王喜權 張富江 劉軍 蘇恒

北京管道內蒙古輸油氣分公司

 

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

關鍵詞：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內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。本文總結分析了閥室陰極保護絕緣失效特征、失效現象、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，且較歷史測試數據偏正較多，說明可能存在絕緣失效，需要進一步詳查。通過調節恒電位儀輸出或現場臨時加設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，表征為閥室區域的通電電位、斷電電位同趨勢正向偏移。可明顯發現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據偏正或出現欠保護現象。

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  未設置絕緣或絕緣失效

（1）閥門指示器端與管道主體之間設置絕緣用于閥室陰極保護系統與接地系統的電氣隔離。如執行機構端面的螺栓內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  施工不規范造成搭接

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

（2）溫度變送器一端設接地，另一端連接立桿埋入地下，立桿應置于管道一側并保持一定間距，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形空間未設置絕緣墊板時，發生搭接。

2.3  設備設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中的零位線與防爆箱發生搭接。

（2）固態去耦合器發生短路，導致直流通道導通。

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

（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、埋地電纜等敷設情況；了解閥室電氣裝置絕緣位置。

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

（3）組織各專業人員共同商定排查方案，充分識別作業風險，提前做好閥室屏蔽工作，避免人員誤操作引起閥室設備報警。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絕緣失效，需要進一步測試閥室設備設施。分別聯通、斷開固態去耦合器，萬用表測量兩種狀態下管道和接地網的通電電位、交流干擾電壓，判斷固態去耦合器是否短路。斷開固態去耦合器與管道、接地網之間連接，測量固態去耦合器電阻，進一步驗證固態去耦合器是否短路。

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；如斷開所有接地仍處于絕緣失效狀態，則判斷閥室故障可能為地下接地網與管道搭接。通過開挖進一步查找圍墻附近接地網，采用二分之一法截斷接地網，再分區測量接地網電位以判斷發生搭接區域，不斷縮小范圍找到故障區。

（2）萬用表測電阻法。主要用于閥室內部埋地管道與接地扁鐵等搭接排查。用數字萬用表電阻檔，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。

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

圖 5 閥室設備設施接地點分布及測試示意圖
表 1 閥室電絕緣失效試驗結果

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

（3）萬用表電壓測量法。絕緣失效時陰極保護電流經土壤進入接地網再經搭接點進入管道，測量扁鐵之間的電壓判斷扁鐵間電流方向，進而判斷搭接點區域。使用數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，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  結語

為避免閥室管道發生絕緣失效引發腐蝕，建議進一步采取以下措施。

（1）考慮閥室儀表及設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測工作。發現恒電位儀輸出電流突然變大或者電位突然發生異常變化時，應及時組織對絕緣設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管道與接地網的電位；每季度對閥室內所有絕緣設施的有效性進行檢查、對閥室防雷保護器性能進行測試；發現絕緣失效隱患及時處理。

（5）定期開展專業技能培訓，提高作業區人員絕緣失效識別能力、隱患整治能力。

（6）加強專業合作，協同解決絕緣失效問題。閥室設備設施的防雷防靜電保護與管道陰極保護涉及不同管理專業，應相互溝通信息，聯合作業，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，1988年生，助理工程師，管道崗三級工程師，現從事管道本體安全、第三方施工、地質災害防治等方面工作。聯系方式：15242322014，1294846132@qq.com。