非保護(hù)金屬構(gòu)筑物的各類(lèi)絕緣問(wèn)題做了要求，避免因搭接造成陰極保護(hù)電流流失，然而早期施工管理缺陷和后期各類(lèi)改造原因，導(dǎo)致閥室內(nèi)仍然有各類(lèi)搭接現(xiàn)象。如限位開(kāi)關(guān)線纜管與閥體搭接、引壓管與支撐之間缺少絕緣墊片或絕緣墊片破損形成搭接、引壓管與固定卡之間的絕緣墊片破損形成搭接、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與電控箱之間的固定螺絲未加絕緣卡套形成搭接、氣液缸頂部非保護(hù)端引壓管絕緣護(hù)套破損與保護(hù)端搭接、執(zhí)行機(jī)構(gòu)放空管與房屋鋼結(jié)構(gòu)或斜拉鋼結(jié)構(gòu)搭接、管道與鋼套管存在搭接、電控箱螺栓與管道搭接、各類(lèi)固定鐵絲與主管道和閥門(mén)搭接、電動(dòng)閥撓型管未加裝絕緣接頭、電控箱穿線管與限位開(kāi)關(guān)電纜穿線管扁鋼支架與閥體搭接等。這里所列的只是在閥室內(nèi)易形成搭接的部分位置，但閥室內(nèi)各類(lèi)導(dǎo)電介質(zhì)與保護(hù)管道連接均會(huì)造成陰保電流流失，在檢查時(shí)需仔細(xì)分區(qū)分項(xiàng)逐個(gè)檢查，確保不會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)搭接問(wèn)題造成陰保電流泄漏。

（2）接地系統(tǒng)造成陰保電流泄漏?；陔姎獍踩紤]，閥室輸油氣設(shè)備設(shè)施均有防雷防靜電接地，要求接地網(wǎng)與大地具有良好的導(dǎo)通。如果存在管道與閥室接地網(wǎng)搭接或絕緣失效問(wèn)題，會(huì)造成接地網(wǎng)吸收大部分陰保電流，管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。主要的接地系統(tǒng)有儀表、設(shè)備接地系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)，其中儀表的內(nèi)外接地易與管道形成連接。另外有電動(dòng)閥機(jī)殼與接地系統(tǒng)直接連接、ESD閥與接地連接及設(shè)備配線箱內(nèi)部保護(hù)線與管道連接、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部接線造成管道與接地系統(tǒng)導(dǎo)通、電動(dòng)閥電氣保護(hù)接地通過(guò)撓型管與接地網(wǎng)導(dǎo)通、接地線破皮與管道直接連接等問(wèn)題。

（3）防腐層破損使陰保電流泄漏。埋地管道防腐層根據(jù)GB/T 21447—2018《鋼制管道外腐蝕控制規(guī)范》、GB/T 23257—2017《埋地鋼制管道聚乙烯防腐層》等規(guī)范對(duì)防腐層防腐性、粘結(jié)性、機(jī)械保護(hù)性等有著明確規(guī)定。當(dāng)管道防腐層出現(xiàn)破損點(diǎn)時(shí)，陰極保護(hù)電流會(huì)隨著破損點(diǎn)流出，流出后經(jīng)一段距離再流回管道，或被其他非保護(hù)金屬構(gòu)筑物消耗，陰保電流流出點(diǎn)就形成陽(yáng)極發(fā)生腐蝕。在閥室內(nèi)因施工等也會(huì)造成防腐層破損，如果破損點(diǎn)與非保護(hù)金屬構(gòu)筑物產(chǎn)生搭接，會(huì)造成陰保電流流失現(xiàn)象，使得整個(gè)閥室陰保電位處于欠保護(hù)狀態(tài)，因此在閥室涉及開(kāi)挖檢測(cè)、環(huán)焊縫檢測(cè)、本體修復(fù)等作業(yè)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注防腐層是否破損和質(zhì)量是否合格。

（4）其他原因。①絕緣卡套因內(nèi)部存有雜質(zhì)（水、小沙粒等）導(dǎo)通，使得陰保電流流失；②犧牲陽(yáng)極做補(bǔ)充保護(hù)時(shí)，當(dāng)犧牲陽(yáng)極失效，成為陰保電流流失點(diǎn)；③閥門(mén)等埋地設(shè)施設(shè)備維檢修時(shí)黏彈體、冷纏帶等纏繞不合格，回填后水分滲入管體表面，造成電流流失。

3 測(cè)試排查

3.1 搭接點(diǎn)排查

通過(guò)電位測(cè)試確定閥室存在漏電現(xiàn)象時(shí)，需根據(jù)上述所列內(nèi)容，逐項(xiàng)對(duì)各類(lèi)搭接點(diǎn)進(jìn)行排查，查看保護(hù)端管道與非保護(hù)金屬構(gòu)筑物是否存在搭接，形成電連接使得陰保電流流失，搭接點(diǎn)排查時(shí)可與接地系統(tǒng)排查同時(shí)進(jìn)行，提高工作效率和準(zhǔn)確度。

3.2 接地系統(tǒng)排查

測(cè)試閥室接地漏電時(shí)，應(yīng)先判斷閥室接地系統(tǒng)類(lèi)型，因?yàn)镽TU閥室和非RTU閥室接地系統(tǒng)不一致。RTU閥室有多套接地裝置，包括工作接地、防雷接地、靜電接地等，聯(lián)合接地網(wǎng)的接地電阻不大于4 Ω，非RTU閥室，參照防雷規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，接地電阻應(yīng)不大于10 Ω。閥室接地系統(tǒng)檢測(cè)通過(guò)三極法（參照GB/T 21246—2020《埋地鋼制管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》）測(cè)試不同位置接地網(wǎng)的接地電阻，來(lái)判斷是否存在電連接，同時(shí)對(duì)閥室內(nèi)接地電阻進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。方法為選取幾處接地下引線位置測(cè)量接地網(wǎng)的接地電阻或電位，如果所有位置的接地電阻或電位相同，說(shuō)明接地網(wǎng)為一個(gè)整體，如果每處接地電阻或電位不同，說(shuō)明閥室接地網(wǎng)由多個(gè)組成，或者部分接地系統(tǒng)失效。接地系統(tǒng)測(cè)試完成后，依次斷開(kāi)電位最負(fù)的接地極，并對(duì)管道電位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)斷開(kāi)某一個(gè)接地后管道電位上升，可能此處接地極存在電連接，是陰保電流泄漏點(diǎn)。

若地面無(wú)法找到管線與接地網(wǎng)搭接位置，需要對(duì)閥室進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)。開(kāi)挖前應(yīng)查閱竣工圖紙，包括生產(chǎn)工藝、電氣儀表等，優(yōu)先開(kāi)挖有可能存在管線與接地網(wǎng)搭接的位置，如太陽(yáng)能接地、RTU間接地等。管線與接地網(wǎng)搭接有可能是垂直接地搭接，可以沿水平接地?cái)嚅_(kāi)，同時(shí)監(jiān)測(cè)接地網(wǎng)電位的變化，開(kāi)挖直到斷開(kāi)某個(gè)垂直接地后，接地網(wǎng)的電位恢復(fù)自然電位，說(shuō)明找到了管線與接地網(wǎng)的搭接點(diǎn)。

3.3 絕緣部位排查

對(duì)閥室內(nèi)存在的各類(lèi)絕緣設(shè)備進(jìn)行測(cè)試排查，絕緣性能測(cè)試主要包括：絕緣法蘭、絕緣接頭（放空管與主管線間）、絕緣活接頭、絕緣短管、絕緣管接頭、絕緣卡套、絕緣支撐、絕緣墊片和去耦隔直裝置等絕緣設(shè)備設(shè)施，確認(rèn)各設(shè)備絕緣性能完好，與陰保管線不存在電連接。

（1）利用ACVG或DCVG檢查閥室進(jìn)出端管線，當(dāng)接地網(wǎng)與管線絕緣不好時(shí)，ACVG/DCVG信號(hào)都會(huì)顯示異常，整個(gè)閥室管線顯示為大的缺陷點(diǎn)。

（2）絕緣接頭測(cè)試儀測(cè)試。采用絕緣接頭測(cè)試儀測(cè)試埋地絕緣接頭性能，測(cè)試時(shí)將絕緣接頭的兩個(gè)測(cè)試線與儀器兩個(gè)測(cè)試線連接，開(kāi)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，儀器自動(dòng)顯示絕緣接頭性能。對(duì)于絕緣法蘭，采用絕緣法蘭測(cè)試儀測(cè)試每個(gè)螺栓、絕緣墊片的絕緣性能，判斷絕緣法蘭性能。

（3）電位法檢測(cè)。采用萬(wàn)用表+參比電極測(cè)試絕緣件兩側(cè)管道電位，根據(jù)測(cè)試電位差判斷絕緣件性能。電位法測(cè)試接線如圖1所示，當(dāng)兩側(cè)電位差值超過(guò)200 mv時(shí)，需通過(guò)PCM電流法和DM法進(jìn)行測(cè)試確認(rèn)。

（5）DM法。解除閥室地面所有接地后，按DM操作步驟，通過(guò)距閥室最近測(cè)試樁內(nèi)管道接線用DM發(fā)射機(jī)（或閥室內(nèi)主管道，可能受影響）向管道輸入電流I，在閥室內(nèi)用DM接收機(jī)測(cè)量并記錄電流流向保護(hù)端管道中的電流和出現(xiàn)在非保護(hù)端金屬構(gòu)筑物上的電流。比較兩者數(shù)值，判斷是否存在絕緣措施及絕緣設(shè)備性能完好性。如果有漏電時(shí)可通過(guò)接收機(jī)追蹤電流流向，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷電流泄漏點(diǎn)。

為了測(cè)試準(zhǔn)確，還需對(duì)閥室前后500 m內(nèi)管道進(jìn)行密間隔電位測(cè)試（自然電位、通斷電電位、交流電壓），通過(guò)陰保電位偏移情況判斷閥室漏電造成的管道電位偏移嚴(yán)重性，并對(duì)防腐層檢漏，當(dāng)測(cè)試出主管道防腐層破損，需要對(duì)管道防腐層厚度及管道壁厚（若有破損處）進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)估防腐層質(zhì)量和管體損傷情況。

4 問(wèn)題解決

通過(guò)測(cè)試和結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，原因主要有搭接因素、接地處理不當(dāng)、絕緣設(shè)備性能老化和未設(shè)置、防腐層破損等。不管是何種原因?qū)е碌拈y室漏電，都會(huì)使陰保電流流失，造成閥室管道電位欠保護(hù)，管道處于被腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，因此需對(duì)發(fā)現(xiàn)的閥室漏電問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理，確保陰保電位正常，陰保系統(tǒng)健康運(yùn)行。

（1）發(fā)現(xiàn)絕緣設(shè)施（絕緣法蘭、絕緣接頭、絕緣活接頭、絕緣短管、絕緣管接頭、絕緣卡套、絕緣支撐、絕緣墊片和去耦隔直裝置等）性能失效，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換；應(yīng)設(shè)置而未設(shè)置的部位及時(shí)增加絕緣設(shè)施進(jìn)行電絕緣；對(duì)各類(lèi)搭接點(diǎn)增設(shè)絕緣墊片，阻斷漏電通路。

（2）電氣儀表接地錯(cuò)位問(wèn)題，按照GB/T 50169《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求進(jìn)行接地整改或優(yōu)化，不符合接地要求的接地系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行更換整改。對(duì)于閥室內(nèi)儀表、設(shè)備接地電阻值超出規(guī)范要求、未連接閥室聯(lián)合接地網(wǎng)的，將接地線引至聯(lián)合接地網(wǎng)，聯(lián)合接地網(wǎng)接地電阻值超出規(guī)范要求的，進(jìn)行降阻處理。在滿足電器儀表等設(shè)備設(shè)施要求的前提下，非必須的接地和可能導(dǎo)致閥室陰保電流泄漏的接地考慮拆除，涉及開(kāi)挖整改的做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)。

（3）針對(duì)閥室內(nèi)管道和閥室上下游500 m內(nèi)的管道防腐層破損和老化問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)過(guò)程嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)。

（4）對(duì)電氣儀表和閥門(mén)內(nèi)部安全接地，利用閥室固態(tài)去耦合器性能將接地部分與主管線進(jìn)行隔離，閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的電氣保護(hù)接地線和儀表機(jī)殼接地線統(tǒng)一和接地系統(tǒng)之間串聯(lián)固態(tài)去耦合器進(jìn)行處理，此方法即保證了電氣設(shè)備和閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的安全接地要求，同時(shí)也可高效可靠地解決閥室漏電問(wèn)題。

5 管理建議

（1）在閥室內(nèi)和線路部分地段增設(shè)試片，定期檢查管道通斷電電位、自然電位和交流電壓，對(duì)管道斷電電位值不符合陰極保護(hù)準(zhǔn)則（斷電電位值在0.85～–1.20 V）的，及時(shí)調(diào)整恒電位儀輸出，確保管道保護(hù)率100%。

（2）發(fā)現(xiàn)恒電位儀因老化和性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，引起電位波動(dòng)時(shí)，對(duì)恒電位儀及時(shí)進(jìn)行維修或更換，并做好記錄。

（3）閥室焊縫、本體開(kāi)挖檢測(cè)，設(shè)施設(shè)備維修更換時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)和各專(zhuān)業(yè)溝通，作業(yè)前后測(cè)試閥室電位，如有變化立馬整改。

（4）閥室圍墻外設(shè)置測(cè)試樁，測(cè)試樁內(nèi)分別連接管道電纜及閥室聯(lián)合接地網(wǎng)電纜，定期測(cè)試絕緣狀況。

（5）加強(qiáng)日常對(duì)閥室內(nèi)管道電位及非保護(hù)端金屬構(gòu)筑物的測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章從埋地管道閥室絕緣要求入手，對(duì)閥室漏電形式、測(cè)試方法、問(wèn)題解決、管理建議進(jìn)行了總結(jié)，但閥室漏電形式多樣，需加強(qiáng)日常管理，定期對(duì)閥室內(nèi)管道電位進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析。出現(xiàn)較大數(shù)據(jù)波動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)測(cè)量排查解決，避免因長(zhǎng)期漏電造成管道閥室腐蝕，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)不必要的損失。

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