輸氣管道陰極保護電絕緣裝置失效檢測與預(yù)防

摘 要

摘要：電絕緣裝置的作用是保障有限長管道上陰極保護的電流密度充分有效，同時隔斷與其他相連的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物的電連接。實際生產(chǎn)中，管道輸送的氣質(zhì)中容易包含鹵水及沉積物
    摘要：電絕緣裝置的作用是保障有限長管道上陰極保護的電流密度充分有效，同時隔斷與其他相連的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物的電連接。實際生產(chǎn)中，管道輸送的氣質(zhì)中容易包含鹵水及沉積物，它們會吸附在管道金屬內(nèi)表面，形成導(dǎo)電介質(zhì)，造成絕緣裝置失效，致使陰極保護效率降低。為此，對中國石油西南油氣田公司金山輸氣站所轄的4條管線的絕緣裝置電性能進行了檢測，分析了造成管道陰極保護絕緣失效的原因，發(fā)現(xiàn)絕緣裝置失效后的危害是可能造成管道陰極保護低效和管道腐蝕。進而提出了控制腐蝕的方法：從設(shè)計上將絕緣接頭放在不易積水的位置、施工安裝要避開低洼積水段、定期清管排污以防止管道電連接短路等。上述對策解決了長期困擾輸氣生產(chǎn)的技術(shù)難題。
    關(guān)鍵詞：輸氣管道  絕緣失效  積垢物  陰極保護  電流密度  腐蝕控制
    埋地輸氣管道大多采用了陰極保護加涂層對管道實施保護，而陰極保護則是給被保護管道施加電流，使管道表面不斷得到電子而產(chǎn)生極化，極化結(jié)果是使管道表面電位負向偏移到-850~ - 1200mV(CSE)范圍從而抑制管道腐蝕[1]。由于長輸管道沿線設(shè)置有輸氣站場等不需要或不能保護的設(shè)備裝置，為了防止陰極保護電流的漏失和管段與管段之間造成干擾腐蝕，所以在管道與設(shè)備裝置、管段與管段之間采取了電絕緣措施。絕緣裝置的作用就是阻斷管道上的陰極保護電流流入與其相連的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物上，阻斷受干擾管段雜散電流流人其他管段。四川油氣田從20世紀60年代埋地輸氣管道實施陰極保護開始，管道沿線就采用了絕緣裝置來阻斷陰極保護電流的漏失。當(dāng)時主要采用組裝式絕緣法蘭裝置，其主要以聚乙烯或環(huán)氧樹脂膠木襯墊為絕緣材料，由于絕緣法蘭是多個絕緣散件組裝而成，在大口徑絕緣法蘭組裝好后，存在因受力不均勻或在運輸過程中振動而造成法蘭漏氣，再就是因某個絕緣墊片擠壓壞而造成漏電等問題。20世紀90年代初，開始采用絕緣接頭代替絕緣法蘭，絕緣接頭采用絕緣密封件、絕緣填料和絕緣零件的形式實現(xiàn)密封絕緣，絕緣接頭具有絕緣性能好、整體性好、現(xiàn)場安裝方便等特點。在目前輸氣管網(wǎng)中大多采用絕緣接頭裝置來實現(xiàn)電絕緣，以達到提高管道陰極保護效率和隔斷雜散電流干擾的目的。
1   絕緣裝置的失效檢測
    絕緣裝置出廠前通過了嚴格的絕緣檢測試驗，安裝后檢測比較困難。絕緣裝置會受到安裝位置、管輸介質(zhì)、管道外圍金屬構(gòu)筑物等因素的影響，導(dǎo)致陰極保護電流增大，管道保護效率降低等絕緣裝置失效的現(xiàn)象。下面以中國石油西南油氣田公司金山輸氣站絕緣裝置失效為例進行檢測分析。
1.1絕緣裝置失效的現(xiàn)象
    金山輸氣站是麻柳場氣田進氣的集輸站，日輸氣量100×104m3，共有4條輸氣管線，建有l(wèi)座陰極保護站，分別向“威五線(三江)”、“威五線(金粟)”、“麻金線”、“金沙線”4條管線送電，在各條管線的進出站端安裝有絕緣接頭裝置。從表l中可見絕緣接頭失效后陰極保護系統(tǒng)出現(xiàn)的現(xiàn)象。
1.2絕緣裝置失效的原因
    麻金線是一條礦區(qū)進氣管線，由于管道輸送氣質(zhì)中帶有大量鹵水，在管道內(nèi)壁表面形成以晶體鹽為主的積垢物，以及腐蝕產(chǎn)物所形成的積垢物。圖l所見是2008年麻金線在用絕緣接頭割除后絕緣接頭內(nèi)壁形成的積垢物。這些積垢物都屬強導(dǎo)電介質(zhì)，它們吸附在絕緣接頭兩端的金屬和絕緣環(huán)上，組成一個完整的電解質(zhì)將絕緣環(huán)兩端的金屬短接，致使大量的極保護電流漏失。
1.3絕緣接頭失效的檢測判斷
    利用RD-PCM埋地管線外防腐層檢測儀查找通電管線與站場管線(如排污、放空、用戶管線等)是否存在交叉搭接情況，未發(fā)現(xiàn)有任何短路故障。
    采用RD PCM埋地管線外防腐層檢測儀測試絕緣接頭的漏電比率。將RD PCM儀器的發(fā)射機架設(shè)在絕緣接頭保護端，輸送300mA的PCM電流，利用接收機檢測出有很大部分PCM電流經(jīng)絕緣接頭流人非保護端(如圖2中威五線(金粟)絕緣接頭兩端的PCM電流顯示絕大部分PCM電流流入了非保護一端的站場)。
    采用電位比較法判斷陰極電流的方向。將數(shù)字萬用表紅表筆連接在絕緣接頭非保護端處，黑表筆連接在距離絕緣接頭5m以外的站場任意管線上，此時萬用表出現(xiàn)一個負的電位值，可以判定有陰極電流由絕緣接頭端流向站場內(nèi)的其他管線。
    通過采用以上檢測方法，判定了金山陰極保護系統(tǒng)故障現(xiàn)象屬絕緣接頭失效所致。
2   絕緣裝置失效后的危害
    2010年3月威五線(金粟)管線發(fā)生了建管以來的第一次外壁腐蝕穿孔，腐蝕發(fā)生在絕緣涂層破損的管道底部。根據(jù)調(diào)查，泄漏點自2005年絕緣接頭失效由于輸出電流的增大，造成地表電位增高，絕大部分陰極電流卻通過失效后的絕緣接頭漏失到站場接地裝置，而流人被保護管道的電流卻是很少的一部分，形成陰極保護電位測量參數(shù)IR降大、管道極化電位低、管道保護效率低的狀況。
2.1對鄰近金屬構(gòu)筑物造成干擾腐蝕
    由于輸出電流的增大，使其他金屬周圍地電位發(fā)生更大的偏移，因而將造成干擾腐蝕。
2.2減小輔助陽極使用壽命
    由于輸出電流的增大，致使陽極每年消耗增大，縮短了陽極使用壽命。以金山站陽極為例，原設(shè)計壽命20年，由于絕緣接頭失效，造成流過陽極裝置電流增大數(shù)倍，從而使陽極使用壽命降低6年左右。
2.3增加維護費用
    由于輸出電流的增大，增大了設(shè)備的輸出功率，致使設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障需要維修、耗電量執(zhí)大，保護站的維護費用增加.
3   預(yù)防絕緣接頭失效的對策
    通過金山站絕緣接頭失效所造成的危害事例分析，說明輸氣管道在輸送含有鹵水等導(dǎo)電介質(zhì)的天然氣時，會因為這些介質(zhì)在管道內(nèi)形成的積垢物(電解質(zhì))，造成絕緣接頭兩端的金屬導(dǎo)通，使大量的陰極保護電流漏失，給陰極保護系統(tǒng)、鄰近金屬構(gòu)筑物和管道企業(yè)效益帶來嚴重危害。因此，管道企業(yè)應(yīng)從設(shè)計、安裝、管理等方面采取相應(yīng)對策[3-4]，從根本上防止絕緣裝置的失效。
    1)目前絕緣接頭普遍安裝在站場進、出管線人地端低洼處，鹵水易沉積在低凹的絕緣接頭管段表面，形成積垢物導(dǎo)電體。設(shè)計部門在新建管道絕緣裝置時，應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)狀況選擇采用絕緣接頭或是絕緣法蘭，同時應(yīng)考慮將絕緣裝置安裝在不易積水的位置。
    2)修改完善陰極保護管道電絕緣標(biāo)準。生產(chǎn)廠家在絕緣接頭組裝、管道短接焊接、試壓完成后，在絕緣接頭及管道短節(jié)內(nèi)壁采取涂敷絕緣涂層，是管道內(nèi)的積垢物不能直接與絕緣接頭兩端金屬接觸，形成導(dǎo)電體[5] 。
    3)加強進氣氣質(zhì)的管理和監(jiān)控，盡可能將氣田鹵水清除干凈，杜絕大量的鹵水源進入長輸管道。
    4)定期使用清管器對管道進行清管，及時清除管道內(nèi)積水；管道內(nèi)已形成結(jié)晶鹽積垢物時，采取注入淡水與清管器加鋼絲刷相結(jié)合的方法進行清管。針對天然氣含鹵水情況，向管道注入既能溶解鹵水結(jié)晶鹽又能減緩鹵水對管道腐蝕的添加劑，解決管道內(nèi)垢物。
4   結(jié)束語
    綜上所述，在管道輸送天然氣時，氣質(zhì)中所含鹵水及其他礦物質(zhì)會在管道內(nèi)壁形成導(dǎo)電的積垢物，造成管道絕緣裝置嚴重失效和管道內(nèi)壁的嚴重腐蝕。因此，應(yīng)將脫水裝置、添加劑裝置、管道絕緣裝置等工藝設(shè)備設(shè)施統(tǒng)一納入初期的規(guī)劃、設(shè)計和建沒中，加強管道日常管理，定期排放鹵水，定期使用清管器清除管道諷職水和積垢物，才能南效地提高管道絕緣裝置的效率和延長管道的使用壽命。
參考文獻
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[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準化管理委員會.GB/T 21246-2007埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法[s].北京：中國標(biāo)準出版社，2007.
[3]張增剛，李繼志.基于概率論的油氣管道腐蝕安全評估與維修優(yōu)化[J].天然氣工業(yè)，2010，30(4)：91-95.
[4]王坤，黃松嶺，趙偉，等.高清晰度油氣管道腐蝕檢測器數(shù)分析系統(tǒng)設(shè)計[J].天然氣工業(yè)，2007，27(1)：108-110.
[5]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會，中國石油天然氣總公司.SY/T 0086-2003陰極保護管道的電絕緣標(biāo)準[S]北京：石油工業(yè)出版社，2003.
(曾剛勇 韓興平   中國石油西南油氣田公司輸氣管理處)