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        保障油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行的雷電與靜電防護(hù)措施

        2021-03-24 10:54:22汪華
        關(guān)鍵詞:油氣管道防護(hù)靜電

        汪華

        摘要:油氣管道輸送介質(zhì)是易燃、易爆的物質(zhì),管道輸送過(guò)程中一旦發(fā)生泄漏、管道腐蝕、地震、雷電等等,極易引發(fā)爆炸、火災(zāi)等安全事故。特別是雷電、靜電,容易與管道中液體通過(guò)電解質(zhì)作用產(chǎn)生腐蝕物質(zhì),腐蝕油氣管道,甚至是產(chǎn)生的交流電對(duì)人員造成危害,從而增加了油氣管道的安全隱患。本文主要探討了油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行中存在的電氣安全問(wèn)題,分析了油氣管道應(yīng)急保護(hù)的原理,探討了油氣管道安全的防護(hù)措施。旨在為管道儲(chǔ)運(yùn)安全提供一些參考。

        關(guān)鍵詞:油氣管道;雷電;靜電;危害;防護(hù)

        引言:油氣資源是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展中不可缺少的資源。隨著中國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的推進(jìn),對(duì)石油、天然氣等資源的消耗量也在不斷增長(zhǎng)。為了滿足發(fā)展的需求,我國(guó)加大了對(duì)石油及天然氣產(chǎn)業(yè)的投資,加強(qiáng)了對(duì)油氣基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)。在國(guó)家的大力支持下,國(guó)內(nèi)的油氣產(chǎn)業(yè)獲得了快的發(fā)展。雖然近幾年我國(guó)油氣產(chǎn)業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了快速增長(zhǎng),擴(kuò)大了我國(guó)油氣在全球油氣市場(chǎng)份額的占比,拉近了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家油氣產(chǎn)值的距離,但國(guó)內(nèi)的油氣管道事故的發(fā)生率仍舊居高不下,甚至是發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)倍。研究油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行中雷電與靜電的防護(hù)對(duì)降低油氣管道帶來(lái)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失有著重要的意義。

        一、油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行中存在的電氣安全問(wèn)題

        油氣管道輸送的介質(zhì)屬性決定了其在生活運(yùn)行中所受的安全隱患較多。其中電氣隱患對(duì)油氣管道安全運(yùn)行的影響較大。如雷電擊穿、靜電電廠放電。因油氣運(yùn)輸管道較長(zhǎng),而場(chǎng)站、閥室多修建在空曠位置。場(chǎng)站內(nèi)設(shè)備多為金屬材質(zhì),一方面易受雷擊,另一方面介質(zhì)摩擦管壁易生產(chǎn)靜電,介質(zhì)中一些物質(zhì)受電解質(zhì)作用易產(chǎn)生腐蝕物對(duì)造成管壁破損。在雷電與靜電的長(zhǎng)期作用下,易加速油氣管網(wǎng)及設(shè)備的損壞,增加油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行中的安全隱患。當(dāng)油氣管道發(fā)生泄漏后,就容易引起火災(zāi)、爆炸、中毒等安全事故,造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

        目前,國(guó)內(nèi)有大部分的油氣管道安全問(wèn)題為站場(chǎng)電氣安全管理缺失所致。其問(wèn)題主要變現(xiàn)在如下:(1)防雷、防靜電接地檢測(cè)不足;(2)電氣設(shè)備運(yùn)行管理疏忽;(3)電氣表示不規(guī)范;(4)電氣防爆處理不到位;(5)電氣兩票管理不規(guī)范、形式化。

        雷電、靜電的產(chǎn)生本身伴隨著熱效應(yīng)、電效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng)的生產(chǎn)。強(qiáng)雷擊甚至伴隨著高溫、高壓的產(chǎn)生。油氣管道中的介質(zhì)本身易受高溫、高壓及電效應(yīng)環(huán)境的影響。當(dāng)發(fā)生較強(qiáng)的雷電,或形成較強(qiáng)的雷電場(chǎng)時(shí),就極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸。油氣生產(chǎn)站場(chǎng)的設(shè)備、管道發(fā)生老化或接地不規(guī)范,發(fā)生管道介質(zhì),就會(huì)加劇站場(chǎng)的危險(xiǎn)性,引發(fā)火災(zāi)、爆炸或電擊等安全事故。此外,油氣站場(chǎng)的高壓區(qū)、低壓配電室等,本身屬于高危區(qū)域。缺乏規(guī)范的標(biāo)識(shí)及管理制度,容易造成管理疏漏或管理不規(guī)范的問(wèn)題,從而增加了生產(chǎn)站場(chǎng)的事故風(fēng)險(xiǎn)。

        二、油氣管道陰極保護(hù)的原理

        油氣管道的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕,它是由材料與環(huán)境共同作用的結(jié)果。金屬與電解質(zhì)因電化學(xué)反應(yīng)對(duì)關(guān)閉造成腐蝕性破壞。腐蝕的過(guò)程中就會(huì)有電流產(chǎn)生。由于不同金屬的存在電位差,當(dāng)電解質(zhì)溶液中同時(shí)出現(xiàn)兩種金屬時(shí),原電池的陽(yáng)極區(qū)發(fā)生腐蝕,持續(xù)輸出電子。另一種金屬離子則溶于電解質(zhì)中,陽(yáng)極區(qū)發(fā)生陰極反應(yīng)。油氣管道內(nèi)壁就表面發(fā)生電化學(xué)不均勻性,形成腐蝕原電池。電流通過(guò)導(dǎo)體與電解質(zhì)形成電流回路。當(dāng)兩種金屬間的電位差持續(xù)變大,電路產(chǎn)生的電壓就會(huì)持續(xù)增大。腐蝕電池形成后,陽(yáng)極金屬表面開始持續(xù)失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),促使金屬原子轉(zhuǎn)化為正離子,合成以氫氧化物為主的化合物。陰極則持續(xù)從陽(yáng)極得到電子,表面富集電子,發(fā)生還原反應(yīng),不會(huì)有腐蝕的發(fā)生。腐蝕過(guò)程見(jiàn)氧化反應(yīng)見(jiàn)式1、還原反應(yīng)見(jiàn)式2、式3。

        根據(jù)油氣管道的腐蝕原理,我們就可以對(duì)油氣管道做陰極保護(hù)處理,來(lái)預(yù)防和控制油氣管道的腐蝕,提高油氣管道的安全性,預(yù)防雷電、靜電可能引發(fā)的爆炸、火災(zāi)等安全事故。如選擇耐腐蝕材料、加強(qiáng)腐蝕環(huán)境的控制、選擇有效的防腐層、陰極保護(hù)、添加緩蝕劑等等。

        三、油氣管道安全的防護(hù)措施

        (一)雷電的防護(hù)措施

        1.陰極保護(hù)

        為油氣管道設(shè)計(jì)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。陰極保護(hù)系統(tǒng)包括被保護(hù)的管道、輔助陽(yáng)極、直流電源及附屬設(shè)施。需要注意,為確保電源設(shè)備的可靠性,要求陰極保護(hù)設(shè)備功率與保護(hù)管道相匹配。常用電源有恒電位儀器、整流器、太陽(yáng)能電池等。將保護(hù)電流動(dòng)電源引入地下導(dǎo)電體,利用輔助陽(yáng)極地床將保護(hù)電流送入土壤,再經(jīng)過(guò)土壤流入被保護(hù)的油氣管道,來(lái)防止管道陽(yáng)極發(fā)生化學(xué)腐蝕。設(shè)計(jì)陽(yáng)極地床時(shí)應(yīng)選擇高硅鑄鐵陽(yáng)極、石墨陽(yáng)極、鋼鐵陽(yáng)極。鹽漬土、海濱土等酸根離子較高的環(huán)境,應(yīng)選用鉻高硅鑄鐵陽(yáng)極。高電阻環(huán)境應(yīng)選擇鋼鐵陽(yáng)極。覆蓋層較差的環(huán)境或油氣管網(wǎng)復(fù)雜的環(huán)境應(yīng)采用柔性陽(yáng)極。油污水與鹽水環(huán)境中除外。陽(yáng)極電極應(yīng)埋入地表下1-5米土層內(nèi)。陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置好后必須做好投入前的運(yùn)行調(diào)試,確保對(duì)油氣管道保護(hù)的有效性。運(yùn)行測(cè)試在有電解質(zhì)環(huán)境中,被保護(hù)管道必須全部通過(guò)電絕緣測(cè)試,且可以對(duì)管道進(jìn)行持續(xù)的陰極保護(hù)。

        2.防雷接地

        防雷接地處理不當(dāng)引發(fā)油氣管道爆炸及火災(zāi)事故的主要原因之一。所有的油氣管道及油氣站場(chǎng)的設(shè)備均應(yīng)按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)做好防雷接地設(shè)計(jì)與布置,以便將發(fā)生的自然雷電引入大地。防雷接地的材料應(yīng)選擇質(zhì)量較好的接地極材料,點(diǎn)位英語(yǔ)輔助養(yǎng)雞材料先近。此外,防雷接地的線路一定要與輔助陽(yáng)極分開敷設(shè)。必要時(shí)需要通過(guò)增設(shè)電屏蔽或接地網(wǎng)來(lái)阻隔?;虿捎玫入娢豢缃觼?lái)預(yù)防線路之間互相影響引起的放電現(xiàn)象。尤其管道與防雷接地位置的間距最佳間距為500米。該距離可以有效地預(yù)防電位差的增大,同時(shí)又能較快地將雷電引入大地,防止油氣管表面發(fā)生腐蝕問(wèn)題。

        (二)靜電的防護(hù)措施

        1.控制靜電的產(chǎn)生

        1.1適當(dāng)降低油氣管道流速

        降低油氣管內(nèi)介質(zhì)的流速可以有效地減少摩擦力的產(chǎn)生,同時(shí)也能預(yù)防摩擦過(guò)程中靜電荷的產(chǎn)生。油氣管道最佳流速的設(shè)定可以通過(guò)下式4計(jì)算。

        式4? v2d≤0.64,其中v表示管道介質(zhì)的平均流速(m/s),d表示管道直徑(m)。

        1.2控制油面空間可燃性氣體

        油氣產(chǎn)品具有揮發(fā)性,揮發(fā)在空氣中的混合型氣體具有可燃性,遇到電火花或雷電時(shí)易引發(fā)火災(zāi)或爆炸。因此,要采取有效措施加強(qiáng)對(duì)空氣中可燃性混合提起的控制。如設(shè)置通風(fēng)裝置改善通風(fēng)條件。

        1.3做好水、原油與空氣混合的預(yù)防

        當(dāng)油氣管道內(nèi)介質(zhì)的含水量較高時(shí),管內(nèi)介質(zhì)與管壁的摩擦力就會(huì)加大,更容易刺激靜電的產(chǎn)生。因此,要加強(qiáng)對(duì)油氣管內(nèi)介質(zhì)含水量的控制,盡量避免水、空氣與油氣混合。清洗油氣管道或儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施設(shè)備時(shí),建議盡可能不用或少用蒸汽清洗方式。必須采用蒸汽清洗時(shí),建議做好電位差的監(jiān)測(cè),以便于發(fā)生異常時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

        1.4控制人身靜電

        人身靜電雖然產(chǎn)生的量較少,但在可燃性混合氣體環(huán)境中危險(xiǎn)性還是較高。人員在巡檢、維護(hù)或定期檢查油氣管道,或生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)時(shí),應(yīng)避免穿著尼龍纖維材質(zhì)的衣服。進(jìn)入作業(yè)區(qū)活動(dòng)室,所有人員必須穿著防靜電服或?qū)S玫拿薏脊し⑿钡妊b備,做好人體靜電消除。

        2.導(dǎo)走靜電

        靜電集聚到電流較大時(shí),也會(huì)造成管線陰極腐蝕。對(duì)該種問(wèn)題,可以采取接地處理、靜電跨接的方式導(dǎo)走靜電。將利用陰極保護(hù)的金屬導(dǎo)向?qū)⒂蜌夤艿琅c大地連通,或?qū)⒔饘僭O(shè)備與油氣管道之間進(jìn)行跨接,使其形成等電位差,降低電阻。如此,在發(fā)生油氣管道靜電時(shí),就及時(shí)地將靜電通過(guò)大地引走,靜電集聚造成的電火花及管道腐蝕問(wèn)題。接地跨接要求設(shè)置在油氣管道的近戶、管道彎道、管道分插、管道分徑等位置。直管應(yīng)每間隔100-200米做一次靜電接地,直管或室內(nèi)管道不可跨接。

        四、結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,雷電、靜電聚集容易引燃油氣管道泄漏在空氣中的可燃物,給油氣管道的生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了極大的安全隱患。為了提高油氣管道生產(chǎn)運(yùn)行中的安全,降低人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失,建議加強(qiáng)對(duì)油氣管道電氣設(shè)備的安全管理,制定嚴(yán)格的管理制度,加強(qiáng)日常巡檢和定期維護(hù)檢修。一方面要預(yù)防管道腐蝕等破損造成的泄漏,另一方面要預(yù)防油氣管道靜電的產(chǎn)生與管道周邊、站場(chǎng)內(nèi)的防雷電接地處理。雷電防護(hù)可以通過(guò)陰極保護(hù)和防雷接地處理實(shí)現(xiàn)。靜電防護(hù)可以通過(guò)控制靜電產(chǎn)生、導(dǎo)走靜電的方式實(shí)現(xiàn)。

        參考文獻(xiàn):

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        [4]杜春龍.油氣管道站場(chǎng)電氣問(wèn)題分析與對(duì)策探析[J].清洗世界,2020(01):75-76.

        [5]楊振華,田春生,陳秀蓮,馬文超.關(guān)于防雷設(shè)施安全方面的若干指導(dǎo)意見(jiàn)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè),2018(09):111-112.

        國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司蘭成渝輸油分公司,四川 成都 610037

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