油气管道交流排流用接地极的选取及接地电阻计算

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(中国石油管道局工程有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110031)

油气管道交流排流用接地极的选取及接地电阻计算

刘仲超,许乃迪,于爱新,徐莎

(中国石油管道局工程有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110031)

目前国内外油气管道交流干扰防护实际工程应用中接地极的选取多样化。对交流排流常用裸铜线与锌接地材料进行对比，总结其优缺点，并参照相关规范给出接地电阻的计算。

油气管道交流干扰防护接地极接地电阻

随着新技术、新材料的应用，在电网的电压等级越来越高的同时，管道阴极保护的要求也越来越高，这就使得两者之间的干扰越来越强。这种情况下，很少的干扰都有可能产生极大的干扰范围，产生严重的干扰破坏。国内外诸多标准对交流干扰电压和交流干扰密度等关键参数提出了相应的要求[1-2]。固态去耦合器连接管道和接地极进行排流的做法从北美引入到国内管道界后成为近年来工程上普遍采用的做法，但对接地极的选取及接地电阻的计算均没有统一规定。

1 接地极选取

1.1可供选择的几种排流保护方式

(1)直接排流：具有排流效果较好、成本低的优点，但同时会漏失阴极保护电流，影响保护范围，不适用于阴极保护的管道。

(2)嵌位式排流：适用于有阴极保护的管道，能有效隔离直流保护电流，但其明显的弱点是耐雷电流或故障电流的强电冲击性能较差，排流能力有限，存在较大的排流设施被毁坏的可能，管理维护麻烦、费用高。

(3)负电位排流：在采用锌带接地时，同样具有不漏失阴极保护电流、排流效果较好的优点，但由于接地极与管道直接连通，不但增加了管道从接地极接受干扰电流的危险，而且不便于断电电位的测量，为评价阴极保护有效性带来困难。

(4)固态去耦合器排流：固态去耦合器加接地极方式是国外应用较普遍的方式，也是NACE标准SP0177—2014《缓和电流和闪电对金属结构和腐蚀控制系统的影响》和加拿大管道腐蚀研究会的专题研究报告PR-262-9913《交流接地对阴极保护的影响报告》中推荐的方式，由于其低阈值电压(-2 V/+2 V)和雷电冲击泄漏电流量大(100 kA)的特点，具有降低感应电压效果好、维护方便、适用性强的优点，但相对成本较高。

1.2接地极优缺点对比

在目前国内外的交流排流工程实践中，常用的接地极为镀锌扁钢、裸铜线和带状高纯锌阳极等。在有较大电流流出和土壤腐蚀的作用下，镀锌扁钢消耗较快，使用寿命较短，影响长期可靠性，给维护带来麻烦。目前国内工程多采用裸铜线接地极，裸铜线及带状锌阳极两种材料优缺点对比见表1。

表1 接地体材料优缺点对比

2 接地电阻计算

接地电阻的计算参照国标中单支水平式辅助阳极接地电阻计算公式[3]：

式中：Rh为单支水平式辅助阳极接地电阻,Ω；ρ为土壤电阻率,Ω·m；La为辅助阳极长度,m；Da为辅助阳极直径,m；t为辅助阳极埋深,m。

2.1裸铜线接地电阻计算

选取裸铜线截面积35 mm2，等效直径为0.006 676 m,选取不同土壤电阻率及不同长度进行组合计算，计算结果见表2。

表2 裸铜线接地电阻计算结果

2.2带状锌阳极接地电阻计算

选取带状锌阳极规格为ZR-2型，尺寸为15.88 mm×22.22 mm，等效直径为0.0242 55 m，选取不同土壤电阻率及不同长度进行组合计算，计算结果见表3。

目前还没有规范标准对接地电阻的大小做出具体要求，工程实践中一般要求不超过3 Ω。通过表格计算对比得知：相同环境及长度下，带状锌阳极接地电阻更小。由于带状锌阳极能避免与管道间的电偶腐蚀，且相同工况下接地电阻小，因此认为带状锌阳极作为排流接地极更为合适。运行管理单位应定期检查固态去耦合器的运行状态，对发现的故障及时处理。

表3 带状锌阳极接地电阻计算结果

3 结束语

采用固态去耦合器配合接地极对交流干扰进行防护被工程实践证实是可行且有效的，通过对比推荐采用带状锌阳极代替目前普遍采用的裸铜线作为接地极。对接地极的选取及接地电阻计算还存在以下问题：

(1)仅对目前工程常用的裸铜线接地极和带状锌阳极做了对比、计算，未考虑其他接地形式。

(2)接地极接地电阻的计算中未考虑土壤电阻率随季节及气候的变化。

(3)采用裸铜线或带状锌阳极作为接地极用于交流干扰防护时的使用寿命问题尚待继续研究。

[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] 住房和城乡建设部.埋地钢质管道交流干扰防护技术标准：GB/T 50698—2011[S].北京：中国计划出版社，2011:12.

[3] 国家质量监督检验检疫总局.埋地钢质管道阴极保护技术规范：GB/T 21448—2008[S].北京：中国标准出版社，2008:5.

(编辑 张向阳)

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。

刘仲超(1985—)，工程师，主要从事长输油气管道防腐及阴极保护设计工作。 E-mail: lzc27149@163.com