油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法
【专利摘要】本发明公开了一种油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，包括如下步骤：提高防腐层完整性；在干线管道上设置绝缘接头，对管道进行分段隔离；管道排流保护；管道阴极保护：在靠近高压直流接地极的管道上增设阴极保护站，利用双向强制排流设备对管道进行强制电流法阴极保护，对不正常的管地电位波动进行纠偏；通过远程监测系统和腐蚀挂片来监测排流保护效果。本发明的积极效果是：能够对高压直流接地极干扰提供全面且整体的保护，相对于常规杂散电流防护技术，针对性、保护效果和安全性均得到提高。
【专利说明】油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法。
【背景技术】
[0002]随着我国能源需求的快速发展，高压直流输电和油气管道工程的快速建设，局部管段不可避免地进入高压直流输电干扰影响区。国内已建成的换流站接地极数量已不少，其干扰具有如下特点:1)直流干扰腐蚀速率大。2)干扰时间短，入地电流巨大，电位偏移剧烈。3)干扰是在单极运行(故障或检修期)期间发生，时间不确定。4)接地极工作的极性具有随机性，正极接地时对管道产生阴极干扰，负极接地时对管道产生阳极干扰。与干扰情况相对应，油气管道可能受到的影响包括:1)直流杂散电流腐蚀。如不采取任何防护措施，正常工况下接地极上流动的双极不平衡电流和单极大地返回运行时的工作电流均将对埋地管道造成电化学腐蚀。2)瞬间大电流将可能烧毁与管道相连的阴极保护电源设备，也可能造成操作人员的人身伤害。3)管道电位长期偏离正常值，线路管道阴极保护不能正常运行。
[0003]目前，在国内电力和石油行业的部分单位已经意识到“油气管道受到高压直流接地极干扰”问题的严重性，但其干扰防护技术单一，通常按照常规直流干扰而采取单一的排流保护措施。这种防护技术效果不确定，未与线路阴极保护系统有效结合，缺乏及时的监测手段。本发明针对这些不足，提出全新的综合防护方法。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，包括如下步骤:
第一步、提高防腐层完整性:
(1)针对高压直流接地极干扰区域内的埋地管道直管段防腐均选用加强级防腐层；
(2)对管道补口、焊点密封、热煨弯管防腐等易发生防腐层破损的环节使用粘弹体防腐材料进行端部密封；
(3)加强防腐层漏点检测:
管道下沟前，使用电火花检漏仪按25kV的检漏电压全面检查防腐层；管道下沟回填密实后，按GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》对管道防腐层进行漏点检测；管道投产验收时，对管道防腐层进行漏点复检；
(4)所有阶段中，如发现防腐层破损，按GB/T23257-2009《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》的相关要求进行及时修补；
第二步、在干线管道上设置绝缘接头，对管道进行分段隔离:
(I)绝缘接头为埋地安装，在地面设置标识，绝缘接头的材质及规格与干线管道相匹配；
(2)绝缘接头安装处同时对应安装配套的绝缘接头测试桩和浪涌保护器；
第三步、管道排流保护:
(O管道排流保护方式为直接排流保护，材料选用带状锌合金阳极；
(2)在每处接地排流点需沿管沟底部单侧或两侧各敷设一段带状锌合金阳极，并通过测试桩与管道连通；
第四步、管道阴极保护:在靠近高压直流接地极的管道上增设阴极保护站，利用双向强制排流设备对管道进行强制电流法阴极保护，对不正常的管地电位波动进行纠偏；
第五步、通过远程监测系统和腐蚀挂片来实现排流保护效果监测:
远程监测系统包括长效极化探头、无线检测终端和监控服务器管理软件；腐蚀挂片每组6只试片，其中3片与管道相连，使其与管道一样得到阴极保护；3片不与管道相连，使其不受阴极保护。 [0006]与现有技术相比，本发明的积极效果是:能够对高压直流接地极干扰提供全面且整体的保护，相对于常规杂散电流防护技术，针对性、保护效果和安全性均得到提高。
【具体实施方式】
[0007]—种油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，包括如下步骤:
第一步、提高防腐层完整性:
(I)针对高压直流接地极干扰区域内的埋地管道直管段防腐均选用加强级防腐层(如加强级三层PE)。防腐层厚度增加后，其抗机械冲击、划伤、磨损的性能均得到提高，有利于减少防腐层施工后形成的破损点。
[0008](2)对管道补口、焊点密封、热煨弯管防腐等易发生防腐层破损的薄弱环节使用粘弹体防腐材料进行端部密封，具体方法为:
在热收缩带和三层PE防腐层端头搭接部位环缝处缠绕一圈粘弹体防腐胶带(宽:100~150mm,厚> 1.8mm),然后再缠绕一圈聚丙烯胶粘带(宽度与粘弹体防腐胶带相等,厚^ 1.lmm)0
[0009](3)加强防腐层漏点检测:
管道下沟前，应使用电火花检漏仪按25kV的检漏电压全面检查防腐层；管道下沟回填密实后，应按GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》对管道防腐层进行漏点检测，推荐采用交流地电位梯度法(ACVG);管道投产验收时，对管道防腐层进行漏点复检。
[0010]交流地电位梯度法即采用PCM与交流地电位差测量仪(A字架)，通过测量土壤中交流地电位梯度的变化，查找和定位管道防腐层破损点。该方法是在人体电容法(皮尔逊)技术基础上的改进和提高，解决了人体电容法(皮尔逊)在特殊环境下检测效果差、准确率不高的难题，可通过ACVG信号幅度梯度的衰减趋势分析防腐层破损状况，并进行精确的外防腐层破损点的定位。
[0011](4)所有阶段中，如发现防腐层破损，应按GB/T 23257-2009《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》的相关要求进行及时修补，最终保证防腐层的完整性，减少土壤中杂散电流进入管道的通道，从而在源头上避免直流杂散电流电危害的发生。[0012]第二步、管道分段隔离:
在干线管道上设置绝缘接头，绝缘接头设置原则是:
(I)尽可能以高压直流接地极为中心对称布置。
[0013](2)依托已有站场或监控阀室，方便运营维护。
[0014](3)方便就近设置线路阴极保护站，对绝缘接头两侧的管道分别进行强制电流阴极保护纠偏。
[0015]这样可大幅缩短高压直流接地极直流干扰的影响范围，减少流入管道的杂散电流总量，降低管道电位波动幅度。具体设置要求如下:
(I)绝缘接头为埋地安装，在地面应设置标识。绝缘接头的材质及规格应当与干线管道相匹配。
[0016](2)绝缘接头安装处需对应安装配套的绝缘接头测试桩和浪涌保护器。由于高压直流接地极干扰的作用时间远大于雷电和工频故障电流强电冲击作用时间，基于常规抗雷击工频故障电流强电冲击(8-20yS波形)进行选型的等电位连接器已不再适用。
[0017](3)增加绝缘接头后，在管道上形成电流留出通道末端，绝缘接头安装位置前后约IOOm的管段腐蚀速率大幅提高，需要增加额外的阴极保护措施(如使用牺牲阳极进行“热点保护，，)。
[0018](4)当新增绝缘接头数量达到4个时，可将高压直流接地极干扰区域分为一段“严重影响区”和两段“波动影响区”，其中“严重影响区”最靠近高压直流接地极，“波动影响区”处于“严重影响区”两侧。
[0019]第三步、管道排流保护:
(O管道排流保护方式为直接排流保护，材料选用带状锌合金阳极(如GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》给定的ZR-1或ZR-2型)。
[0020](2)每处接地排流点需沿管沟底部两侧各敷设一定长度的带状锌合金阳极，并通过测试桩与管道连通。带状锌合金阳极长度需确保其接地电阻小于I Ω，也可通过软件建模模拟计算得到。
[0021 ] (3)接地排流点的位置可通过软件建模模拟计算得到。或采用“严重影响区”排流点的间隔为200m、“波动影响区”排流点的间隔为500m的设置方式。
[0022]第四步、管道阴极保护:
在靠近高压直流接地极的管道上增设阴极保护站，利用双向强制排流设备对管道进行强制电流法阴极保护，对不正常的管地电位波动进行纠偏:当接地极阴极方式单极运行时，靠近接地极的管道受到阳极干扰，双向强制排流器输出阴极保护电流，使管道对地电位向负的方向偏移；当接地极阳极方式单极运行时，靠近接地极的管道受到阴极干扰，双向强制排流器将管道内的杂散电流通过阳极地床强制排向大地，使管道对地电位正向偏移。最终实现管道对地电位处于阴极保护电位准则可接受的范围之内。
[0023](I)阴极保护站的设置位置需结合外电源供给、设备运营维护便利性、阳极地床位置选择、直流接地极干扰影响程度等多个因素，择优选取，确保其能有效抑制高压直流接地极干扰、总体建设费用低、运营管理及维护便利。
[0024](2)单座阴极保护站内可设置多台双向强制排流设备及多个辅助阳极地床。最优的双向强制排流设备规格可选为输出电流DC 200V/100A。[0025](3)对于多座阴极保护站，需设置控制中心，通过基于MODBUS RTU协议的高速RS-485通信接口实现数据远传和远控开关功能。
[0026]第五步、排流保护效果监测:
排流保护效果监测通过远程监测系统和腐蚀挂片来实现。
[0027]远程监测系统主要由长效极化探头、无线检测终端(带自动电位采集仪的测试桩或触发式杂散电流监测仪)和监控服务器管理软件等部分构成。
[0028]腐蚀挂片每组6只试片，其中3片与管道相连，使其与管道一样得到阴极保护；3片不与管道相连，使其不受阴极保护。
[0029](I) “严重影响区”内，无线检测终端采用带触发式杂散电流监测仪的测试桩，以不超过500m的间距设置一处无线检测终端及长效极化探头。
[0030](2)“波动影响区”内，无线检测终端采用带自动电位采集仪的测试桩，每处端点各设置一组自动电位采集仪，每组包含两支，间距为1km。
[0031](3)新增管道分段隔离的绝缘接头两侧、管道与直流接地极最近点、管道与直流接地极距离4km点均需设置腐蚀挂片。
[0032]本发明的工作原理是:包括提高防腐层完整性、管道分段隔离、管道排流保护、管道阴极保护、排流保护效果监测共五个方面的技术措施，其中:管道防腐设计中选用加强级防腐层，提高防腐层完整性，减少土壤中杂散电流进入管道的通道；管道干线适当位置增设绝缘接头，对管道实现分段隔离，减少高压直流接地极干扰影响范围和降低干扰强度；管道沿线敷设金属接地材料(如:带状锌合金)，对进入管道的高压直流接地极干扰电流进行泄放，实现直接排流保护；在管道干线适当位置增设阴极保护站，利用双向强制排流设备对管道进行强制电流法阴极保护，对不正常的管地电位波动进行纠偏；在管道沿线不同干扰区域设置排流保护效果监测设备，实现对排流保护效果的实时监测。
[0033]本发明的“提高防腐层完整性”是从源头上避免直流杂散电流电危害的发生；“管道分段隔离”将有利于减少排流保护点的数量，并减少管道阴极保护系统之间的相互影响；“管道排流保护”将通过设置锌合金阳极接地系统，利用锌合金形成对地低电阻通道来排泄已经进入埋地管道的杂散电流，减少管道的腐蚀和缓解电位异常波动，同时由于采取了 “管道分段隔离”措施，“管道排流保护”不会对其余管段造成不利影响；“管道阴极保护”将利用大功率的双向强制排流器对管道杂散电流干扰进行保护电位强制纠偏，利用辅助阳极地床形成的对地低电阻通道来排泄已经进入埋地管道的杂散电流，减少管道的腐蚀风险和缓解电位异常波动，同时由于采取了 “管道分段隔离”措施，“管道阴极保护”不会对其余管段造成不利影响；“排流保护效果监测”是建立一套高压直流接地极干扰防护效果评价系统，及时发现综合防护技术在设计和实施中的不足，设计者可据此优化调整上述四个防护措施，从而保证管道长期正常运行。
【权利要求】
1.一种油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:包括如下步骤: 第一步、提高防腐层完整性: (1)针对高压直流接地极干扰区域内的埋地管道直管段防腐均选用加强级防腐层； (2)对管道补口、焊点密封、热煨弯管防腐等易发生防腐层破损的环节使用粘弹体防腐材料进行端部密封； (3)加强防腐层漏点检测: 管道下沟前，使用电火花检漏仪按25kV的检漏电压全面检查防腐层；管道下沟回填密实后，按GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》对管道防腐层进行漏点检测；管道投产验收时，对管道防腐层进行漏点复检； (4)所有阶段中，如发现防腐层破损，按GB/T23257-2009《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》的相关要求进行及时修补； 第二步、在干线管道上设置绝缘接头，对管道进行分段隔离: (1)绝缘接头为埋地安装，在地面设置标识，绝缘接头的材质及规格与干线管道相匹配； (2)绝缘接头安装处同时对应安装配套的绝缘接头测试桩和浪涌保护器； 第三步、管道排流保护: (O管道排流保护方式为直接排流保护，材料选用带状锌合金阳极； (2)在每处接地排流点需沿管沟底部单侧或两侧各敷设一段带状锌合金阳极，并通过测试桩与管道连通； 第四步、管道阴极保护:在靠近高压直流接地极的管道上增设阴极保护站，利用双向强制排流设备对管道进行强制电流法阴极保护，对不正常的管地电位波动进行纠偏； 第五步、通过远程监测系统和腐蚀挂片来实现排流保护效果监测: 远程监测系统包括长效极化探头、无线检测终端和监控服务器管理软件；腐蚀挂片每组6只试片，其中3片与管道相连，使其与管道一样得到阴极保护；3片不与管道相连，使其不受阴极保护。
2.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:当第二步所述绝缘接头的数量达到4个时，将高压直流接地极干扰区域分为一段“严重影响区”和两段“波动影响区”，其中“严重影响区”最靠近高压直流接地极，“波动影响区”处于“严重影响区”两侧。
3.根据权利要求2所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于: (1)“严重影响区”内，无线检测终端采用带触发式杂散电流监测仪的测试桩，以不超过500m的间距设置一处无线检测终端及长效极化探头； (2)“波动影响区”内，无线检测终端采用带自动电位采集仪的测试桩，每处端点各设置一组自动电位采集仪，每组包含两支，间距为Ikm ； (3)新增管道分段隔离的绝缘接头两侧、管道与直流接地极最近点、管道与直流接地极距离4km点均需设置腐蚀挂片。
4.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:第一步之(2)所述端部密封方法为:在热收缩带和加强级防腐层端头搭接部位环缝处缠绕一圈粘弹体防腐胶带，然后再缠绕一圈聚丙烯胶粘带。
5.根据权利要求4所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:所述粘弹体防腐胶带宽100~150mm,厚≥1.8mm ;所述聚丙烯胶粘带宽度与粘弹体防腐胶带相等，厚≥1.1mm。
6.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:第一步之(3)所述对管道防腐层进行漏点检测时采用交流地电位梯度法:采用PCM与交流地电位差测量仪，通过测量土壤中交流地电位梯度的变化，查找和定位管道防腐层破损点。
7.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:绝缘接头依托已有站场或监控阀室设置，以高压直流接地极为中心对称布置；且便于就近设置线路阴极保护站，对绝缘接头两侧的管道分别进行强制电流阴极保护纠偏。
8.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:在第二步所述绝缘接头安装位置前后约IOOm的管段增加额外的阴极保护措施。
9.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:所述带状锌合金阳极长度需确保其接地电阻小于I Ω，或者通过软件建模模拟计算得到带状锌合金阳极的长度。
10.根据权利要求1所述的油气管道针对高压直流接地极干扰的综合防护方法，其特征在于:第四步所述对不正常的管地电位波动进行纠偏的方法是:当接地极阴极方式单极运行时，双向强制排流器输出阴极保护电流，使管道对地电位向负的方向偏移；当接地极阳极方式单极运行时，双向强制排流器将管道内的杂散电流通过阳极地床强制排向大地，使管道对地电位正向偏移。
【文档编号】C23F13/02GK103899883SQ201410133109
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】程明, 向波, 张平, 谌贵宇, 李束为, 卿太钢, 刘玉峰, 黄春蓉, 唐强, 牙亚萌, 叶桦 申请人:中国石油集团工程设计有限责任公司