深圳天然气高压管线分段阀室绝缘设计方案探讨-亚威华天然气网

1 问题的提出

绝缘接头是埋地管线上的重要部件，恰当应用可以避免阴极保护电流的漏失，并抑制杂散电流腐蚀的发生。但另一方面绝缘接头也是管道干线上唯一的非焊接结构，是管道受力的最薄弱点，易发生破坏失效，甚至引发泄漏事故，国内外已有很多类似先例。

深圳天然气高压管道敷设于市区北侧的丘陵地带，受沿线环境及地质条件限制，管线敷设后受土壤应力在所难免。按照目前设计方案，间隔5km设置一个分段阀门。如果每个分段阀门两侧都安装绝缘接头，仅为此就需要在干线上多装50个绝缘接头。进口绝缘接头每个约25万元，共需1250万元。更重要的是，大量的干线绝缘接头埋设在地下，将成为重大的安全隐患。另外，干线上的绝缘接头一旦损坏，修复非常困难，每次不停输更换花费都将以百万元计，代价巨大。因此，如非必须应减少使用量，尤其要尽量避免在干线上安装绝缘接头。

我们逐条分析设计单位列出的采用绝缘接头理由，提出了取消的理论依据，此后又到广东大鹏LNG管线、中石化珠三角成品油管线、陕京线进行实地调查，最终确定分段阀门两端不采用绝缘接头工艺。

2 取消分段阀门两端绝缘接头的依据

对于应安装绝缘接头的部位，《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程CJJ95》的6.3.2条有明确规定：

① 被保护管道的两端及保护与非保护管道的分界处；

② 储配站、门站、调压站的进口与出口处；

③ 杂散电流干扰区的管道；

④ 大型穿跨越地区的管道两端；

⑤ 需要保护的引入管末端。

需要注意的是，分段阀室两端并不属于上述范围。

为什么有些天然气管线阀室两端设置了绝缘接头呢？原因在于《阴极保护管道的电绝缘标准SY/T0086》中的3.0.5条规定：“如果管道穿越阀室或建筑物墙壁，管道与混凝土中钢筋发生金属接触，将会造成有效保护电流的流失。”早期的管道防腐层多为沥青玻璃布，其机械强度和绝缘电阻很低^[1]，发生金属接触在所难免。故早期的管线工程设计中多在阀室两端加装绝缘接头。

目前深圳天然气高压管线所采用“3PE”防腐层，其机械强度很高，绝缘电阻更超过石油沥青的10倍，这种电接触根本不会发生，广东LNG管线就是采用“3PE”，其工程实践已经充分证明了这一点；珠三角成品油管线采用融结环氧粉末防腐层，其机械强度和绝缘电阻虽低于“3PE”，但也远高于石油沥青，其采用在穿越阀室墙壁的套管处，干线外侧包缠橡胶垫板，也有效避免了电接触的发生。

阀门端安装绝缘接头的另外一个重要依据是根据SY/T0086的3.0.8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。”早期的阀门和执行机构难以做到对地绝缘，阴极保护电流会通过阀门或执行机构大量漏失，尤其是外加电流情况下^[2]，可能造成远离辅助地床一侧的管道无法达到保护要求，故通常在阀门两侧安装绝缘接头，将阀门和执行机构从阴极保护系统隔离出去，再用跨接电缆将绝缘接头外侧的管道连接起来，保证整个干线的保护效果。阀门单元则采用牺牲阳极进行保护。

随着阀门制造及防腐技术的进步，天然气管线阀门已经实现了直接埋地，并且无论气液联动还是电液联动执行机构亦都可以做到对地绝缘并将电控单元隔离，避免了阴保电流的损失和对自控系统的影响。深圳次高压管线就是采用电液联动执行机构，实践证明完全可以做到对地绝缘，我们与各执行机构厂家进行交流时已确认了这一点。以罗托克电液联动执行机构为例，见图1。

根据广东大鹏液化气公司与中石化深圳输油处对各自阴极保护系统运行经验：广东LNG管线将整个干线阀门及其执行机构都纳入阴极保护范围，气液联动阀门直接埋地，执行机构信号线的接地套管上有绝缘垫片，可以保证阀门及其执行机构都达到保护要求；珠三角成品油管线也是将整个阀门及其执行机构都被纳入阴极保护范围，电液联动阀门及其执行机构出地架空，执行机构信号线的接地套管上没有绝缘垫片，虽有少量电流漏失，仍可以达到保护要求。

实际上，由于“3PE”或环氧粉末防腐层破损很少^[3]，对阴极保护电流的需求通常不到石油沥青防腐层的百分之一，按照规范设计的阴极保护系统都有极大的裕量，通常足以克服执行机构信号线的电流漏失。如果确有必要，可以在阀门处加装牺牲阳极来补救。加装或更换牺牲阳极较之维护绝缘接头的风险要小得多。

SY/T0086的3.0.9规定：“当一条管道上采用两种以上阴极保护方式时，可进行分段电绝缘”。早期的阀门很多都是铸铁材料，其与钢管管材之间存在较大差异，可能导致电偶腐蚀，所以其连接使用法兰。管道通常采用外加电流，而阀门单独用阳极保护，这是早期管道阀门两端设置绝缘接头的另一个理由。现在阀门材料与管道之间的材料匹配性已经得到很好的解决，都可以直接焊接，而不再用法兰连接。阀室与放散管的有效绝缘

为防止雷击，阀室外放散管必须良好接地，在取消分段阀门两端绝缘接头后，需要解决放散管与管道间的绝缘，以免阴极保护电流通过放散管接地系统的大量漏失。

为此，我们先后考察了大鹏LNG管线和陕京线的阀室，他们都是在阀门放散阀后设小口径低压绝缘接头，甚至是绝缘法兰。每个价格还不到l万元，可大大降低绝缘接头工程成本。更为重要的是如此可有效避免在干线上设置绝缘接头过多存在安全隐患的问题，在放散支管上设置绝缘接头，即使损坏也很容易维修或更换，不会影响干线的正常供气运行(见图2及图3)。至于中石化珠三角成品油管线，其无需考虑放散，故无此问题。

说明：

① 干管上没有安装绝缘接头，不存在泄漏或维修更换问题；

② 阀门两侧放散管在阀室内汇合为一条管，既可以节省放散管工程费用，又可以作为平衡阀门上下游间压差的旁通管；

③ 汇合后管段上装有一个限流孔板，既避免高速气流放散时产生火花，又降低了室外管段的压力等级，增加了安全系数。

④ 在放散立管根部进行绝缘处理，由于此处压力要求很低，且只有放散时才有气流通过，故选用国产绝缘法兰即可。说明：地面蓝色部分为气液联动阀门的执行机构，黄色管道为阀门两侧放散管，绝缘法兰位于放散管汇合后埋入地下的部位。

4 问题的解决

在深入分析研究有关设计规范的基础上，我们针对深圳天然气工程的实际情况，提出取消管线分段阀室两端绝缘接头的设计修改建议，通过了专家会议的论证。按照新的绝缘方案，不仅可以减少安装工程量，减低管线施工难度，从而节省逾千万人民币的建设成本，还大大提高了管网运行的安全系数。

参考文献

[1] 杨印臣.地下管道和储罐管理维护实用技术[M].广州：华南理工大学出版社，2005.

[2] 曹备，张琳，杨印臣.地下管道腐蚀控制与检测评估[M].北京：中国方正出版社，2007.

[3] 杨印臣.地下管道检测与评估[M].北京：石油工业出版社，2008.