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天然气管线项目阴保系统试运及问题分析

张军见

中石化胜利油建工程有限公司

摘要: 本文主要介绍泰国天然气管线项目阴极保护系统调试及试运,分析了阴极保护系统调试过程中遇到的问题,分析问题的根源,提出合理的解决方案及处理措施。
关键词: 天然气管道;阴极保护;系统调试;问题及处理措施
DOI:10.12721/ccn.2023.157040
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长输管道是目前天然气输送的主要方式,天然气的输送受气量和压力的限制,大都采用钢管,管道使用寿命的长短直接关系到运营企业能否长期稳定和正常生产,也关系到运行企业的经济效益和成本。受施工工艺和施工条件的影响,施工过程中的埋地管线损伤和腐蚀成为不可避免的一个问题。为了解决这一问题,目前大多管道采用了以外防腐为主,阴极保护系统为辅的联合防腐做法,从隔离和电化学双重角度来防范埋地金属管道的腐蚀问题。由于电化学腐蚀具有普遍性。因此,做好阴极保护在延长管道使用寿命上起着不可替代的巨大作用

本次就泰国天然气管线项目实际情况,对阴极保护系统调试过程中出现的问题及处理方法就行探讨,泰国天然气管线全长110公里,设有WK5首站及SN7末站,中间设有另外的六座截断阀室,在首站出站后和末站进站前各设置一个绝缘接头,将线路管道与阀室内管道绝缘,站内管线多内架空敷设,在中间截断阀室内有绝缘法兰将放空管线与站内管线绝缘;站内放空管线没有阴极保护, 本工程共在中间6座截断阀室设置外加电流阴极保护系统,阀室的平均间隔约为16公里。

1、 阴极保护的常用方法及组成

通常实施阴极保护的方式有两种,一种为牺牲阳极法,另一种为外加强制电流法,下面对其主要组成部分进行简要说明

1.1 牺牲阳极法

常用的主要有三大类,镁牺牲阳极,锌牺牲养家,铝牺牲阳极,在泰国项目中,主要是使用镁临时牺牲阳极来保护施工中的管线,在外加电流系统投产时,摘除镁临时牺牲阳极。

1.2 外加强制电流法

(1) 整流器:在外加电流法中,给需要保护的金属体提供连续可调的阴极保护电流

(2) 阳极:主要有深井阳极和浅埋阳极两种形式,在强制电流法中,用来使整流器所提供的阴极保护电流形成回路,泰国项目中,根据阀室的地质条件来选择阳极形式。

(3) 参比电极:是一个相对稳定且不易极化的电极,用作阴极保护系统测量时的比对电极。天然气管道用的参比电极主要是饱和硫酸铜参比电极。

(4) 电缆:主要有阴极电缆,阳极电缆,参比电缆等,主要用于连接阴极保护系统的通电回路。

(5) 测试桩:是在管道沿线用于检测阴极保护所做的附属电气接线构件,主要用于监测管线线路上的保护电位。

2、调试及试运

在试运开始前,需要对每个测试桩处的临时牺牲阳极断开,并通过测试桩测量管线对地电位,对绝缘法兰及绝缘接头进行绝缘测试,确保站外及站内管线被完全隔离,确保无阴极保护系统外加电流泄露,以上工作准备完成后,开始临时对整流器送电,调整整流器的最大输出电压及最小输出电压,确保管线电位在规定的范围内,继续给管道送电十七完全极化(通常在24小时以上)。再重复对测试桩电位进行测试,并做好记录,若个别管段保护电位过低。则需要适当调节电位至满足全线阴极保护电位指标为止。

3、调试中出现的问题及处理方法

根据在系统投产调试中所遇到的各类阴极保护调试问题,分析其原因,并提出解决办法。

3.1 二号阀室整流器间隔性出现跳闸,无法有效发挥保护效果

在阀室内阴保系统调试正常并运行一段时间后,个别阀室内整流器在送电两至三天后跳闸,在对阀室内整流器,阴极接线箱,绝缘法兰等阴极保护系统进行仔细检查,各系统参数正常,在对整流器断电内部检查时发现进线接线端子处有死亡壁虎导致电流增大,断路器长时间过载运行跳闸,研究整流器外壳结构后发现,部分滤网空隙过大,容易造成异物进入整流器内部,处理方法为在原有滤网外加装孔径更小的滤网,阻止异物进入。

3.2 三号阀室电位低,达不到规范要求

三号阀室的电位只有-0.6V,远远达不到阴极保护系统的要求,整流器的输出电压达到-6.0V,说明阴极保护系统电流泄露,初步诊断为绝缘法兰或固态去耦合器被高压线下管线上感应电流击穿,站内未受阴护系统保护的管线将保护电流泄露,或者为站内受阴极保护系统保护的管线在接地,经测试,整个接地网的电位达到-0.6V,确认故障原因为受阴极保护系统保护的管线与接地系统连接,经过进一步的检查,发现管线与阀室内一处管撑与管线支线阀门直接接触,通过与管撑接地线与整个阀室内接地系统连接,导致阴极保护电流通过接地系统泄露,处理方法为更改管撑位置,使管线与接地系统绝缘,再次送电后,阀室内阴极保护系统运行正常。

3.3 阀室内流经各深井阳极的电流不一致

本项目中阴极保护系统的设计寿命为40年,经测试阀室内阳极接线箱内各深井阳极棒电流不一致,会导致6根阳极棒消耗速度不一致,部分阳极棒会消耗过快,不能满足设计中阴极保护系统使用40年的要求,处理方法为在阳极接线箱内增加变阻器,调节各阳极棒上的电流,使所有的阳极棒能同步消耗,延长使用寿命。

3.4 管道电位波动,无法稳定测试参数

管道电位波动主要是收到外来杂散电流干扰而产生的,由于阴极保护系统的回路是靠大地形成的,书供电设施普遍采用保护接地的安全防范措施,该接地系统在设备启动和停止时将有大量的次生电流涌入地下,导致地电位在一定程度上发生起伏变化,当地电位发生突变的时候,必然会波及到其范围内的阴极保护系统。当电力系统的电压等级相对较高,而阴极保护系统在该范围内就显得非常微弱。因此,小范围的电力系统动荡即可能造成大范围的阴极保护系统动荡。电力系统相对于阴极保护系统,从电的角度而言,前者属于高电压,大电流的交流电系统,后者属于低电压,小电流的直流电系统;从施工角度而言,前者的接地系统属埋地敷设,后者的牺牲阳极,辅助阳极,输气管道,参比电极信号也属于埋地安装。其干扰在所难免,电力接地系统以半球状形式散流,别散流半径达到15米-20米。如果阴极保护系统的牺牲阳极,辅助阳极,输气管道,检测信号探头,有一项处于电力接地系统散流去内,由于杂散电流的影响和感染,都将导致阴极保护电位的跳变。

为了使阴极保护系统避免受到电力接地系统排流的影响和干扰,必须使阴极保护系统的埋地部分远离电力系统的接地泄流点。

3.5 试运时部分测试桩电位不正常

在对管道全线阴极保护系统进行试运,并对管道全线进行通电电位测试,但测量结果表明,全线中部分自腐蚀电位负于-0.85V,原因为临时作为临时阴保的牺牲阳极未断开,管线收到保护致使电位偏负,处理方法为再次对全线的测试桩进行检查并记录,确保全线临时牺牲阳极已断开。

3.6 多阀室整流器共同调试,出现电位异常,且电流陡升

由于各阴极保护站的设备接法一样的,所有设备均采用并联方式与管道连接。也就是说各站的阴极线都与管道相连,而阳极线都与地床连接。因此当各设备同时开启的时候,各站赢还是协调工作的,设定电位恒定,各设备均可以正常工作。倘若出现电流陡升的情况,应立即关机检查线路接法,导致该问题的原因只有一种可能,就是至少有一台整流器的电路接反了,导致该设备与其他设备通过管道形成串联,该问题必须立即纠正,否则有损伤管道的危险。

参考文献

[1]胡士信. 阴极保护工程手册. 北京化学工业出版社

[2]黄进明,单剑,陈建.某轮外加电流阴极保护系统工作异常原因. 腐蚀与防护,2