王喜权 张富江 刘军 苏恒

北京管道内蒙古输油气分公司

 

摘要：在油气管道隐患排查中，阴极保护绝缘失效现象是常见问题，主要归因于工艺设计、施工（安装）、地质灾害、设备设施故障等非正常状态时导致，对管线本体、人身安全可能会产生极大危害。对以往天然气管道阀室出现的典型阴极保护绝缘失效隐患进行了总结分析，并提出相应治理措施。

关键词：埋地管道；阴极保护；阀室；绝缘失效

 

天然气管道阀室阴极保护绝缘失效的排查和处理一直是行业内比较令人头疼的问题。其失效原因多种多样，很难一次性快速准确判断故障点，往往需要通过大量测试分析后确定。其中埋地管道与地下金属搭接是较为复杂的情形，通常采取现场测试与开挖验证的方式对阀室可能搭接位置进行确定。本文总结分析了阀室阴极保护绝缘失效特征、失效现象、排查方法、隐患管控措施等，以期与同行进行交流。

1  阀室绝缘失效主要特征

1.1  阀室管道电位与接地网电位特征比较

（1）直流电位测量法。在绝缘良好的情况下，阀室管道通电电位一般在﹣1.0 V～1.4 V，接地扁铁的自然电位一般在﹣0.6 V～0.8 V，用万用表测试两者有明显电位差，判断阀室绝缘性能良好（图 1-a）；无电位差或相差极小，且较历史测试数据偏正较多，说明可能存在绝缘失效，需要进一步详查。通过调节恒电位仪输出或现场临时加设直流电源进一步验证，若两者电位同时增大，说明阀室存在绝缘故障（图 1-b）；若管道电位增大，接地扁铁电位不变，说明阀室绝缘状况良好。

图 1 阀室电位曲线图

（2）交流干扰电压测量法。测量阀室管道与接地扁铁交流干扰电压，若两者差值较大，且接地扁铁交流干扰电压接近0，说明绝缘状况良好；当交流干扰存在时，两者无明显电位差，且两者均受到交流干扰，这时绝缘是失效的。

1.2  阀室电位与上下游电位特征比较

图 2为某阀室绝缘失效测试情况，表征为阀室区域的通电电位、断电电位同趋势正向偏移。可明显发现阀室上下游保护电位较负，阀室管道电位偏正；且阀室断电电位较历史数据偏正或出现欠保护现象。

图 2 绝缘失效阀室及上下游电位曲线图

2  常见阀室绝缘失效情况

2.1  未设置绝缘或绝缘失效

（1）阀门指示器端与管道主体之间设置绝缘用于阀室阴极保护系统与接地系统的电气隔离。如执行机构端面的螺栓内部未安装绝缘件或绝缘件不合格都可能引起绝缘失效，导致管道与接地网导通（图 3）。

图 3 绝缘失效示例

（2）仪表与主管道间的绝缘件失效或未设计绝缘件，引压管绝缘卡套失效或其保护端与非保护端搭接，导致干线管道与接地网导通（图 4）。

图 4 压变与管道间无绝缘或绝缘失效

2.2  施工不规范造成搭接

（1）接地扁铁与埋地管道及设施敷设间距较近或直接搭接，或阀室沉降导致管道与接地网搭接。

（2）温度变送器一端设接地，另一端连接立杆埋入地下，立杆应置于管道一侧并保持一定间距，如果错安装在管道上方，受重力影响会挤压管道，导致防腐层破损并搭接管道。

（3）阀室管道测试线缆误与阀室接地网焊接导通。

（4）旁通管道固定于阀室钢筋混凝土支墩上方，当管道与钢筋混凝土阀座间或管卡环形空间未设置绝缘垫板时，发生搭接。

2.3  设备设施异常导致绝缘失效

（1）智能采集仪施工不当或阀室沉降导致采集系统中的零位线与防爆箱发生搭接。

（2）固态去耦合器发生短路，导致直流通道导通。

（3）埋地绝缘接头质量问题或其防雷元件（避雷器等）异常导致管道与接地网导通。

（4）绝缘卡套未按照标准程序安装，导致其绝缘件损坏造成阀室绝缘失效。

3  现场排查方法

3.1  排查准备工作

（1）收集阀室竣工资料，掌握阀室管道和埋地放空管线、接地网、埋地电缆等敷设情况；了解阀室电气装置绝缘位置。

（2）准备工器具及材料，常规选用数字万用表、延长线、参比电极、绝缘电阻测试仪、钳形表、设备钥匙等。

（3）组织各专业人员共同商定排查方案，充分识别作业风险，提前做好阀室屏蔽工作，避免人员误操作引起阀室设备报警。排查方案要包含风险分析和风险控制措施。

3.2  排查方法

（1）万用表测电位法。采集并记录阀室上下游各5公里测试桩电位；用数字万用表测量阀室近端管道电位，与上下游电位进行比较。如果近端电位偏正，上下游电位偏负，初步判断阀室可能出现绝缘失效，需要进一步测试阀室设备设施。分别联通、断开固态去耦合器，万用表测量两种状态下管道和接地网的通电电位、交流干扰电压，判断固态去耦合器是否短路。断开固态去耦合器与管道、接地网之间连接，测量固态去耦合器电阻，进一步验证固态去耦合器是否短路。

使用专用绝缘电阻测试仪测试阀室绝缘卡套、绝缘垫片和埋地绝缘接头电阻，若无异常，逐个断开电气装置接地（包括RTU机柜端公共接线排）并逐一测试接地网与管道电位。如果断开某一路接地，阀室电位瞬间恢复正常，则说明故障与当前位置的接地支路有关；如断开所有接地仍处于绝缘失效状态，则判断阀室故障可能为地下接地网与管道搭接。通过开挖进一步查找围墙附近接地网，采用二分之一法截断接地网，再分区测量接地网电位以判断发生搭接区域，不断缩小范围找到故障区。

（2）万用表测电阻法。主要用于阀室内部埋地管道与接地扁铁等搭接排查。用数字万用表电阻档，一端指针与阀室管道接触（一般可选GOV阀门处），另一端指针配合延长线分别与阀室内各处接地扁铁接触以测量其间电阻，测量的总电阻等于各部分电路电阻之和。即未搭接时所测总电阻=管地电阻+扁铁接地电阻+土壤电阻；搭接时所测总电阻=测量管段电阻+测量扁铁段电阻。

现场人为导通并模拟表 1所示阀室与各点搭接状态，测量管道与接地体之间的电阻，与绝缘良好状态（无搭接）电阻对比。现场接地点分布见图 5，模拟试验结果见表 1。

图 5 阀室设备设施接地点分布及测试示意图
表 1 阀室电绝缘失效试验结果

试验结果表明，如果管道与接地网没有电连接，测量电阻接近兆欧姆或者千欧姆级，说明绝缘良好。当管道与接地网存在电连接时，测量段实际电阻值可能比试验结果值更小，一般为几欧姆或几十欧姆，绝缘失效位置根据最小电阻值判断。

（3）万用表电压测量法。绝缘失效时阴极保护电流经土壤进入接地网再经搭接点进入管道，测量扁铁之间的电压判断扁铁间电流方向，进而判断搭接点区域。使用数字万用表电压档测量扁铁与扁铁间的电压差，万用表显示正数，表明电流方向由红笔指向黑笔。图 5中绿线代表万用表测量扁铁之间的电流方向，不代表扁铁走向。该方法只作为地下搭接情况时的初步识别，需要有序多点测量加以分析。

4  结语

为避免阀室管道发生绝缘失效引发腐蚀，建议进一步采取以下措施。

（1）考虑阀室仪表及设施的接地与阴极保护的兼容性。新建或改扩建（工艺变更）时对阀室绝缘及防雷防静电进行变更评估，确保阴极保护绝缘及防雷防静电双重有效。

（2）充分利用远程阴极保护管理平台做好智能采集仪和阴保站的监测工作。发现恒电位仪输出电流突然变大或者电位突然发生异常变化时，应及时组织对绝缘设施及其防雷保护器进行检查。

（3）阀室施工阶段，每天定时测量管地电位，出现异常时及时排查导致电位异常的工序。

（4）做好周期性测试工作。每月测试一次阀室内管道与接地网的电位；每季度对阀室内所有绝缘设施的有效性进行检查、对阀室防雷保护器性能进行测试；发现绝缘失效隐患及时处理。

（5）定期开展专业技能培训，提高作业区人员绝缘失效识别能力、隐患整治能力。

（6）加强专业合作，协同解决绝缘失效问题。阀室设备设施的防雷防静电保护与管道阴极保护涉及不同管理专业，应相互沟通信息，联合作业，确保任何一方的工作不会对其他工作造成影响。

作者简介：王喜权，1988年生，助理工程师，管道岗三级工程师，现从事管道本体安全、第三方施工、地质灾害防治等方面工作。联系方式：15242322014，1294846132@qq.com。