輸氣管道陰極保護(hù)電絕緣裝置失效檢測(cè)與預(yù)防

摘 要

摘要：電絕緣裝置的作用是保障有限長(zhǎng)管道上陰極保護(hù)的電流密度充分有效，同時(shí)隔斷與其他相連的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物的電連接。實(shí)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(zhǎng)管道上陰極保護(hù)的電流密度充分有效，同時(shí)隔斷與其他相連的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物的電連接。實(shí)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(huì)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(hù)效率降低。為此，對(duì)中國(guó)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(jìn)行了檢測(cè)，分析了造成管道陰極保護(hù)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(hù)低效和管道腐蝕。進(jìn)而提出了控制腐蝕的方法：從設(shè)計(jì)上將絕緣接頭放在不易積水的位置、施工安裝要避開(kāi)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(duì)策解決了長(zhǎng)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(hù)  電流密度  腐蝕控制
    埋地輸氣管道大多采用了陰極保護(hù)加涂層對(duì)管道實(shí)施保護(hù)，而陰極保護(hù)則是給被保護(hù)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(fù)向偏移到-850~ - 1200mV(CSE)范圍從而抑制管道腐蝕[1]。由于長(zhǎng)輸管道沿線設(shè)置有輸氣站場(chǎng)等不需要或不能保護(hù)的設(shè)備裝置，為了防止陰極保護(hù)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(hù)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(jì)60年代埋地輸氣管道實(shí)施陰極保護(hù)開(kāi)始，管道沿線就采用了絕緣裝置來(lái)阻斷陰極保護(hù)電流的漏失。當(dāng)時(shí)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(shù)脂膠木襯墊為絕緣材料，由于絕緣法蘭是多個(gè)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(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)而造成法蘭漏氣，再就是因某個(gè)絕緣墊片擠壓壞而造成漏電等問(wèn)題。20世紀(jì)90年代初，開(kāi)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(shí)現(xiàn)密封絕緣，絕緣接頭具有絕緣性能好、整體性好、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便等特點(diǎn)。在目前輸氣管網(wǎng)中大多采用絕緣接頭裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電絕緣，以達(dá)到提高管道陰極保護(hù)效率和隔斷雜散電流干擾的目的。
1   絕緣裝置的失效檢測(cè)
    絕緣裝置出廠前通過(guò)了嚴(yán)格的絕緣檢測(cè)試驗(yàn)，安裝后檢測(cè)比較困難。絕緣裝置會(huì)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(hù)電流增大，管道保護(hù)效率降低等絕緣裝置失效的現(xiàn)象。下面以中國(guó)石油西南油氣田公司金山輸氣站絕緣裝置失效為例進(jìn)行檢測(cè)分析。
1.1絕緣裝置失效的現(xiàn)象
    金山輸氣站是麻柳場(chǎng)氣田進(jìn)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(hù)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(jìn)出站端安裝有絕緣接頭裝置。從表l中可見(jiàn)絕緣接頭失效后陰極保護(hù)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(jìn)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(jiàn)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?gòu)?qiáng)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(gè)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(hù)電流漏失。
1.3絕緣接頭失效的檢測(cè)判斷
    利用RD-PCM埋地管線外防腐層檢測(cè)儀查找通電管線與站場(chǎng)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(cè)儀測(cè)試絕緣接頭的漏電比率。將RD PCM儀器的發(fā)射機(jī)架設(shè)在絕緣接頭保護(hù)端，輸送300mA的PCM電流，利用接收機(jī)檢測(cè)出有很大部分PCM電流經(jīng)絕緣接頭流人非保護(hù)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(hù)一端的站場(chǎng))。
    采用電位比較法判斷陰極電流的方向。將數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆連接在絕緣接頭非保護(hù)端處，黑表筆連接在距離絕緣接頭5m以外的站場(chǎng)任意管線上，此時(shí)萬(wàn)用表出現(xiàn)一個(gè)負(fù)的電位值，可以判定有陰極電流由絕緣接頭端流向站場(chǎng)內(nèi)的其他管線。
    通過(guò)采用以上檢測(cè)方法，判定了金山陰極保護(hù)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(lái)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(diǎn)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(guò)失效后的絕緣接頭漏失到站場(chǎng)接地裝置，而流人被保護(hù)管道的電流卻是很少的一部分，形成陰極保護(hù)電位測(cè)量參數(shù)IR降大、管道極化電位低、管道保護(hù)效率低的狀況。
2.1對(duì)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(yáng)極使用壽命
    由于輸出電流的增大，致使陽(yáng)極每年消耗增大，縮短了陽(yáng)極使用壽命。以金山站陽(yáng)極為例，原設(shè)計(jì)壽命20年，由于絕緣接頭失效，造成流過(guò)陽(yáng)極裝置電流增大數(shù)倍，從而使陽(yáng)極使用壽命降低6年左右。
2.3增加維護(hù)費(fèi)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(hù)站的維護(hù)費(fèi)用增加.
3   預(yù)防絕緣接頭失效的對(duì)策
    通過(guò)金山站絕緣接頭失效所造成的危害事例分析，說(shuō)明輸氣管道在輸送含有鹵水等導(dǎo)電介質(zhì)的天然氣時(shí)，會(huì)因?yàn)檫@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(hù)電流漏失，給陰極保護(hù)系統(tǒng)、鄰近金屬構(gòu)筑物和管道企業(yè)效益帶來(lái)嚴(yán)重危害。因此，管道企業(yè)應(yīng)從設(shè)計(jì)、安裝、管理等方面采取相應(yīng)對(duì)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(chǎng)進(jìn)、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(jì)部門(mén)在新建管道絕緣裝置時(shí)，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(shí)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(hù)管道電絕緣標(biāo)準(zhǔn)。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(qiáng)進(jìn)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(jìn)入長(zhǎng)輸管道。
    4)定期使用清管器對(duì)管道進(jìn)行清管，及時(shí)清除管道內(nèi)積水；管道內(nèi)已形成結(jié)晶鹽積垢物時(shí)，采取注入淡水與清管器加鋼絲刷相結(jié)合的方法進(jìn)行清管。針對(duì)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(duì)管道腐蝕的添加劑，解決管道內(nèi)垢物。
4   結(jié)束語(yǔ)
    綜上所述，在管道輸送天然氣時(shí)，氣質(zhì)中所含鹵水及其他礦物質(zhì)會(huì)在管道內(nèi)壁形成導(dǎo)電的積垢物，造成管道絕緣裝置嚴(yán)重失效和管道內(nèi)壁的嚴(yán)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(jì)和建沒(méi)中，加強(qiáng)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(zhǎng)管道的使用壽命。
參考文獻(xiàn)
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(曾剛勇 韓興平   中國(guó)石油西南油氣田公司輸氣管理處)