1 問題的提出
絕緣接頭是埋地管線上的重要部件，恰當應用可以避免陰極保護電流的漏失，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，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，管線敷設后受土壤應力在所難免。按照目前設計方案，間隔5km設置一個分段閥門。如果每個分段閥門兩側(cè)都安裝絕緣接頭，僅為此就需要在干線上多裝50個絕緣接頭。進口絕緣接頭每個約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，修復非常困難，每次不停輸更換花費都將以百萬元計，代價巨大。因此，如非必須應減少使用量，尤其要盡量避免在干線上安裝絕緣接頭。
我們逐條分析設計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、陜京線進行實地調(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)
對于應安裝絕緣接頭的部位，《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(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 被保護管道的兩端及保護與非保護管道的分界處；
② 儲配站、門站、調(diào)壓站的進口與出口處；
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置了絕緣接頭呢？原因在于《陰極保護管道的電絕緣標準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，將會造成有效保護電流的流失。”早期的管道防腐層多為瀝青玻璃布，其機械強度和絕緣電阻很低[1]，發(fā)生金屬接觸在所難免。故早期的管線工程設計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，其機械強度很高，絕緣電阻更超過石油瀝青的10倍，這種電接觸根本不會發(fā)生，廣東LNG管線就是采用“3PE”，其工程實踐已經(jīng)充分證明了這一點；珠三角成品油管線采用融結(jié)環(huán)氧粉末防腐層，其機械強度和絕緣電阻雖低于“3PE”，但也遠高于石油瀝青，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重要依據(jù)是根據(jù)SY/T0086的3.0.8規(guī)定：“當電動閥和類似部件構(gòu)成管道系統(tǒng)的組成部分時，要求電力和設備與陰極保護管道電絕緣。”早期的閥門和執(zhí)行機構(gòu)難以做到對地絕緣，陰極保護電流會通過閥門或執(zhí)行機構(gòu)大量漏失，尤其是外加電流情況下[2]，可能造成遠離輔助地床一側(cè)的管道無法達到保護要求，故通常在閥門兩側(cè)安裝絕緣接頭，將閥門和執(zhí)行機構(gòu)從陰極保護系統(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，保證整個干線的保護效果。閥門單元則采用犧牲陽極進行保護。
隨著閥門制造及防腐技術(shù)的進步，天然氣管線閥門已經(jīng)實現(xiàn)了直接埋地，并且無論氣液聯(lián)動還是電液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)亦都可以做到對地絕緣并將電控單元隔離，避免了陰保電流的損失和對自控系統(tǒng)的影響。深圳次高壓管線就是采用電液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)，實踐證明完全可以做到對地絕緣，我們與各執(zhí)行機構(gòu)廠家進行交流時已確認了這一點。以羅托克電液聯(lián)動執(zhí)行機構(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各自陰極保護系統(tǒng)運行經(jīng)驗：廣東LNG管線將整個干線閥門及其執(zhí)行機構(gòu)都納入陰極保護范圍，氣液聯(lián)動閥門直接埋地，執(zhí)行機構(gòu)信號線的接地套管上有絕緣墊片，可以保證閥門及其執(zhí)行機構(gòu)都達到保護要求；珠三角成品油管線也是將整個閥門及其執(zhí)行機構(gòu)都被納入陰極保護范圍，電液聯(lián)動閥門及其執(zhí)行機構(gòu)出地架空，執(zhí)行機構(gòu)信號線的接地套管上沒有絕緣墊片，雖有少量電流漏失，仍可以達到保護要求。
實際上，由于“3PE”或環(huán)氧粉末防腐層破損很少[3]，對陰極保護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)范設計的陰極保護系統(tǒng)都有極大的裕量，通常足以克服執(zhí)行機構(gòu)信號線的電流漏失。如果確有必要，可以在閥門處加裝犧牲陽極來補救。加裝或更換犧牲陽極較之維護絕緣接頭的風險要小得多。
SY/T0086的3.0.9規(guī)定：“當一條管道上采用兩種以上陰極保護方式時，可進行分段電絕緣”。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，而閥門單獨用陽極保護，這是早期管道閥門兩端設置絕緣接頭的另一個理由。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小口徑低壓絕緣接頭，甚至是絕緣法蘭。每個價格還不到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置絕緣接頭過多存在安全隱患的問題，在放散支管上設置絕緣接頭，即使損壞也很容易維修或更換，不會影響干線的正常供氣運行(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限流孔板，既避免高速氣流放散時產(chǎn)生火花，又降低了室外管段的壓力等級，增加了安全系數(shù)。
④ 在放散立管根部進行絕緣處理，由于此處壓力要求很低，且只有放散時才有氣流通過，故選用國產(chǎn)絕緣法蘭即可。說明：地面藍色部分為氣液聯(lián)動閥門的執(zhí)行機構(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)設計規(guī)范的基礎上，我們針對深圳天然氣工程的實際情況，提出取消管線分段閥室兩端絕緣接頭的設計修改建議，通過了專家會議的論證。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成本，還大大提高了管網(wǎng)運行的安全系數(shù)。
參考文獻
[1] 楊印臣.地下管道和儲罐管理維護實用技術(shù)[M].廣州：華南理工大學出版社，2005.
[2] 曹備，張琳，楊印臣.地下管道腐蝕控制與檢測評估[M].北京：中國方正出版社，2007.
[3] 楊印臣.地下管道檢測與評估[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.
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