1 問題的提出
絕緣接頭是埋地管線上的重要部件，恰當(dāng)應(yīng)用可以避免陰極保護(hù)電流的漏失，并抑制雜散電流腐蝕的發(fā)生。但另一方面絕緣接頭也是管道干線上唯一的非焊接結(jié)構(gòu)，是管道受力的最薄弱點(diǎn)，易發(fā)生破壞失效，甚至引發(fā)泄漏事故，國內(nèi)外已有很多類似先例。
深圳天然氣高壓管道敷設(shè)于市區(qū)北側(cè)的丘陵地帶，受沿線環(huán)境及地質(zhì)條件限制，管線敷設(shè)后受土壤應(yīng)力在所難免。按照目前設(shè)計(jì)方案，間隔5km設(shè)置一個(gè)分段閥門。如果每個(gè)分段閥門兩側(cè)都安裝絕緣接頭，僅為此就需要在干線上多裝50個(gè)絕緣接頭。進(jìn)口絕緣接頭每個(gè)約25萬元，共需1250萬元。更重要的是，大量的干線絕緣接頭埋設(shè)在地下，將成為重大的安全隱患。另外，干線上的絕緣接頭一旦損壞，修復(fù)非常困難，每次不停輸更換花費(fèi)都將以百萬元計(jì)，代價(jià)巨大。因此，如非必須應(yīng)減少使用量，尤其要盡量避免在干線上安裝絕緣接頭。
我們逐條分析設(shè)計(jì)單位列出的采用絕緣接頭理由，提出了取消的理論依據(jù)，此后又到廣東大鵬LNG管線、中石化珠三角成品油管線、陜京線進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，最終確定分段閥門兩端不采用絕緣接頭工藝。
2 取消分段閥門兩端絕緣接頭的依據(jù)
對(duì)于應(yīng)安裝絕緣接頭的部位，《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程CJJ95》的6.3.2條有明確規(guī)定：
① 被保護(hù)管道的兩端及保護(hù)與非保護(hù)管道的分界處；
② 儲(chǔ)配站、門站、調(diào)壓站的進(jìn)口與出口處；
③ 雜散電流干擾區(qū)的管道；
④ 大型穿跨越地區(qū)的管道兩端；
⑤ 需要保護(hù)的引入管末端。
需要注意的是，分段閥室兩端并不屬于上述范圍。
為什么有些天然氣管線閥室兩端設(shè)置了絕緣接頭呢？原因在于《陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)SY/T0086》中的3.0.5條規(guī)定：“如果管道穿越閥室或建筑物墻壁，管道與混凝土中鋼筋發(fā)生金屬接觸，將會(huì)造成有效保護(hù)電流的流失。”早期的管道防腐層多為瀝青玻璃布，其機(jī)械強(qiáng)度和絕緣電阻很低[1]，發(fā)生金屬接觸在所難免。故早期的管線工程設(shè)計(jì)中多在閥室兩端加裝絕緣接頭。
目前深圳天然氣高壓管線所采用“3PE”防腐層，其機(jī)械強(qiáng)度很高，絕緣電阻更超過石油瀝青的10倍，這種電接觸根本不會(huì)發(fā)生，廣東LNG管線就是采用“3PE”，其工程實(shí)踐已經(jīng)充分證明了這一點(diǎn)；珠三角成品油管線采用融結(jié)環(huán)氧粉末防腐層，其機(jī)械強(qiáng)度和絕緣電阻雖低于“3PE”，但也遠(yuǎn)高于石油瀝青，其采用在穿越閥室墻壁的套管處，干線外側(cè)包纏橡膠墊板，也有效避免了電接觸的發(fā)生。
閥門端安裝絕緣接頭的另外一個(gè)重要依據(jù)是根據(jù)SY/T0086的3.0.8規(guī)定：“當(dāng)電動(dòng)閥和類似部件構(gòu)成管道系統(tǒng)的組成部分時(shí)，要求電力和設(shè)備與陰極保護(hù)管道電絕緣。”早期的閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)難以做到對(duì)地絕緣，陰極保護(hù)電流會(huì)通過閥門或執(zhí)行機(jī)構(gòu)大量漏失，尤其是外加電流情況下[2]，可能造成遠(yuǎn)離輔助地床一側(cè)的管道無法達(dá)到保護(hù)要求，故通常在閥門兩側(cè)安裝絕緣接頭，將閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)從陰極保護(hù)系統(tǒng)隔離出去，再用跨接電纜將絕緣接頭外側(cè)的管道連接起來，保證整個(gè)干線的保護(hù)效果。閥門單元?jiǎng)t采用犧牲陽極進(jìn)行保護(hù)。
隨著閥門制造及防腐技術(shù)的進(jìn)步，天然氣管線閥門已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了直接埋地，并且無論氣液聯(lián)動(dòng)還是電液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)亦都可以做到對(duì)地絕緣并將電控單元隔離，避免了陰保電流的損失和對(duì)自控系統(tǒng)的影響。深圳次高壓管線就是采用電液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)踐證明完全可以做到對(duì)地絕緣，我們與各執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家進(jìn)行交流時(shí)已確認(rèn)了這一點(diǎn)。以羅托克電液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，見圖1。
根據(jù)廣東大鵬液化氣公司與中石化深圳輸油處對(duì)各自陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：廣東LNG管線將整個(gè)干線閥門及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)都納入陰極保護(hù)范圍，氣液聯(lián)動(dòng)閥門直接埋地，執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)線的接地套管上有絕緣墊片，可以保證閥門及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)都達(dá)到保護(hù)要求；珠三角成品油管線也是將整個(gè)閥門及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)都被納入陰極保護(hù)范圍，電液聯(lián)動(dòng)閥門及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)出地架空，執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)線的接地套管上沒有絕緣墊片，雖有少量電流漏失，仍可以達(dá)到保護(hù)要求。
實(shí)際上，由于“3PE”或環(huán)氧粉末防腐層破損很少[3]，對(duì)陰極保護(hù)電流的需求通常不到石油瀝青防腐層的百分之一，按照規(guī)范設(shè)計(jì)的陰極保護(hù)系統(tǒng)都有極大的裕量，通常足以克服執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)線的電流漏失。如果確有必要，可以在閥門處加裝犧牲陽極來補(bǔ)救。加裝或更換犧牲陽極較之維護(hù)絕緣接頭的風(fēng)險(xiǎn)要小得多。
SY/T0086的3.0.9規(guī)定：“當(dāng)一條管道上采用兩種以上陰極保護(hù)方式時(shí)，可進(jìn)行分段電絕緣”。早期的閥門很多都是鑄鐵材料，其與鋼管管材之間存在較大差異，可能導(dǎo)致電偶腐蝕，所以其連接使用法蘭。管道通常采用外加電流，而閥門單獨(dú)用陽極保護(hù)，這是早期管道閥門兩端設(shè)置絕緣接頭的另一個(gè)理由。現(xiàn)在閥門材料與管道之間的材料匹配性已經(jīng)得到很好的解決，都可以直接焊接，而不再用法蘭連接。閥室與放散管的有效絕緣
為防止雷擊，閥室外放散管必須良好接地，在取消分段閥門兩端絕緣接頭后，需要解決放散管與管道間的絕緣，以免陰極保護(hù)電流通過放散管接地系統(tǒng)的大量漏失。
為此，我們先后考察了大鵬LNG管線和陜京線的閥室，他們都是在閥門放散閥后設(shè)小口徑低壓絕緣接頭，甚至是絕緣法蘭。每個(gè)價(jià)格還不到l萬元，可大大降低絕緣接頭工程成本。更為重要的是如此可有效避免在干線上設(shè)置絕緣接頭過多存在安全隱患的問題，在放散支管上設(shè)置絕緣接頭，即使損壞也很容易維修或更換，不會(huì)影響干線的正常供氣運(yùn)行(見圖2及圖3)。至于中石化珠三角成品油管線，其無需考慮放散，故無此問題。
說明：
① 干管上沒有安裝絕緣接頭，不存在泄漏或維修更換問題；
② 閥門兩側(cè)放散管在閥室內(nèi)匯合為一條管，既可以節(jié)省放散管工程費(fèi)用，又可以作為平衡閥門上下游間壓差的旁通管；
③ 匯合后管段上裝有一個(gè)限流孔板，既避免高速氣流放散時(shí)產(chǎn)生火花，又降低了室外管段的壓力等級(jí)，增加了安全系數(shù)。
④ 在放散立管根部進(jìn)行絕緣處理，由于此處壓力要求很低，且只有放散時(shí)才有氣流通過，故選用國產(chǎn)絕緣法蘭即可。說明：地面藍(lán)色部分為氣液聯(lián)動(dòng)閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，黃色管道為閥門兩側(cè)放散管，絕緣法蘭位于放散管匯合后埋入地下的部位。
4 問題的解決
在深入分析研究有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，我們針對(duì)深圳天然氣工程的實(shí)際情況，提出取消管線分段閥室兩端絕緣接頭的設(shè)計(jì)修改建議，通過了專家會(huì)議的論證。按照新的絕緣方案，不僅可以減少安裝工程量，減低管線施工難度，從而節(jié)省逾千萬人民幣的建設(shè)成本，還大大提高了管網(wǎng)運(yùn)行的安全系數(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊印臣.地下管道和儲(chǔ)罐管理維護(hù)實(shí)用技術(shù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.
[2] 曹備，張琳，楊印臣.地下管道腐蝕控制與檢測(cè)評(píng)估[M].北京：中國方正出版社，2007.
[3] 楊印臣.地下管道檢測(cè)與評(píng)估[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.
咨詢熱線：0755-25887166
傳真號(hào)碼：0755-25887232
位置導(dǎo)航：
