胡紹磊 王啟和 何崢艷 劉 念 萬運(yùn)華 陳彬源 于 帥 陸學(xué)杰

1. 中國石油天然氣股份有限公司西南管道昆明輸油氣分公司, 云南 昆明 650500;2. 中國石油西南油氣田公司, 四川 成都 610051;3. 中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;4. 中國石油天然氣股份有限公司西南管道蘭成渝輸油分公司， 四川 成都 610041

0 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,中國對能源的需求越來越大,特別是對石油、天然氣的需求更是與日俱增。這幾年中國西南地區(qū)的油氣管道里程劇烈增長,這些管道大部分敷設(shè)在山區(qū)地帶,所處地形以山地為主,被稱為山地管道[1]。本文研究的山地油氣管道途經(jīng)地區(qū)的地形地貌為山澗溝谷,地勢起伏大,管道穿越地區(qū)大部分地段都是山高谷深、河流縱橫、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),部分區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)烈、地震發(fā)育密集[2]。與此同時(shí),管道周邊高壓輸電線路的建設(shè)規(guī)模也在日益加大,由于地方城鎮(zhèn)規(guī)劃要求和路徑擇優(yōu)選擇原則,山地油氣管道經(jīng)常與高壓輸電線路長距離并行或多次交叉,形成長距離的共用走廊帶[3]。國內(nèi)外大量案例表明,與埋地金屬管道并行的高壓輸電線路會(huì)通過電磁感應(yīng)、電阻耦合等方式在埋地金屬管道上感應(yīng)出電壓和電流,可能會(huì)對管道造成嚴(yán)重的交流干擾[4],從而對管道產(chǎn)生不可忽視的危害,如引起交流腐蝕,導(dǎo)致管道穿孔泄漏,加速防腐層的剝離,影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,造成保護(hù)電位不滿足保護(hù)要求等問題,同時(shí)還會(huì)對工作人員產(chǎn)生電擊危害,嚴(yán)重威脅工作人員的人身安全,因此成為山地油氣管道管理的重要關(guān)注點(diǎn)[5]。

通過對西南地區(qū)某段山地天然氣管道交流干擾情況的檢測和評估,發(fā)現(xiàn)該段管道存在較嚴(yán)重的交流干擾,通過對不同緩解措施在經(jīng)濟(jì)性、適用性方面的分析和比較,最終研究得出適合于緩解山地油氣管道交流干擾的措施,該措施的成功應(yīng)用[6]為類似條件的山地油氣管道交流干擾治理提供了借鑒措施,具有一定參考意義。

1 現(xiàn)場檢測

西南地區(qū)的山地油氣管道部分位于云貴高原,這里大部分為紅土地區(qū),土壤電阻率差異性較大[7],部分地區(qū)土壤電阻率很高,而部分地區(qū)土壤電阻率又較低?，F(xiàn)場對西南地區(qū)兩段山地天然氣管道進(jìn)行現(xiàn)場測試,A段管道的樁號為K 0607～K 0612,管道長度約6 km,管徑為D 1 016 mm,管道鋼級為X 80,設(shè)計(jì)壓力10 MPa,運(yùn)行壓力6.8 MPa,管道壁厚有12.8、15.3和18.4 mm三種規(guī)格,管道外防腐層采用三層PE,管道陰極保護(hù)方式為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)[8]。B段管道的樁號為K 0839～K 0872,管道長度約為34 km,管徑為D 1 016 mm,管道鋼級為X 80,設(shè)計(jì)壓力10 MPa,運(yùn)行壓力6.8 MPa,壁厚有12.8、15.3、18.4 mm三種規(guī)格,管道外防腐層采用三層PE,管道陰極保護(hù)方式為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

以上兩段管道多處與高壓輸電線路長距離并行,局部地段距離高壓輸電線的鐵塔較近,為保障管道的安全運(yùn)行,特針對這兩段管道開展交流干擾專項(xiàng)檢測。

1.1 干擾源分布

通過現(xiàn)場調(diào)查,A、B兩段管道的干擾分布情況見表1。由表1可見,A、B兩段管道多次與高壓交流輸電線交叉并存在有不同程度的并行,其中與A段管道的K 0609～K 0612段管道并行或交叉的高壓交流輸電線電壓等級較高,為500 kV/220 kV,同時(shí)還是兩回高壓交流輸電線與管道并行和交叉,且管道與高壓交流輸電線間距較近,最近為 20 m 左右,并行長度也很長,約5 km,該段管道受到交流干擾的風(fēng)險(xiǎn)較高。

1.2 干擾數(shù)據(jù)測試

現(xiàn)場在A段管道上的測試樁安裝位置處進(jìn)行了管道交流干擾電壓測試和管道附近土壤電阻率測試,并根據(jù)GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[9]的規(guī)定進(jìn)行交流干擾電流密度計(jì)算,A段管道交流干擾電壓測量結(jié)果及交流干擾電流密度詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2可知,A段管道的K 0607到K 0612號樁之間的線路管道所受交流干擾較大,交流電流密度為5.36～238.42 A/m2之間,其中K 0607、K 608和K 610測試樁處管道交流電流密度均超過100 A/m2,不滿足GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求,需要安裝排流緩解措施[10]。

現(xiàn)場也在B段管道上的測試樁安裝位置處進(jìn)行了管道交流干擾電壓測試和管道附近土壤電阻率測試,并根據(jù)GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[9]的規(guī)定進(jìn)行交流干擾電流密度計(jì)算,B段管道交流干擾電壓測量結(jié)果及交流干擾電流密度詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見表3。

表1 干擾源分布統(tǒng)計(jì)表

Tab.1 Distribution statistics of interference sources

管道名稱樁號位置輸電線電壓等級/kV干擾情況描述A段管道K 0607～K 0609220交叉3次,并行長度約1 km,間距多為20～500 mA段管道K 0609～K 0612500/220交叉1次,并行長度4 km,間距多為80～1 000 mB段管道K 0839～K 0844500交叉3次B段管道K 0844～K 085135、15交叉1次,與35 kV輸電線并行長度10 km,并行間距多為20～300 m,與15 kV輸電線并行長度8 km,并行間距多為400～1 000 mB段管道K 0851～K 0855110交叉3次,并行長度3 km,并行間距多為100～500 mB段管道K 0855～K 0873110、220交叉2次

表2 A段管道交流干擾電壓測量結(jié)果及交流干擾電流密度計(jì)算表

Tab.2 AC voltage measurement statistics and AC density calculation of A pipeline

管道名稱樁號位置管道交流干擾電壓/V管道埋深/m土壤電阻率/(Ω·m)交流電流密度/(A·m-2)A段管道K 060712.672.028.52100.11A段管道K 060813.491.122.18137.06A段管道K 060911.891.5499.505.36A段管道K 061016.051.415.17238.42A段管道K 061112.922.7121.5723.95A段管道K 061211.301.334.6373.53

表3 B段管道交流干擾電壓測量結(jié)果及交流干擾電流密度計(jì)算表

Tab.3 AC voltage measurement statistics and AC density calculation of B pipeline

管道名稱樁號位置管道交流干擾電壓/V管道埋深/m土壤電阻率/(Ω·m)交流電流密度/(A·m-2)B段管道K 08395.381.3078.6515.42B段管道K 08416.151.40169.608.17B段管道K 08445.721.0221.1760.89B段管道K 08455.951.0022.8058.81B段管道K 085111.671.2020.28129.68B段管道K 085314.001.20301.5010.46B段管道K 085514.431.70477.406.81B段管道K 085614.251.10189.9014.70B段管道K 085713.801.43220.7012.25B段管道K 085814.321.5097.5033.10B段管道K 085913.931.0025.13124.92B段管道K 086213.231.00217.3013.72B段管道K 086412.431.4579.7335.13B段管道K 086511.751.20359.607.36B段管道K 086610.901.25133.5018.40B段管道K 08679.581.00654.003.30B段管道K 08708.601.00481.204.03B段管道K 08717.301.0098.0716.77B段管道K 08726.661.0055.9126.84B段管道K 08736.232.00290.504.83

由表3可知,B段管道的K 0839～K 0873號樁之間的線路管道所受交流雜散電流干擾比A段管道所受干擾小,管道上的交流電流密度為1.41～129.68 A/m2之間,其中K 0851和K 859測試樁處管道上的交流干擾電流密度均超過100 A/m2,不滿足GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的安全要求,需要安裝排流緩解設(shè)施。

2 檢測結(jié)果分析

1)由表2～3可以看出,A段管道K 0607到K 0612和B段管道K 0839到K 0872,均受到高壓交流輸電線路的交流干擾影響,其中A段管道最高干擾電壓16.05 V,最大干擾電流密度238.42 A/m2,B段管道最高干擾電壓14.32 V,最大干擾電流密度129.68 A/m2。根據(jù)測試數(shù)據(jù)可知，高壓交流輸電線的輸電電壓等級及其與管道的并行間距對管道交流干擾影響十分顯著[11]。B段管道雖與高壓交流輸電線路并行距離較長,但是該高壓交流輸電線的電壓等級比與A段管道并行的高壓交流輸電線的電壓等級低,因此其所受交流干擾程度也較A段管道受干擾程度低[12]。

2)A段管道大部分地區(qū)的土壤電阻率小于25 Ω·m,持續(xù)干擾交流電壓大于4 V,交流電流密度為5.36～238.42 A/m2之間,其中K 0607、K 608和K 610測試裝交流電流密度均超過100 A/m2,不滿足GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的安全要求,需要安裝排流緩解設(shè)施[13]。

3)B段管道受高壓交流輸電線的干擾范圍廣,從 K 0839 號樁～K 0873號樁,長度超過10 km,管道沿線大部分地段的土壤電阻率較高,很多地段的土壤電阻率超過100 Ω·m,根據(jù)交流干擾電流密度計(jì)算結(jié)果可以看出B段管道所受交流干擾程度比A段管道受干擾程度小,其中僅有K 0851和K 0859測試樁交流電流密度超過100 A/m2,不滿足GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的安全要求,需要安裝排流緩解設(shè)施[14]。

3 交流干擾防護(hù)措施

管道遭受嚴(yán)重的交流雜散電流干擾后,亟需解決的問題就是交流雜散干擾電流的排流和緩解。交流雜散干擾電流排流緩解技術(shù)的相關(guān)研究已有近30年的歷史[15]。目前國內(nèi)外常用的交流緩解措施主要包括增大管道與干擾源之間距離、集中接地、安裝排流井及緩解線等[16]。其中,交流排流裝置和緩解線相結(jié)合的方法由于具有施工方便、排流效果顯著的特點(diǎn),得到了國內(nèi)外同行的一致肯定,獲得了大量推廣應(yīng)用[17],也是目前使用最廣泛的交流雜散干擾電流排流方法。該種措施是在管道和高壓電線之間,與管道平行敷設(shè)緩解線,緩解線通過交流排流裝置與管道相連接。排流井也是采用緩解線和交流排流裝置相結(jié)合的方式,這種方式特別適合于西南山地管道,因?yàn)槲髂仙降赜蜌夤艿姥鼐€坡高山陡,林密水深,溝壑縱橫,沿管道平行敷設(shè)緩解線存在很多困難,不易實(shí)施,采用將緩解線豎直安裝在排流井中,緩解線另一端通過交流排流裝置與管道連接的方式,簡單方便,在受地形限制的山地管道上可大量推廣應(yīng)用[18]。

3.1 A段管道排流設(shè)施安裝

A段管道長度約5 km,管道上的最高干擾電壓16.05 V,該段管道設(shè)置排流設(shè)施2處,分別位于K 0607和K 0610號樁處。兩處排流地點(diǎn)均位于半山坡位置,附近沒有連續(xù)地段適合敷設(shè)緩解線,只有根據(jù)現(xiàn)場情況安裝排流井。其中K 0607附近土壤電阻率約28.5 Ω·m,K 0610附近土壤電阻率約15.2 Ω·m,根據(jù)GB/T 21448-2017 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算后確定在K 0607附近安裝排流井3口,每口深度20.5 m,在K 0610附近安裝排流井2口,每口深度20.5 m,井口位置根據(jù)附近地形確定。每口井內(nèi)安裝排流緩解線20 m?，F(xiàn)場施工完成后,K 0607附近3口井并聯(lián)后接地電阻約1.8 Ω,K 0610附近2口井并聯(lián)后接地電阻約1.6 Ω。最后將排流井通過排流設(shè)施與管道進(jìn)行連接,安裝完成后測試管道上交流干擾電壓,詳細(xì)測試結(jié)果見表4。

表4 A段管道安裝排流設(shè)施后的交流干擾電壓測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

Tab.4 Test data statistics of AC interference voltage of A pipeline after installation of drainage facilities

序號管道名稱樁號位置管道上的交流干擾電壓/V1A段管道K 06071.82A段管道K 06082.03A段管道K 06092.14A段管道K 06102.05A段管道K 06112.06A段管道K 06122.5

根據(jù)表4所示測試情況,安裝排流井后,管道上交流干擾電壓均降至GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的4 V以下[19],最高交流干擾電壓約2.5 V,符合標(biāo)準(zhǔn)要求,證明A段管道所選用的排流方式的排流效果較好。

3.2 B段管道排流設(shè)施安裝

B段管道長度約34 km,管道上的最高干擾電壓14.32 V,該段管道中地理?xiàng)l件適合水平敷設(shè)緩解線的地段,就采取安裝緩解線加排流設(shè)施的方案進(jìn)行排流,地理?xiàng)l件不合適的位置還是采取A段管道所采取的排流井的排流方案進(jìn)行排流。

B段管道共設(shè)置排流設(shè)施10處,其中有2處采用安裝排流緩解線的方式進(jìn)行排流,分別位于K 0851到 K 0859 號樁附近的管道上,剩余8處全部采用排流井的排流方案進(jìn)行排流。B段管道的沿線土壤電阻率均較高,因此根據(jù)GB/T 21448-2017 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算后,為方便現(xiàn)場施工管理,確定采用排流井方式的8處排流點(diǎn),每處均設(shè)置排流井4口,每口深度20.5 m,間距大于10 m,井口位置根據(jù)排流點(diǎn)附近地形確定,最好采用“一”字型布置。每口井內(nèi)安裝排流緩解線20 m?，F(xiàn)場施工完成后,要求每口排流井的接地電阻低于4Ω。10處排流設(shè)施安裝完成后,對B段管道上的交流干擾電壓進(jìn)行了測試,測試結(jié)果見表5。

表5 B段管道安裝排流設(shè)施后的交流干擾電壓測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

Tab.5 Test data statistics of AC interference voltage of B pipeline after installation of drainage facilities

序號管道名稱樁號位置管道上的交流干擾電壓/V排流方式1B段管道K 08412.6排流井2B段管道K 08512.1緩解線3B段管道K 08533.2排流井4B段管道K 08553.4排流井5B段管道K 08582.9排流井6B段管道K 08593.0緩解線7B段管道K 08622.5排流井8B段管道K 08652.6排流井9B段管道K 08671.9排流井10B段管道K 08722.0排流井

根據(jù)表5所示測試情況,安裝排流設(shè)施后,B段管道上交流干擾電壓均降至GB/T 50698-2011 《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的4 V以下[20],最高交流干擾電壓約3.4 V,從排流效果上看,排流井和緩解線差別不大,都能將管道上的交流干擾電壓降至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論與建議

1)通過對西南山地油氣管道所受交流雜散電流干擾情況的測試分析可以看出，與管道并行的高壓交流輸電線路輸電電壓等級越高,并行距離越長,并行間距越小,管道受到的雜散電流干擾越嚴(yán)重。因此在今后的管道建設(shè)中一定要保證管道與高壓交流輸電線的間距,盡量不要與高壓交流輸電線路長距離平行敷設(shè)。

2)西南地區(qū)的山地油氣管道由于受地形條件限制,不易采取緩解線加排流裝置的方案排流時(shí),可采取排流井的方式排流。兩條管道的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用情況證明該種排流方案占地面積小,現(xiàn)場施工簡單可靠,安裝方便,排流效果好。當(dāng)一口排流井不能滿足排流效果時(shí),可設(shè)置多口排流井,多口排流井之間通過并聯(lián)進(jìn)行排流工作,可大大提高排流效果,保障管道的安全運(yùn)行。