大沈天然气管道区域性阴极保护系统研究.pdf

2 01 2 正 第 6期 管 道 技 木 Pi p e l i ne Te c h n i q u e 设 参 Eq u i p me n t 2 01 2 No ． 6 大沈天然气管道 区域性阴极保护系统研究 王 巨洪 ， 郭 莘 ， 王 立 1 ． 中油管道大连输油气分公司， 辽宁大连1 1 6 3 0 0； 2 ． 中油管道沈阳技术分公司， 辽宁沈阳1 1 0 0 3 1 摘要 文中以大沈天然气管道松岚分输清管站为例， 简单介绍了区域性阴极保护系统概况， 提 出了 系统在试运调试过程中出现的故障及问题， 结合实际提出了故障原因及处理方法， 并经过多次调试， 确 定了 合理的运行参数， 达到了阴极保护要求， 同时对系统提 出一些看法。 关健词 站场 ； 区域性 阴极保护 ； 管道 中图分类号 T E 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 0 6 0 0 4 5 0 4 0 引 言 大连至沈阳天然气管道干线全长 4 3 1 ． 1 6 k m， 起 于大连新港首站 与大连 L N G接收站合建 ， 止于沈 阳分输清管站 与秦沈天然气管道沈阳分输站合建 ， 沿线设新港首站、 松岚分输清管站、 营口分输清管站、 辽鞍 分输 站 、 沈抚分输 站和沈阳分输清管站 ， 线路 截 断阀室共 2 2座 其 中 R T U阀室 9座 ， 工程 于 2 0 1 0年 6月 1 5日开工建设 ， 2 0 1 1年 1 2月 1 5日注氮， 2 0 1 1年 l 2月 1 7日置换投产 。 大沈天然气管道干线设计压力 1 0 M P a ， 管径 中7 1 l m m， 材质 X 7 0 ， 壁 厚 1 2 ． 5 mm、 1 6 ． 0 m m、 1 9 ． 1 m m ． 线路管道采用3 P E防腐层防腐， 站场和阀室内埋 地管道采用无溶剂液体环氧和聚丙烯增强纤维管道 防腐冷缠胶带防腐， 埋地阀门 包括气液联动阀 、 法 兰、 三通等异构件埋地部位采用粘弹体防腐膏、 粘弹 体防腐胶带和聚丙烯网状胶粘带防腐。大沈天然气 管道新港首站 至松岚分输清 管站间采用牺牲 阳极保 护， 松岚分输清管站至沈阳分输清管站间采用强制电 流阴极保护， 所有站场均采用区域性阴极保护。 2 0 1 2年6月， 松岚分输清管站具备了区域性阴极 保护系统调试条件， 6月份至9月份， 对系统进行了调 试 。调试过程中， 发现了影 响系统正常运行的一些故 障和问题 ， 及时进行 了处理 ， 确保 了阴极保护安 全可 靠。下面以松岚分输清管站为例进行分析说明。 1 区域性阴极保护系统概况 区域性阴极保护原理与干线强制电流阴极保护 原理一样， 由恒电位仪、 阳极地床 柔性阳极 、 阴极、 零位接阴、 长效参比电极等组成。考虑到站场内埋地 金属构筑物较复杂， 包括埋地工艺管道、 电力防雷接 地和静 电接地 ， 这些都造成 阴极 保护 电流的流失 ， 选 收 稿 日期 2 0 1 21 02 6 收修改稿 日期 2 0 1 21 1 0 l 用单台恒电位仪会导致设备过多或设备功率太大， 影 响其运行效率 ， 见表 1 。 表 1 站场埋地钢质工艺管道区域性阴极保护计算结果 已知条件 站场 电流密度 保护面积 土壤电阻率 ／ m A m- 2 ／ m ／ n m 计算结果 回路总 设备输出 设备输出 电阻／ n 电流／ A 电压／ V 松岚站 营口站 辽鞍站 沈抚站 大连末站 抚顺末站 l 8 4 9 ． 4 6 1 2 0 1 ． 0 5 8 9 8 ． 0 4 9 1 6 ． 8 8 l 2 9 6 ． 8 2 4 4 8 ． 2 4 l 0 o 2 ． 6 1 8 ． 4 9 5 0 1 5 O I ． 8 7 1 2 ． 0 l 2 4 ． 4 5 O 1 ． 5 8 8 ． 9 8 1 6 ． 2 5 0 1 ． 6 9 ． 1 7 l 6 ． 7 l 0 0 2 ． 4 2 1 2 ． 9 7 3 2 ． 4 1 o o 2 ． 3 4． 4 8 l 2 ． 3 因此， 松岚分输清管站区域性阴极保护选用4回 路恒电位仪， 每路输出为 3 0 V ／ 2 0 A ， 3 用 1 备， 每个回 路可以作为单独的保护系统， 对输出电压和输出电流 进行调节。同时， 根据需要在某个 回路上增设 阳极分 流箱和阴极分 流箱 ， 以满 足整个 站场 阴极保护 的需 要 ， 见图 1 。 恒 电位彼 柔性阳极 图 1 大沈线松岚站 区域性 阴极保护原理 图 区域性 阴极保护覆盖 了进 出站 阀组 区、 过滤 区、 计量撬、 调压撬、 放空区管道、 工艺设备区管道及其他 埋地工艺管道等， 见图 2 。 站内的接地系统采用 T NS系统， 站内电气接 地， 自 控、 通信的保护接地及工作接地， 防雷防静电接 地等共用同一接地装置， 接地电阻不大于 1 Q； 放空管 的防雷接地单独设置， 其接地点应不少于2 处， 接地电 阻不大于 l 0 Q． 水平接地极采用 一 4 0 4镀锌扁钢 ， 垂直接地极 采用 L S 0 5 2 5 0 0镀锌角钢。 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t N O V ． 2 0 1 2 I 加 热 炉Ez l I 翌 塑l ．一 CS 0 7 C S 0 8 圆 国凰 C S06CS05 S 国 0 1 国国 回 圆 一 图 2 松岚分输清管站区域 性阴极保 护布置图 2 调试中出现的故障及处理方法 松岚分输清管站试运投产以来 ， 受设计 、 施工 、 天 气、 设备性能等因素影响， 区域性阴极保护系统出现 了一些故障。下面举几个典型故障现象进行分析。 2 ． 1 有输出电压 、 无输出电流 2 ． 1 ． 1 故障现象 当运行某一 回路时， 随着控 制电位 的调整 变化， 输 出电压跟随调整变化 ， 但输 出电流始终 为零 ， 不随 之变化。 2 ． 1 ． 2 原 因分析 出现上述现象后 ， 可 以初步判断为此 回路阳极断 线。初步判断阳极断线后， 要结合各回路的接线方法 进一步分析判断。对分流箱相连 的回路 ， 要及时打开 分流箱查看电阻是否完好， 若分流箱里的电阻完好， 要继续查找现场阳极线断线位置。 2 ． 1 ． 3 处 理 方 法 2 0 1 2年 6月底 ， 系统测试时 ， 发现松岚分输 清管 站第 2 回路出现输出电压可以调整变化 ， 输出电流为 零现象。经检查， 第2 } } 回路阳极分流箱中2个回路电 阻全部烧坏。 第 2 回路 中电阻型号为 Z G1 12 51 5 Q I ， 定 值电阻， 该电阻额定功率为 2 5 w， 额定电阻值为 1 5 n， 根据欧姆定律 ， 该电阻额定过流能力为 1 ． 2 9 A． 查阅设备调试记录 ， 松岚分输清管站第 1 回路是 与管道直接连接的 ， 在控制电位给定 一1 4 0 0 mV时 ， 输出电压为 2 ． 0 7 V， 输 出电流为 0 ． 5 5 A． 该 回路电阻 烧坏可能是雷击所致。事实证 明， 松岚分输清管站防 雷接地电阻检测值偏大， 2 0 1 2年 6月 1 4日大连地区 发生强雷电降雨天气。将损坏电阻全部更换后， 仪器 恢复正常工作。 2 ． 2 各回路接线正常 ， 输出电流偏小或无 2 ． 2 ． 1 故障现象 当运行某一 回路时， 在控制 电位 一1 2 0 0 m V以下 时， 该回路输出电流偏小或为零， 仪器报警， 转为恒流 模式。 2 ． 2 ． 2原 因分析 1 站场投产初期， 镀锌接地极锌消耗不大， 恒电 位仪的长效参比电极离镀锌接地极较近， 而锌的开路 电位在 一1 1 0 0～一 1 2 0 0 m V之间， 影响了仪器的输 出。 2 埋地管线防腐层质量较好 ， 所需 阴极保护 电 流较小。 3 站场 内设 备是相互 连接 的， 对于多 回路 区域 性阴极保护设备来说， 存在相互影响问题。 2． 2 ． 3处 理 方 法 投产初期， 先行投入某一路恒电位仪， 最好是先 投用与管道直连的一路， 然后对站区内所有测试点进 行测试 ， 达到标准规范要求 ， 否则投入其他 回路恒 电 位仪进行联调。 2 ． 3 仪器输 出正常 ， 分流箱电阻过热 2 ． 3 ． 1 故障现象 2 0 1 2年9月底， 测试时发现各系统接线正常， 运 行参数正常， 但各回路阳极分流箱电阻过热。前期曾 出现过多次因电阻损坏导致阳极断线的情况 。 2 ． 3 ． 2 原 因分析 1 随着运行时间的延长 ， 镀锌接地极 的镀锌层 消耗殆尽， 恒电位仪长效参比电极检测到的反馈参数 接近实际水平 ， 仪器输出增大。 2 镀锌接地极 的裸露及站场埋地管线可能出现 的露铁 ， 加大了恒 电位仪的输出。 2 ． 3 ． 3处理 方 法 松岚分输清管站区域性阴极保护阳极分流箱和 阴极分流箱内的电阻有 2种型号， 一种是前面提到过 的定值电阻， 额定过流能力为 1 ． 2 9 A ； 还有一种是滑 动可变电阻， 额定功率 2 5 w， 最大电阻值 1 0 n， 跟据 欧姆定律 ， 该型号电阻额定过流能力为 1 ． 5 8 A． 根据测试结果， 为使站场所有设备达到阴极保护 要求， 各回路的阴极保护电流达到了 1 ． 4 2～ 3 ． 3 A， 为 避免电阻过热损坏， 将滑动电阻移到电阻为零， 将定 值电阻全部短接， 以保证系统的安全连续可靠运行。 3 调试过程及效果分析 3 ． 1 第一阶段 2 0 1 2年 6月份 2 0 1 2 年 6 月初， 松岚分输清管站调压撬、 计量撬、 过滤器等所有设备安装完毕， 具备了区域性阴极保护 系统调试条件， 按规范要求对恒电位仪进行参数设 定 ， 开始时各 回路参数正 常 ， 见 表 2 。从表 中可 以看 出， 1 回路与管道直接相连的， 2 、 3 回路经过 阳极分 第6 期 王F-- 洪等 大沈天然气管道区域性阴极保护系统研究4 7 流箱 、 阴极分流箱与管道相连的。 表 2 大沈天然气管道松岚站区域性阴保运行参数一览表 运行一段时问后至6 月底， 系统出现了紊乱， 各回 路运行不正常， 主要原因有恒电位仪模块故障、 雷击 故障 、 各 回路间干扰等 ， 见表 3 。 3 ． 2 第二阶段 2 0 1 2年 7月至 9月初 发现系统不稳定后 ， 2 0 1 2年 7月份至 9月初这段 时间， 经过研 究确认 了现场 布线无断线 问题 、 处理 了 恒 电位仪设备问题 ， 掌握了测试桩接线端子与实际测 试位置无法对应问题等， 区域性阴极保护系统真正具 备了调试条件。 表 3 大沈天然气管道松岚站区域阴极保护参数测试统计表 7月份 3 ． 3 第三阶段 2 0 1 2年 9月中下旬 2 0 1 2年 9月中旬 ， 再次确认恒 电位仪设备本身处 于完好状态 ， 现场布线无 问题 ， 进行 了系统全面调试 。 达到保护要求 ； 捋清测试桩测试端子与实际测试位置 的对应关系。采用 8块高精度万用表 F L U K E 在现 场和测试桩同时进行调试 ， 利用恒 电位仪 的通断功能 此次调试内容主要包括两方面 确保各阴保测试参数 进行 O N和 O F F电位测试， 测试结果见表4 。 表4 大沈天然气管道松岚站区域阴极保护参数测试统计表 9月中旬 由表4可以看出， 站场自然电位参数基本正常， 单 投用某一回路恒电位仪不能达到阴极保护要求； 在 2 、 3 回路恒 电位仪共 同作用下 ， 在 O N模 式下 ， 站场 8 足要求。通过测试 ， 基本捋清 了测试桩端子与现场实 际位置的对应 。 经过一段时间的系统稳定运行 ， 2 0 1 2年 9月下旬 个测点中， 某些测点数值超标， 某些测点数值刚刚满 又进行了系统 O N、 O F F电位测试， 测试结果见表5 。 表 5 大沈天然气管道松岚站区域阴极保护参数测试统计表 9月下旬 48 Pi pe l i n e Te c h n i q u e a n d Eq u i p me n t NO V ． 2 01 2 由表 5可 以看 出， 在区域性 阴极保护系统 回路 3 用 1备情况下 ， 投用 2路基本满足技术要求 ， 若 3路全 投用， 将导致某些测试点参数超标； 在 O N状态下， 控 制电位设定在 一1 4 0 0～一1 7 3 0 m V情况下 ， 站场 8个 测试点在 O F F 状态下的测试参数基本满足阴极保护 要求 见图3 ； 各回路恒电位仪在 O F F状态下的保护 电位反馈信号基本不随控制电位的改变而变化； 阳极 分流箱和阴极分流箱电阻在系统中作用不太明显， 不 能使阴极保护电流有效分配， 反而容易因阴极保护电 流增大而发热， 甚至烧坏。 图 3电位 曲线 图 4 结束语 区域性 阴极保护各 回路通 电点 、 馈流点位置与站 内设备接地极同沟敷设或距离很近， 导致信号反馈出 现误差 。阳极分流箱 和阴极分流箱在 电路理论上 可 行， 实际现场应用作用不大， 增加了系统出故障的概 率。在 O F F状态下， 各回路恒电位仪保护电位参数反 馈信号滞慢， 需更进一步调试和解决。区域性阴极保 护系统能够满足站场设备设施的防腐蚀功能。 参考文献 [ 1 ] 徐承伟， 薛致远 ， 滕延平， 等． G P S同步通断法在阴极保护 有效性评价 中的应用． 管道技术与设备 ， 2 0 1 2 1 5 0 51 ． [ 2 ] 贝克曼 w V， 施文克 w， 普林兹 w， 等． 阴极保护手册． 胡 士信， 王向农 ， 等译． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 3 ] Q S Y G D 0 0 1 3 ． 3 2 o 0 9 区域性阴极保护技术规范 第 3 部分 运行管理． 作者简介 王巨洪 1 9 7 0 一 ， 高级工程师 ， 主要从事管道工程建 设、 管道管理及管道维抢修工作。 上接 第 1 4页 采用 三维配管 以后 ， 各个专业可 以在 模拟 的框架上配管 ， 进行管 网搭接 ， 这样许多 的碰撞 问题都在构建模型的时候得以避免和解决 。 在各个单体模型都完成以后， 将所有模型进行拼 接 ， 可以组织有 关项 目负责人 对模 型进 行校 对和优 化， 由于三维模型比较直观， 个别不用三维软件出图 的专业都可以借鉴， 从而优化方案。此外， 三维设计 还需要注意以下问题 1 仪表元件必须在三维模 型中画出来 ， 如 果遇 到标准库中没有的元件 ， 可 以在其位置上 画别的元件 代替， 然后在 I S O图上修改元件名称， 必须做标注。 2 逃生通道、 维修通道必须保证足够的安全距 离。在进行三维建模时， 一定要特别注意， 尤其是卧 式罐封头部液位计以及 四周的控制柜和配 电箱 ， 三维 配管中虽然不画出来， 但需考虑是否影响通道距离。 3 部分工艺用机泵设备电机 中心线跟泵出 口中 心线不在同一直线上， 这在三维配管时就需要特别注 意 ， 以泵出 口中心线为基准进行配管 ， 否则预制完成 后管线对接将出现问题。 4 各部分模 型完成后进行拼接 的时候 ， 配管设 计人员需要注意接 口部分管线的开料， 特别是这两部 分模型之间有一部分管线不在各 自的划分区域 内， 需 要协调好。 此外 ， 还要注意 即使模 型碰撞检查 、 模型数据 检 查及模型的设计检查全部通过也不代表着设计成功 ， 还要考虑 到加工 设计 的深度 和施工 的精度 等方 面。 尽量避免现场施工时出现碰撞、 间距不够等问题。 4 结束语 P D S O F T三维配管软件在月东人工岛工程上的应 用是成功 的 ， 该 软件 的应用减 少 了设计人 员 的工 作 量 ， 提高了图纸的设计质量 ， 缩短了设计周期 ， 加快 了 整个项 目的运行进度。 参考文献 [ 1 ] 苗承武， 江士昂． 油田油气集输设计技术手册． 北京 石油 工业出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 2 ] 炼油装置工艺管线安装设计手册 编写组． 炼油装置工 艺管线安装设计手册． 北京 石油工业出版社， 1 9 7 8 ． [ 3 ] 石油和化工工程设计工作手册 编委会． 海上油气 田工 程设计． 北京 石油大学出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 严大凡． 输油管道设计与管理． 北京 石油工业出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 5 ] 冯叔初 ， 郭揆常， 王学敏． 油气集输． 东营 石油大学出版 社 ， 2 0 0 2 ． 作者简介 张明 1 9 8 4 一 ， 助理工程师， 从事海洋油气储运设计 工作。