站场及阀室阴极保护电绝缘装置设置分析

摘 要：为保证阴极保护效果，油气长输管道均在站场前后设置绝缘装置，同时出于对安全性的要求，绝缘装置应牢固可靠，且便于检修。该文以呼和浩特-包头-鄂尔多斯成品油管道的土右分输泵站及监控阀室为例，介绍了绝缘装置选型、安装位置，以及仪表设备的电绝缘处理。

关键词：阴极保护 电绝缘 绝缘接头

中图分类号：TG174.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-00-02

1 工程概况

呼和浩特-包头-鄂尔多斯成品油管道起自内蒙古自治区呼和浩特首站，总体走向由东北向西南，途经了内蒙古自治区呼和浩特市赛罕区、玉泉区和土默特左旗，包头市的土默特右旗，鄂尔多斯市的达拉特旗和东胜区，到达鄂尔多斯末站，线路长度约286 km。土右分输泵站位于包头市土默特右旗。

2 电绝缘必要性

呼包鄂成品油管道全线采用强制电流阴极保护，管道与接地系统电绝缘主要包括站场与监控阀室两部分。由于土右站采用区域阴极保护系统，站内阴极保护对象与接地系统相连，所需阴极保护电流能达到几十安培，而站外管道比较单一，防腐层绝缘性能较好，需要阴极保护电流较小，仅有几安培，这样站内区域阴极保护系统大电流可能会引起站外管道阴极保护电位过负，超出规范规定的保护电位（-0.85～-1.15V），而过负的电位会出现析氢现象，造成钢材的腐蚀破坏或防腐层的剥离，给管道的长期运行带来安全隐患。鄯善油库进库管线就出现所设绝缘接头失效问题，库内区域阴极保护系统一启用，库外管道保护电位达就达到-2.0 V，为保证站外管道免受破坏，鄯善油库区域阴极保护至今未启用。为确保站外管道与场区接地系统电绝缘，设计考虑在进出站管线安装电绝缘装置。绝缘装置的应用可以确保站外管道阴极保护系统与区域阴极保护系统相互独立，便于调节，使得场区外管道达到最佳保护效果。但绝缘装置位置如何确定，以及有哪些相关的配套措施，则是阴极保护电绝缘的关键。

3 站场绝缘装置选型及位置分析

3.1 绝缘装置选型

目前，我国油气输送管道上使用的绝缘装置主要是绝缘法兰和绝缘接头，如图1、2。

绝缘法兰在外观上与普通的法兰连接没有本质区别。只是两法兰间的密封垫采用绝缘材质制造；各螺栓、螺母与法兰之间采用带台阶的绝缘套筒将其互相绝缘。这种结构所能承受的轴向拉伸或压缩载荷较低；若在弯曲载荷的作用下绝缘垫片的一侧有降低密封性的倾向，而另一侧则有因受力过大而失去弹性的可能。它的密封绝缘件直接暴露在外，与潮湿气体或土壤直接接触，绝缘性能降低。由于在实际使用中受地形、地貌和其他自然因素变化的影响，绝缘法兰的受力情况甚为复杂，从而导致两法兰面倾斜、错位，密封性受损，因此需要对绝缘法兰定期或不定期维护、修理。绝缘接头是根据绝缘法兰在使用中存在的问题进行改进的换代产品，其既能承受较大的拉伸或压缩载荷，又能承受一定数值的弯曲载荷，承载能力较强，它的绝缘件被封裹于密闭的空间，不受潮湿气体的影响，所以绝缘、密封性能稳定可靠。基于以上特点整体式绝缘接头长期工作不需维护、修理，它既可地上安装也可埋地安装。综合考虑，进出站管道采用绝缘接头进行电绝缘。

3.2 绝缘装置位置分析

国内阴极保护设计及施工单位通常将绝缘接头安装于场区围墙外，将场区内外彻底绝缘。该设置方案电绝缘效果最佳，但在实际生产运行过程中，出现过绝缘接头泄露现象。由于绝缘接头一般无法修复，基本都要进行更换才能保证阴极保护系统的正常运行，所以导致整条站外管线停运。如何确保绝缘接头便于检修，就显得尤为重要。根据电绝缘、绝缘接头检修等因素，结合土右分输泵站的工艺及自控流程，提出以下三种绝缘接头设置方案，具体见表1。方案一是绝缘接头设置的常规做法。为达到绝缘接头便于检修的目的，可以考虑在常规做法的基础上再在绝缘接头的站外侧设置手动阀，即方案二，也可以直接将绝缘接头位置调整至电液联动球阀、超声波流量计的站内侧，即方案三。但电液执行机构、电动执行机构、超声波流量计常规均要接地，且该接地与场区接地系统相连，致使站外管道与场区接地系统电连接，绝缘接头并未起到断开站外管道与场区接地系统电连接的目的。

4 站场仪表设备电绝缘处理

《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T 0086-2003 3.0.8条规定：当电动阀和类似部件构成管道系统的组成部分时，要求电力和设备与阴极保护管道电绝缘。因此，必须采取有效的措施，确保阴极保护系统与仪表设备有效电绝缘。目前，电液执行机构、电动执行机构、超声波流量计等可以采用以下技术手段达到电绝缘要求。

4.1 电液执行机构

目前中石油成品油管道选用的执行机构基本上采用REXA电液执行机构，根据与厂家进行沟通，提供的解决方案为：REXA电机采用B型步进电机，是靠PWM波工作，是电平信号，所以电机无需接地。该品牌执行机构是控制箱与执行机构本体之间采用绝缘垫隔离，控制箱与执行机构本体的连接只有四芯电机线和全开、全关位的触点开关线，并用绝缘螺纹套管隔离，控制箱的地与执行机构本体的外壳是绝缘，绝缘电阻大于100MΩ/1000V。因此通过控制箱与执行机构进行绝缘，从而实现电液执行机构与阴保系统进行有效地隔离。

4.2 电动执行机构

4.4 仪表设备供电

供电电缆一般采用金属挠性管保护，可以采用增加绝缘螺纹套管的方式进行有效隔离。

5 站场绝缘装置设置投资对比

绝缘接头的设置位置对仪表设备选型、安装以及项目投资影响较大，具体见表2。

6 阀室电绝缘处理

监控阀室由于安装有电液联动球阀以及超声波流量计，若不采取措施将其与阴极保护管道电绝缘，阴极保护电流就会泄露，导致阀室附近管道阴极保护电位达不到-0.85V的最低标准。港枣线就存在该问题，最终只能采用补加牺牲阳极阴极保护系统的方式保证阴极保护效果。同站场相同，电液联动球阀与超声波流量计均可以采用技术手段保证其与阴极保护管道电绝缘，单座阀室投资需增加4万元，该部分增加的投资主要是超声波流量引起的。若阀室两侧采用绝缘接头，则电液联动球阀与超声波流量计就可以不采用特殊的电绝缘手段，投资增加费用为两侧绝缘接头部分，仅为6万元。因此，对于压力低、管径小的管道，监控阀室两侧可以采用增加绝缘接头的方式，但对于压力高、管径大的管道，仪表设备采用技术手段进行电绝缘是合适的。

7 结语

站场电绝缘的三个方案在技术上均可以达到电绝缘的要求，其中方案一投资最少，且为油气管道设计常用做法；方案二由于增加三个手动球阀，投资最多；方案三技术可行，但工程应用较少，且绝缘控制点较多，风险较大。

绝缘接头作为油气管线系统中不可缺少的重要管道附件，其不仅有良好的绝缘效果，而且其有着很强的承压能力和很高的机械强度。特别是整体型绝缘接头的应用，大大提升了管道安全，综合考虑，建议采用方案一，但绝缘接头安装时应满足以下要求。

（1）绝缘接头安装位置应远离管道弯头，避免50m内存有待焊死口。

（2）绝缘法兰与管线连接后，不应在其5m范围内起吊管线。

（3）绝缘接头与管线一起试压。

（4）绝缘接头与管线连接后，应按要求补口、防腐作业时不准使绝缘接头表面温度高于120 ℃。

（5）绝缘接头采用地面安装时，应安装在距弯头20 m外的直管段上并设置支架。

（6）埋地安装时应避免安装在常年积水处。

参考文献

[1] GB/T 21448-2008埋地管道阴极保护技术规范[S].

[2] SY/T 0086-2003阴极保护管道的电绝缘标准[S].

[3] 胡士信.阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版社，1999.