管道閥室絕緣失效特征分析及治理措施
來源:《管道保護(hù)》2022年第5期 作者:王喜權(quán) 張富江 劉軍 蘇恒 時(shí)間:2022-11-7 閱讀:
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(hù)絕緣失效現(xiàn)象是常見問題,主要?dú)w因于工藝設(shè)計(jì)、施工(安裝)、地質(zhì)災(zāi)害、設(shè)備設(shè)施故障等非正常狀態(tài)時(shí)導(dǎo)致,對(duì)管線本體、人身安全可能會(huì)產(chǎn)生極大危害。對(duì)以往天然氣管道閥室出現(xiàn)的典型陰極保護(hù)絕緣失效隱患進(jìn)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(hù);閥室;絕緣失效
天然氣管道閥室陰極保護(hù)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(zhǔn)確判斷故障點(diǎn),往往需要通過大量測(cè)試分析后確定。其中埋地管道與地下金屬搭接是較為復(fù)雜的情形,通常采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與開挖驗(yàn)證的方式對(duì)閥室可能搭接位置進(jìn)行確定。本文總結(jié)分析了閥室陰極保護(hù)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(jìn)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(cè)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(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)偏正較多,說明可能存在絕緣失效,需要進(jìn)一步詳查。通過調(diào)節(jié)恒電位儀輸出或現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加設(shè)直流電源進(jìn)一步驗(yàn)證,若兩者電位同時(shí)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(cè)量法。測(cè)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(dāng)交流干擾存在時(shí),兩者無明顯電位差,且兩者均受到交流干擾,這時(shí)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(cè)試情況,表征為閥室區(qū)域的通電電位、斷電電位同趨勢(shì)正向偏移。可明顯發(fā)現(xiàn)閥室上下游保護(hù)電位較負(fù),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(hù)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(hù)系統(tǒng)與接地系統(tǒng)的電氣隔離。如執(zhí)行機(jī)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(dǎo)致管道與接地網(wǎng)導(dǎo)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(jì)絕緣件,引壓管絕緣卡套失效或其保護(hù)端與非保護(hù)端搭接,導(dǎo)致干線管道與接地網(wǎng)導(dǎo)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(dǎo)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(cuò)安裝在管道上方,受重力影響會(huì)擠壓管道,導(dǎo)致防腐層破損并搭接管道。
(3)閥室管道測(cè)試線纜誤與閥室接地網(wǎng)焊接導(dǎo)通。
(4)旁通管道固定于閥室鋼筋混凝土支墩上方,當(dāng)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(shí),發(fā)生搭接。
2.3 設(shè)備設(shè)施異常導(dǎo)致絕緣失效
(1)智能采集儀施工不當(dāng)或閥室沉降導(dǎo)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(dǎo)致直流通道導(dǎo)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(dǎo)致管道與接地網(wǎng)導(dǎo)通。
(4)絕緣卡套未按照標(biāo)準(zhǔn)程序安裝,導(dǎo)致其絕緣件損壞造成閥室絕緣失效。
3 現(xiàn)場(chǎng)排查方法
3.1 排查準(zhǔn)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(zhǔn)備工器具及材料,常規(guī)選用數(shù)字萬用表、延長(zhǎng)線、參比電極、絕緣電阻測(cè)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(shí)別作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),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(bào)警。排查方案要包含風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)控制措施。
3.2 排查方法
(1)萬用表測(cè)電位法。采集并記錄閥室上下游各5公里測(cè)試樁電位;用數(shù)字萬用表測(cè)量閥室近端管道電位,與上下游電位進(jìn)行比較。如果近端電位偏正,上下游電位偏負(fù),初步判斷閥室可能出現(xiàn)絕緣失效,需要進(jìn)一步測(cè)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(cè)量?jī)煞N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(cè)量固態(tài)去耦合器電阻,進(jìn)一步驗(yàn)證固態(tài)去耦合器是否短路。
使用專用絕緣電阻測(cè)試儀測(cè)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(gè)斷開電氣裝置接地(包括RTU機(jī)柜端公共接線排)并逐一測(cè)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(fù)正常,則說明故障與當(dāng)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(jìn)一步查找圍墻附近接地網(wǎng),采用二分之一法截?cái)嘟拥鼐W(wǎng),再分區(qū)測(cè)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(cè)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(zhǎng)線分別與閥室內(nèi)各處接地扁鐵接觸以測(cè)量其間電阻,測(cè)量的總電阻等于各部分電路電阻之和。即未搭接時(shí)所測(cè)總電阻=管地電阻+扁鐵接地電阻+土壤電阻;搭接時(shí)所測(cè)總電阻=測(cè)量管段電阻+測(cè)量扁鐵段電阻。
現(xiàn)場(chǎng)人為導(dǎo)通并模擬表 1所示閥室與各點(diǎn)搭接狀態(tài),測(cè)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(duì)比,F(xiàn)場(chǎng)接地點(diǎn)分布見圖 5,模擬試驗(yàn)結(jié)果見表 1。
圖 5 閥室設(shè)備設(shè)施接地點(diǎn)分布及測(cè)試示意圖
表 1 閥室電絕緣失效試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果表明,如果管道與接地網(wǎng)沒有電連接,測(cè)量電阻接近兆歐姆或者千歐姆級(jí),說明絕緣良好。當(dāng)管道與接地網(wǎng)存在電連接時(shí),測(cè)量段實(shí)際電阻值可能比試驗(yàn)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(cè)量法。絕緣失效時(shí)陰極保護(hù)電流經(jīng)土壤進(jìn)入接地網(wǎng)再經(jīng)搭接點(diǎn)進(jìn)入管道,測(cè)量扁鐵之間的電壓判斷扁鐵間電流方向,進(jìn)而判斷搭接點(diǎn)區(qū)域。使用數(shù)字萬用表電壓檔測(cè)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(cè)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(shí)的初步識(shí)別,需要有序多點(diǎn)測(cè)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(jìn)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(hù)的兼容性。新建或改擴(kuò)建(工藝變更)時(shí)對(duì)閥室絕緣及防雷防靜電進(jìn)行變更評(píng)估,確保陰極保護(hù)絕緣及防雷防靜電雙重有效。
(2)充分利用遠(yuǎn)程陰極保護(hù)管理平臺(tái)做好智能采集儀和陰保站的監(jiān)測(cè)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(shí),應(yīng)及時(shí)組織對(duì)絕緣設(shè)施及其防雷保護(hù)器進(jìn)行檢查。
(3)閥室施工階段,每天定時(shí)測(cè)量管地電位,出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)排查導(dǎo)致電位異常的工序。
(4)做好周期性測(cè)試工作。每月測(cè)試一次閥室內(nèi)管道與接地網(wǎng)的電位;每季度對(duì)閥室內(nèi)所有絕緣設(shè)施的有效性進(jìn)行檢查、對(duì)閥室防雷保護(hù)器性能進(jìn)行測(cè)試;發(fā)現(xiàn)絕緣失效隱患及時(shí)處理。
(5)定期開展專業(yè)技能培訓(xùn),提高作業(yè)區(qū)人員絕緣失效識(shí)別能力、隱患整治能力。
(6)加強(qiáng)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(hù)與管道陰極保護(hù)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(huì)對(duì)其他工作造成影響。
作者簡(jiǎn)介:王喜權(quán),1988年生,助理工程師,管道崗三級(jí)工程師,現(xiàn)從事管道本體安全、第三方施工、地質(zhì)災(zāi)害防治等方面工作。聯(lián)系方式:15242322014,1294846132@qq.com。
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