长输油气管道阀室漏电治理研究

2024-01-01 00:00:00肖增虎

今日自动化 2024年6期

[摘要]阀室作为长距离油气管道的重要组成部分，在整个线路中起着举足轻重的作用，如分输、紧急关断、放空、反吹等。目前大部分阀室的阴极保护与主干线阴极保护共用一个阴保系统，然而阀室内的各类接地、绝缘失效和阀门防腐缺陷等问题极易造成阀室内阴保电流流失，使得阀室内埋地管线欠保护，漏电严重时会造成阀室上下游500 m左右管段管道阴保电位偏正。为解决油气干线阀室漏电问题，确保整个干线阴保正常运行，埋地管道阴极保护电位须在–1.2～–0.85 V保护值内。文章分析了大部分阀室漏电原因，并提出了治理方法，以期为相关人员提供参考。

[关键词]阴保系统；电流流失；欠保护；阀室漏电；防腐缺陷

[中图分类号]TE988.2 [文献标志码]A [文章编号]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

长输油气管道的阴极保护有效性很大程度上决定着管道运行期的使用寿命和安全，长输油气管道阴极保护系统按线路和区域分类，分为长输线路阴极保护和场站区域性阴极保护，部分地区增加牺牲阳极进行补充。近年来，埋地管道随着埋地年限的增长，管道因腐蚀泄漏发生各种类型的事故灾害，给国家经济带来了较大损失，给人民生命安全带来了威胁。因此做好管道防腐工作尤其重要，而阀室在整个干线管道正常运行中具有重要作用，文章针对阀室漏电原因展开研究，旨在提升管道使用寿命。

1 阀室绝缘性的要求

油气管道阀室在设计建设期根据GB/T 21448—2017《埋地钢制管道阴极保护技术规范》要求，需要在阀室内建设阴极保护站时，应根据其相关规定进行设计建设，没有阴极保护站时，应根据其规定和SY/ T 0086—2020《阴极保护管道的电绝缘标准》的相关规定做好电绝缘处理。阀室电绝缘的目的是为防止阴极保护电流流到与大地连接的非保护金属构筑物上。电绝缘的作用为防止阴保电流流失、减轻电偶腐蚀、减轻杂散电流和避免不必要的干扰、控制电流流向，避免因非保护对象、引压管支架、锚固墩、阀墩、管墩、各类支撑、管托、踏步平台及接地装置等原因引起保护管道的阴极保护电流流失。

根据RTU阀室与非RTU阀室分类、自控与工艺流程、电力接地及安装的设备情况做好相应的绝缘处理。主要对象为：阀体与气液联动执行机构间的绝缘；气液联动执行机构与电子控制单元、回讯器等电器部分之间的绝缘；压力变速器与主干线的绝缘；放空管通过绝缘接头与主干线管道的绝缘。此外，引压管应安装绝缘设施，同时保证并行引压管间有足够的空间，防止电弧放电风险。合建阀室内不同管道采用不同的阴极保护时，应进行电绝缘处理，防止阴极保护系统相互干扰（会造成直流干扰）；分支管线连接处需进行电绝缘。采用绝缘接头进行电绝缘时，根据SY/T 0516—2016《绝缘接头与绝缘法兰技术规范》相关要求，对绝缘接头进行雷电保护和电压保护器设置。此外，还应考虑阀室是否受交直流干扰，存在交直流干扰时，其交直流干扰防护与阀室两端线路管道的交直流干扰防护一并考虑。

阀室内埋地干线主管道在出厂时已做防腐保护，目前广泛使用3PE防腐层。阀门等埋地设备根据SY/ T 7036—2016《石油天然气站场管道及设备外防腐层技术规范》等技术规范相关要求进行防腐蚀处理，防腐层的电绝缘性、防水防潮性、机械性、附着性、耐化学性和热老化性等有着严格的要求。

2 漏电类型

（1）搭接造成阴保电流泄漏。油气管线阀室在建设期根据相关技术规范，对保护段管道与非保护金属构筑物的各类绝缘问题做了要求，避免因搭接造成阴极保护电流流失，然而早期施工管理缺陷和后期各类改造原因，导致阀室内仍然有各类搭接现象。如限位开关线缆管与阀体搭接、引压管与支撑之间缺少绝缘垫片或绝缘垫片破损形成搭接、引压管与固定卡之间的绝缘垫片破损形成搭接、执行机构与电控箱之间的固定螺丝未加绝缘卡套形成搭接、气液缸顶部非保护端引压管绝缘护套破损与保护端搭接、执行机构放空管与房屋钢结构或斜拉钢结构搭接、管道与钢套管存在搭接、电控箱螺栓与管道搭接、各类固定铁丝与主管道和阀门搭接、电动阀挠型管未加装绝缘接头、电控箱穿线管与限位开关电缆穿线管扁钢支架与阀体搭接等。这里所列的只是在阀室内易形成搭接的部分位置，但阀室内各类导电介质与保护管道连接均会造成阴保电流流失，在检查时需仔细分区分项逐个检查，确保不会出现各类搭接问题造成阴保电流泄漏。

（2）接地系统造成阴保电流泄漏。基于电气安全考虑，阀室输油气设备设施均有防雷防静电接地，要求接地网与大地具有良好的导通。如果存在管道与阀室接地网搭接或绝缘失效问题，会造成接地网吸收大部分阴保电流，管道处于欠保护状态，存在腐蚀风险。主要的接地系统有仪表、设备接地系统、防雷接地系统，其中仪表的内外接地易与管道形成连接。另外有电动阀机壳与接地系统直接连接、ESD阀与接地连接及设备配线箱内部保护线与管道连接、电动执行机构内部接线造成管道与接地系统导通、电动阀电气保护接地通过挠型管与接地网导通、接地线破皮与管道直接连接等问题。

（3）防腐层破损使阴保电流泄漏。埋地管道防腐层根据GB/T 21447—2018《钢制管道外腐蚀控制规范》、GB/T 23257—2017《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》等规范对防腐层防腐性、粘结性、机械保护性等有着明确规定。当管道防腐层出现破损点时，阴极保护电流会随着破损点流出，流出后经一段距离再流回管道，或被其他非保护金属构筑物消耗，阴保电流流出点就形成阳极发生腐蚀。在阀室内因施工等也会造成防腐层破损，如果破损点与非保护金属构筑物产生搭接，会造成阴保电流流失现象，使得整个阀室阴保电位处于欠保护状态，因此在阀室涉及开挖检测、环焊缝检测、本体修复等作业时，应重点关注防腐层是否破损和质量是否合格。

（4）其他原因。①绝缘卡套因内部存有杂质（水、小沙粒等）导通，使得阴保电流流失；②牺牲阳极做补充保护时，当牺牲阳极失效，成为阴保电流流失点；③阀门等埋地设施设备维检修时黏弹体、冷缠带等缠绕不合格，回填后水分渗入管体表面，造成电流流失。

3 测试排查

3.1 搭接点排查

通过电位测试确定阀室存在漏电现象时，需根据上述所列内容，逐项对各类搭接点进行排查，查看保护端管道与非保护金属构筑物是否存在搭接，形成电连接使得阴保电流流失，搭接点排查时可与接地系统排查同时进行，提高工作效率和准确度。

3.2 接地系统排查

测试阀室接地漏电时，应先判断阀室接地系统类型，因为RTU阀室和非RTU阀室接地系统不一致。RTU阀室有多套接地装置，包括工作接地、防雷接地、静电接地等，联合接地网的接地电阻不大于4 Ω，非RTU阀室，参照防雷规范及设计要求，接地电阻应不大于10 Ω。阀室接地系统检测通过三极法（参照GB/T 21246—2020《埋地钢制管道阴极保护参数测量方法》）测试不同位置接地网的接地电阻，来判断是否存在电连接，同时对阀室内接地电阻进行测试评价。方法为选取几处接地下引线位置测量接地网的接地电阻或电位，如果所有位置的接地电阻或电位相同，说明接地网为一个整体，如果每处接地电阻或电位不同，说明阀室接地网由多个组成，或者部分接地系统失效。接地系统测试完成后，依次断开电位最负的接地极，并对管道电位进行监测，当断开某一个接地后管道电位上升，可能此处接地极存在电连接，是阴保电流泄漏点。

若地面无法找到管线与接地网搭接位置，需要对阀室进行开挖检测。开挖前应查阅竣工图纸，包括生产工艺、电气仪表等，优先开挖有可能存在管线与接地网搭接的位置，如太阳能接地、RTU间接地等。管线与接地网搭接有可能是垂直接地搭接，可以沿水平接地断开，同时监测接地网电位的变化，开挖直到断开某个垂直接地后，接地网的电位恢复自然电位，说明找到了管线与接地网的搭接点。

3.3 绝缘部位排查

对阀室内存在的各类绝缘设备进行测试排查，绝缘性能测试主要包括：绝缘法兰、绝缘接头（放空管与主管线间）、绝缘活接头、绝缘短管、绝缘管接头、绝缘卡套、绝缘支撑、绝缘垫片和去耦隔直装置等绝缘设备设施，确认各设备绝缘性能完好，与阴保管线不存在电连接。

（1）利用ACVG或DCVG检查阀室进出端管线，当接地网与管线绝缘不好时，ACVG/DCVG信号都会显示异常，整个阀室管线显示为大的缺陷点。

（2）绝缘接头测试仪测试。采用绝缘接头测试仪测试埋地绝缘接头性能，测试时将绝缘接头的两个测试线与仪器两个测试线连接，开机进行测试，仪器自动显示绝缘接头性能。对于绝缘法兰，采用绝缘法兰测试仪测试每个螺栓、绝缘垫片的绝缘性能，判断绝缘法兰性能。

（3）电位法检测。采用万用表+参比电极测试绝缘件两侧管道电位，根据测试电位差判断绝缘件性能。电位法测试接线如图1所示，当两侧电位差值超过200 mv时，需通过PCM电流法和DM法进行测试确认。

（5）DM法。解除阀室地面所有接地后，按DM操作步骤，通过距阀室最近测试桩内管道接线用DM发射机（或阀室内主管道，可能受影响）向管道输入电流I，在阀室内用DM接收机测量并记录电流流向保护端管道中的电流和出现在非保护端金属构筑物上的电流。比较两者数值，判断是否存在绝缘措施及绝缘设备性能完好性。如果有漏电时可通过接收机追踪电流流向，进而准确判断电流泄漏点。

为了测试准确，还需对阀室前后500 m内管道进行密间隔电位测试（自然电位、通断电电位、交流电压），通过阴保电位偏移情况判断阀室漏电造成的管道电位偏移严重性，并对防腐层检漏，当测试出主管道防腐层破损，需要对管道防腐层厚度及管道壁厚（若有破损处）进行检测，评估防腐层质量和管体损伤情况。

4 问题解决

通过测试和结果统计分析，原因主要有搭接因素、接地处理不当、绝缘设备性能老化和未设置、防腐层破损等。不管是何种原因导致的阀室漏电，都会使阴保电流流失，造成阀室管道电位欠保护，管道处于被腐蚀风险，因此需对发现的阀室漏电问题及时进行处理，确保阴保电位正常，阴保系统健康运行。

（1）发现绝缘设施（绝缘法兰、绝缘接头、绝缘活接头、绝缘短管、绝缘管接头、绝缘卡套、绝缘支撑、绝缘垫片和去耦隔直装置等）性能失效，应及时进行更换；应设置而未设置的部位及时增加绝缘设施进行电绝缘；对各类搭接点增设绝缘垫片，阻断漏电通路。

（2）电气仪表接地错位问题，按照GB/T 50169《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》要求进行接地整改或优化，不符合接地要求的接地系统及时进行更换整改。对于阀室内仪表、设备接地电阻值超出规范要求、未连接阀室联合接地网的，将接地线引至联合接地网，联合接地网接地电阻值超出规范要求的，进行降阻处理。在满足电器仪表等设备设施要求的前提下，非必须的接地和可能导致阀室阴保电流泄漏的接地考虑拆除，涉及开挖整改的做好现场监护。

（3）针对阀室内管道和阀室上下游500 m内的管道防腐层破损和老化问题，应及时进行修复，修复过程严把质量关键点。

（4）对电气仪表和阀门内部安全接地，利用阀室固态去耦合器性能将接地部分与主管线进行隔离，阀门执行机构内部的电气保护接地线和仪表机壳接地线统一和接地系统之间串联固态去耦合器进行处理，此方法即保证了电气设备和阀门执行机构内部的安全接地要求，同时也可高效可靠地解决阀室漏电问题。

5 管理建议

（1）在阀室内和线路部分地段增设试片，定期检查管道通断电电位、自然电位和交流电压，对管道断电电位值不符合阴极保护准则（断电电位值在0.85～–1.20 V）的，及时调整恒电位仪输出，确保管道保护率100%。

（2）发现恒电位仪因老化和性能达不到标准，引起电位波动时，对恒电位仪及时进行维修或更换，并做好记录。

（3）阀室焊缝、本体开挖检测，设施设备维修更换时做好现场监护和各专业沟通，作业前后测试阀室电位，如有变化立马整改。

（4）阀室围墙外设置测试桩，测试桩内分别连接管道电缆及阀室联合接地网电缆，定期测试绝缘状况。

（5）加强日常对阀室内管道电位及非保护端金属构筑物的测试，及时发现问题并进行处理。

6 结束语

文章从埋地管道阀室绝缘要求入手，对阀室漏电形式、测试方法、问题解决、管理建议进行了总结，但阀室漏电形式多样，需加强日常管理，定期对阀室内管道电位进行测试，数据及时进行对比分析。出现较大数据波动时，应及时测量排查解决，避免因长期漏电造成管道阀室腐蚀，给国家经济带来不必要的损失。

参考文献

[1] 李立冬.阀室接地网漏失管道阴极保护电流的处理措施[J].煤气与热力，2018，38（5）：47-50.