阀门接地问题对管网阴极保护的影响

作者:白冬军 和宏伟 冯文亮 来源:北京市燃气集团研究院 北京市公用事业科学研究所 点击:  评论: 更新日期:2016年09月16日
摘 要:随着燃气管网的不断发展与建设,阀门的使用量也随之增多。阀门在安装和使用时往往需要进行接地,本文从手动阀门、电动阀门的接地问题出发,分析阀门接地对管网阴极保护的影响,同时根据不同情况,提出了解决接地影响的方法。希望本文能为科学研究和生产建设提供一定的参考和依据。
关键词:阀门 电动阀门 接地 阴极保护 管道
Valve Grounded Problem Affecting to the Cathodic Protection
Abstract:With the continuous development and construction of the gas pipeline network,the amount of using valves also increases.Installation of valves often requires grounded.With the manual valves and electric valves grounded problems,this article will analyze the effects of grounded valve to the cathodic protection of pipelines and give solutions of the grounded methods under different circumstances.Hoping this article can provide sonic reference and basis to scientific research,production and construction.
Keywords:Valve Electric Valve Grounded Cathodic Protection Pipeline
1 引言
随着燃气管网的不断发展与建设,管网规模不断扩大,阀门的使用量也随之增多[1]。由于燃气是一种易燃、易爆的介质,燃气行业存在高危险性。在燃气输送过程中,必须保证管网防静电、防雷电、阴极保护等相关保护设施的正常运行,以保证燃气运营的安全。
为了保证燃气阀门的密封性,在管网建设中普遍采用的是软密封球阀。按照开关操作方式将球阀分类,可以分为手动球阀和电动球阀。囚传统的手动球阀具有对外界环境条件要求较小、开关限位能得有效保证等方面的优点,在管网建设中使用量最大。但随着电工电子技术的发展和远程控制、远程监控系统的推广与应用,电动阀门的安装使用也不断增多。无论是手动阀门和电动阀门,出于安全的目的往往都需要进行接地[2],常见的接地方式主要有直接接地、惰性材料接地、锌包钢接地等。但是,阀门接地会给管网的阴极保护带来很大的影响,特别是采用外加电流的阴极保护系统。一旦阴极保护失效,埋地钢质管道发生腐蚀的风险增大,甚至会造成管道局部腐蚀、腐蚀穿孔、腐蚀开裂等现象,直接影响着燃气安全生产与运行。本文将从阀门不同的接地方式同时结合阀门的操作类型,对接地问题中给阴极保护带来的影响进行分析,提出解决的方法。
2 接地对阴极保护的影响
阴极保护系统电路路径的构成包括:土壤、管道、导线[2]。对于直流电路来说,根据欧姆定律可以知道,电路中的电流在流动过程中,电流会始终倾向于在电阻较小的路径流动。当管道的防腐层面电阻率变化不大、防腐层没有出现严重的破损点和接地的情况时,管道表面阴极保护电流的分布是相对较为均匀的,如图1所示。
 
但是由于接地原因直接与大地形成电通路(短路)时,接地短路点位置上的电阻是极小的。在这种情况下,阴极保护电流在流动时会优先选择电阻较小的接地点位置,会在接地点的位置形成阴极保护电流的集中流入[3](根据阳极的位置情况、杂散电流的分布情况,也可能会出现电流集中流出的现象,电流流出的位置会受到强烈的腐蚀),接地点附近的其他位置将得不到足够的阴极保护电流而处于欠保护的状态,这种现象也叫做阴极保护的短路屏蔽效应,如图2所示。处于欠保护位置的管道,在水、土壤等环境的作用下发生腐蚀反应,使管道壁厚减薄,管道处于腐蚀失效的风险之中。
 
从防腐层破损点的角度上看,接地点的位置相当于一个较大的破损点。对于正常的带有防腐层的管道,一般在阴极保护设计和运行维护过程中,认为防腐层破损点的面积只占防腐层总面积的1%-10%左右,而在出现接地点后,特别是由于接地极或接地网引起的接地短路(接地电阻在几个欧姆或者零点几个欧姆),在阴极保护的电流需求计算时,折合成破损点的面积时甚至可能会占到总面积的50%以上,在这种情况下可能会使接地点附近几公里的管线得不到有效保护。
另外,在管道有接地发生时,会使阴极保护所需要的电流增大,增加了阳极消耗速率,降低了阳极寿命。对于外加电流系统来说,输出电流的增大,造成了不必要的电力浪费。所以接地问题应该在阴极保护设计和运行维护中引起关注。
3 阀门的接地方式
在输送易燃、易爆气体时,应该对管道进行防静电处理使静电不会形成积累过程,常用的方法是将管道、阀门、法兰等关键位置进行接地。对于场站、野外的露空阀门还要采取防雷击处理措施,将露空阀门接地能够有效地防止雷击带来的大电流放电、击穿损坏等。阀门接地还能降低或避免人员在开关操作时触电的危险。
3.1 阀门直接接地
阀门直接接地常见于闸井中,对于大口径的阀门,为了有效的避免悬空带来的自重下坠的趋势风险,往往将阀门下方砌筑平台。如果平台是砖砌、砂石、混凝土结构,闸井内的环境一般都阴暗潮湿,这些平台会在水的作用下,变得湿润、导电,接地电阻变小。如果阀门的外防腐或者防锈漆脱落、破损时,会与平台、大地形成电通路。在没有绝缘隔离措施或者线路跨接的情况下,阴极保护电流会通过土壤、平台、阀门构成的短路点位置集中地流入,会引起管道的其他位置阴极保护电流不足,管道处于欠保护的状态。

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