王喜權(quán) 張富江 劉軍 蘇恒

北京管道內(nèi)蒙古輸油氣分公司

摘要：在油氣管道隱患排查中，陰極保護絕緣失效現(xiàn)象是常見問題，主要歸因于工藝設(shè)計、施工（安裝）、地質(zhì)災害、設(shè)備設(shè)施故障等非正常狀態(tài)時導致，對管線本體、人身安全可能會產(chǎn)生極大危害。對以往天然氣管道閥室出現(xiàn)的典型陰極保護絕緣失效隱患進行了總結(jié)分析，并提出相應(yīng)治理措施。

關(guān)鍵詞：埋地管道；陰極保護；閥室；絕緣失效

天然氣管道閥室陰極保護絕緣失效的排查和處理一直是行業(yè)內(nèi)比較令人頭疼的問題。其失效原因多種多樣，很難一次性快速準確判斷故障點，往往需要通過大量測試分析后確定。其中埋地管道與地下金屬搭接是較為復雜的情形，通常采取現(xiàn)場測試與開挖驗證的方式對閥室可能搭接位置進行確定。本文總結(jié)分析了閥室陰極保護絕緣失效特征、失效現(xiàn)象、排查方法、隱患管控措施等，以期與同行進行交流。

1  閥室絕緣失效主要特征

1.1  閥室管道電位與接地網(wǎng)電位特征比較

（1）直流電位測量法。在絕緣良好的情況下，閥室管道通電電位一般在﹣1.0 V～1.4 V，接地扁鐵的自然電位一般在﹣0.6 V～0.8 V，用萬用表測試兩者有明顯電位差，判斷閥室絕緣性能良好（圖 1-a）；無電位差或相差極小，且較歷史測試數(shù)據(jù)偏正較多，說明可能存在絕緣失效，需要進一步詳查。通過調(diào)節(jié)恒電位儀輸出或現(xiàn)場臨時加設(shè)直流電源進一步驗證，若兩者電位同時增大，說明閥室存在絕緣故障（圖 1-b）；若管道電位增大，接地扁鐵電位不變，說明閥室絕緣狀況良好。

圖 1 閥室電位曲線圖

（2）交流干擾電壓測量法。測量閥室管道與接地扁鐵交流干擾電壓，若兩者差值較大，且接地扁鐵交流干擾電壓接近0，說明絕緣狀況良好；當交流干擾存在時，兩者無明顯電位差，且兩者均受到交流干擾，這時絕緣是失效的。

1.2  閥室電位與上下游電位特征比較

圖 2為某閥室絕緣失效測試情況，表征為閥室區(qū)域的通電電位、斷電電位同趨勢正向偏移。可明顯發(fā)現(xiàn)閥室上下游保護電位較負，閥室管道電位偏正；且閥室斷電電位較歷史數(shù)據(jù)偏正或出現(xiàn)欠保護現(xiàn)象。

圖 2 絕緣失效閥室及上下游電位曲線圖

2  常見閥室絕緣失效情況

2.1  未設(shè)置絕緣或絕緣失效

（1）閥門指示器端與管道主體之間設(shè)置絕緣用于閥室陰極保護系統(tǒng)與接地系統(tǒng)的電氣隔離。如執(zhí)行機構(gòu)端面的螺栓內(nèi)部未安裝絕緣件或絕緣件不合格都可能引起絕緣失效，導致管道與接地網(wǎng)導通（圖 3）。

圖 3 絕緣失效示例

（2）儀表與主管道間的絕緣件失效或未設(shè)計絕緣件，引壓管絕緣卡套失效或其保護端與非保護端搭接，導致干線管道與接地網(wǎng)導通（圖 4）。

圖 4 壓變與管道間無絕緣或絕緣失效

2.2  施工不規(guī)范造成搭接

（1）接地扁鐵與埋地管道及設(shè)施敷設(shè)間距較近或直接搭接，或閥室沉降導致管道與接地網(wǎng)搭接。

（2）溫度變送器一端設(shè)接地，另一端連接立桿埋入地下，立桿應(yīng)置于管道一側(cè)并保持一定間距，如果錯安裝在管道上方，受重力影響會擠壓管道，導致防腐層破損并搭接管道。

（3）閥室管道測試線纜誤與閥室接地網(wǎng)焊接導通。

（4）旁通管道固定于閥室鋼筋混凝土支墩上方，當管道與鋼筋混凝土閥座間或管卡環(huán)形空間未設(shè)置絕緣墊板時，發(fā)生搭接。

2.3  設(shè)備設(shè)施異常導致絕緣失效

（1）智能采集儀施工不當或閥室沉降導致采集系統(tǒng)中的零位線與防爆箱發(fā)生搭接。

（2）固態(tài)去耦合器發(fā)生短路，導致直流通道導通。

（3）埋地絕緣接頭質(zhì)量問題或其防雷元件（避雷器等）異常導致管道與接地網(wǎng)導通。

（4）絕緣卡套未按照標準程序安裝，導致其絕緣件損壞造成閥室絕緣失效。

3  現(xiàn)場排查方法

3.1  排查準備工作

（1）收集閥室竣工資料，掌握閥室管道和埋地放空管線、接地網(wǎng)、埋地電纜等敷設(shè)情況；了解閥室電氣裝置絕緣位置。

（2）準備工器具及材料，常規(guī)選用數(shù)字萬用表、延長線、參比電極、絕緣電阻測試儀、鉗形表、設(shè)備鑰匙等。

（3）組織各專業(yè)人員共同商定排查方案，充分識別作業(yè)風險，提前做好閥室屏蔽工作，避免人員誤操作引起閥室設(shè)備報警。排查方案要包含風險分析和風險控制措施。

3.2  排查方法

（1）萬用表測電位法。采集并記錄閥室上下游各5公里測試樁電位；用數(shù)字萬用表測量閥室近端管道電位，與上下游電位進行比較。如果近端電位偏正，上下游電位偏負，初步判斷閥室可能出現(xiàn)絕緣失效，需要進一步測試閥室設(shè)備設(shè)施。分別聯(lián)通、斷開固態(tài)去耦合器，萬用表測量兩種狀態(tài)下管道和接地網(wǎng)的通電電位、交流干擾電壓，判斷固態(tài)去耦合器是否短路。斷開固態(tài)去耦合器與管道、接地網(wǎng)之間連接，測量固態(tài)去耦合器電阻，進一步驗證固態(tài)去耦合器是否短路。

使用專用絕緣電阻測試儀測試閥室絕緣卡套、絕緣墊片和埋地絕緣接頭電阻，若無異常，逐個斷開電氣裝置接地（包括RTU機柜端公共接線排）并逐一測試接地網(wǎng)與管道電位。如果斷開某一路接地，閥室電位瞬間恢復正常，則說明故障與當前位置的接地支路有關(guān)；如斷開所有接地仍處于絕緣失效狀態(tài)，則判斷閥室故障可能為地下接地網(wǎng)與管道搭接。通過開挖進一步查找圍墻附近接地網(wǎng)，采用二分之一法截斷接地網(wǎng)，再分區(qū)測量接地網(wǎng)電位以判斷發(fā)生搭接區(qū)域，不斷縮小范圍找到故障區(qū)。

（2）萬用表測電阻法。主要用于閥室內(nèi)部埋地管道與接地扁鐵等搭接排查。用數(shù)字萬用表電阻檔，一端指針與閥室管道接觸（一般可選GOV閥門處），另一端指針配合延長線分別與閥室內(nèi)各處接地扁鐵接觸以測量其間電阻，測量的總電阻等于各部分電路電阻之和。即未搭接時所測總電阻=管地電阻+扁鐵接地電阻+土壤電阻；搭接時所測總電阻=測量管段電阻+測量扁鐵段電阻。

現(xiàn)場人為導通并模擬表 1所示閥室與各點搭接狀態(tài)，測量管道與接地體之間的電阻，與絕緣良好狀態(tài)（無搭接）電阻對比。現(xiàn)場接地點分布見圖 5，模擬試驗結(jié)果見表 1。

圖 5 閥室設(shè)備設(shè)施接地點分布及測試示意圖
表 1 閥室電絕緣失效試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，如果管道與接地網(wǎng)沒有電連接，測量電阻接近兆歐姆或者千歐姆級，說明絕緣良好。當管道與接地網(wǎng)存在電連接時，測量段實際電阻值可能比試驗結(jié)果值更小，一般為幾歐姆或幾十歐姆，絕緣失效位置根據(jù)最小電阻值判斷。

（3）萬用表電壓測量法。絕緣失效時陰極保護電流經(jīng)土壤進入接地網(wǎng)再經(jīng)搭接點進入管道，測量扁鐵之間的電壓判斷扁鐵間電流方向，進而判斷搭接點區(qū)域。使用數(shù)字萬用表電壓檔測量扁鐵與扁鐵間的電壓差，萬用表顯示正數(shù)，表明電流方向由紅筆指向黑筆。圖 5中綠線代表萬用表測量扁鐵之間的電流方向，不代表扁鐵走向。該方法只作為地下搭接情況時的初步識別，需要有序多點測量加以分析。

4  結(jié)語

為避免閥室管道發(fā)生絕緣失效引發(fā)腐蝕，建議進一步采取以下措施。

（1）考慮閥室儀表及設(shè)施的接地與陰極保護的兼容性。新建或改擴建（工藝變更）時對閥室絕緣及防雷防靜電進行變更評估，確保陰極保護絕緣及防雷防靜電雙重有效。

（2）充分利用遠程陰極保護管理平臺做好智能采集儀和陰保站的監(jiān)測工作。發(fā)現(xiàn)恒電位儀輸出電流突然變大或者電位突然發(fā)生異常變化時，應(yīng)及時組織對絕緣設(shè)施及其防雷保護器進行檢查。

（3）閥室施工階段，每天定時測量管地電位，出現(xiàn)異常時及時排查導致電位異常的工序。

（4）做好周期性測試工作。每月測試一次閥室內(nèi)管道與接地網(wǎng)的電位；每季度對閥室內(nèi)所有絕緣設(shè)施的有效性進行檢查、對閥室防雷保護器性能進行測試；發(fā)現(xiàn)絕緣失效隱患及時處理。

（5）定期開展專業(yè)技能培訓，提高作業(yè)區(qū)人員絕緣失效識別能力、隱患整治能力。

（6）加強專業(yè)合作，協(xié)同解決絕緣失效問題。閥室設(shè)備設(shè)施的防雷防靜電保護與管道陰極保護涉及不同管理專業(yè)，應(yīng)相互溝通信息，聯(lián)合作業(yè)，確保任何一方的工作不會對其他工作造成影響。

作者簡介：王喜權(quán)，1988年生，助理工程師，管道崗三級工程師，現(xiàn)從事管道本體安全、第三方施工、地質(zhì)災害防治等方面工作。聯(lián)系方式：15242322014，1294846132@qq.com。