保障油氣管道生產運行的雷電與靜電防護措施

汪華

摘要：油氣管道輸送介質是易燃、易爆的物質，管道輸送過程中一旦發生泄漏、管道腐蝕、地震、雷電等等，極易引發爆炸、火災等安全事故。特別是雷電、靜電，容易與管道中液體通過電解質作用產生腐蝕物質，腐蝕油氣管道，甚至是產生的交流電對人員造成危害，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運行中存在的電氣安全問題，分析了油氣管道應急保護的原理，探討了油氣管道安全的防護措施。旨在為管道儲運安全提供一些參考。

關鍵詞：油氣管道;雷電;靜電;危害;防護

引言：油氣資源是工業化、城鎮化發展中不可缺少的資源。隨著中國工業化、城鎮化的推進，對石油、天然氣等資源的消耗量也在不斷增長。為了滿足發展的需求，我國加大了對石油及天然氣產業的投資，加強了對油氣基礎設施設備的建設。在國家的大力支持下，國內的油氣產業獲得了快的發展。雖然近幾年我國油氣產業為國民經濟帶來了快速增長，擴大了我國油氣在全球油氣市場份額的占比，拉近了我國與發達國家油氣產值的距離，但國內的油氣管道事故的發生率仍舊居高不下，甚至是發達國家的數倍。研究油氣管道生產運行中雷電與靜電的防護對降低油氣管道帶來的人員傷亡和經濟損失有著重要的意義。

一、油氣管道生產運行中存在的電氣安全問題

油氣管道輸送的介質屬性決定了其在生活運行中所受的安全隱患較多。其中電氣隱患對油氣管道安全運行的影響較大。如雷電擊穿、靜電電廠放電。因油氣運輸管道較長，而場站、閥室多修建在空曠位置。場站內設備多為金屬材質，一方面易受雷擊，另一方面介質摩擦管壁易生產靜電，介質中一些物質受電解質作用易產生腐蝕物對造成管壁破損。在雷電與靜電的長期作用下，易加速油氣管網及設備的損壞，增加油氣管道生產運行中的安全隱患。當油氣管道發生泄漏后，就容易引起火災、爆炸、中毒等安全事故，造成人員傷亡和經濟損失。

目前，國內有大部分的油氣管道安全問題為站場電氣安全管理缺失所致。其問題主要變現在如下：（1）防雷、防靜電接地檢測不足;（2）電氣設備運行管理疏忽;（3）電氣表示不規范;（4）電氣防爆處理不到位;（5）電氣兩票管理不規范、形式化。

雷電、靜電的產生本身伴隨著熱效應、電效應及機械效應的生產。強雷擊甚至伴隨著高溫、高壓的產生。油氣管道中的介質本身易受高溫、高壓及電效應環境的影響。當發生較強的雷電，或形成較強的雷電場時，就極易引發火災、爆炸。油氣生產站場的設備、管道發生老化或接地不規范，發生管道介質，就會加劇站場的危險性，引發火災、爆炸或電擊等安全事故。此外，油氣站場的高壓區、低壓配電室等，本身屬于高危區域。缺乏規范的標識及管理制度，容易造成管理疏漏或管理不規范的問題，從而增加了生產站場的事故風險。

二、油氣管道陰極保護的原理

油氣管道的腐蝕屬于電化學腐蝕，它是由材料與環境共同作用的結果。金屬與電解質因電化學反應對關閉造成腐蝕性破壞。腐蝕的過程中就會有電流產生。由于不同金屬的存在電位差，當電解質溶液中同時出現兩種金屬時，原電池的陽極區發生腐蝕，持續輸出電子。另一種金屬離子則溶于電解質中，陽極區發生陰極反應。油氣管道內壁就表面發生電化學不均勻性，形成腐蝕原電池。電流通過導體與電解質形成電流回路。當兩種金屬間的電位差持續變大，電路產生的電壓就會持續增大。腐蝕電池形成后，陽極金屬表面開始持續失去電子，發生氧化反應，促使金屬原子轉化為正離子，合成以氫氧化物為主的化合物。陰極則持續從陽極得到電子，表面富集電子，發生還原反應，不會有腐蝕的發生。腐蝕過程見氧化反應見式1、還原反應見式2、式3。

根據油氣管道的腐蝕原理，我們就可以對油氣管道做陰極保護處理，來預防和控制油氣管道的腐蝕，提高油氣管道的安全性，預防雷電、靜電可能引發的爆炸、火災等安全事故。如選擇耐腐蝕材料、加強腐蝕環境的控制、選擇有效的防腐層、陰極保護、添加緩蝕劑等等。

三、油氣管道安全的防護措施

（一）雷電的防護措施

1.陰極保護

為油氣管道設計外加電流陰極保護系統。陰極保護系統包括被保護的管道、輔助陽極、直流電源及附屬設施。需要注意，為確保電源設備的可靠性，要求陰極保護設備功率與保護管道相匹配。常用電源有恒電位儀器、整流器、太陽能電池等。將保護電流動電源引入地下導電體，利用輔助陽極地床將保護電流送入土壤，再經過土壤流入被保護的油氣管道，來防止管道陽極發生化學腐蝕。設計陽極地床時應選擇高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極。鹽漬土、海濱土等酸根離子較高的環境，應選用鉻高硅鑄鐵陽極。高電阻環境應選擇鋼鐵陽極。覆蓋層較差的環境或油氣管網復雜的環境應采用柔性陽極。油污水與鹽水環境中除外。陽極電極應埋入地表下1-5米土層內。陰極保護系統設置好后必須做好投入前的運行調試，確保對油氣管道保護的有效性。運行測試在有電解質環境中，被保護管道必須全部通過電絕緣測試，且可以對管道進行持續的陰極保護。

2.防雷接地

防雷接地處理不當引發油氣管道爆炸及火災事故的主要原因之一。所有的油氣管道及油氣站場的設備均應按照相關的標準做好防雷接地設計與布置，以便將發生的自然雷電引入大地。防雷接地的材料應選擇質量較好的接地極材料，點位英語輔助養雞材料先近。此外，防雷接地的線路一定要與輔助陽極分開敷設。必要時需要通過增設電屏蔽或接地網來阻隔?；虿捎玫入娢豢缃觼眍A防線路之間互相影響引起的放電現象。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防電位差的增大，同時又能較快地將雷電引入大地，防止油氣管表面發生腐蝕問題。

（二）靜電的防護措施

1.控制靜電的產生

1.1適當降低油氣管道流速

降低油氣管內介質的流速可以有效地減少摩擦力的產生，同時也能預防摩擦過程中靜電荷的產生。油氣管道最佳流速的設定可以通過下式4計算。

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

1.2控制油面空間可燃性氣體

油氣產品具有揮發性，揮發在空氣中的混合型氣體具有可燃性，遇到電火花或雷電時易引發火災或爆炸。因此，要采取有效措施加強對空氣中可燃性混合提起的控制。如設置通風裝置改善通風條件。

1.3做好水、原油與空氣混合的預防

當油氣管道內介質的含水量較高時，管內介質與管壁的摩擦力就會加大，更容易刺激靜電的產生。因此，要加強對油氣管內介質含水量的控制，盡量避免水、空氣與油氣混合。清洗油氣管道或儲運設施設備時，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，建議做好電位差的監測，以便于發生異常時能夠及時發現并解決問題。

1.4控制人身靜電

人身靜電雖然產生的量較少，但在可燃性混合氣體環境中危險性還是較高。人員在巡檢、維護或定期檢查油氣管道，或生產作業活動時，應避免穿著尼龍纖維材質的衣服。進入作業區活動室，所有人員必須穿著防靜電服或專用的棉布工服、鞋帽等裝備，做好人體靜電消除。

2.導走靜電

靜電集聚到電流較大時，也會造成管線陰極腐蝕。對該種問題，可以采取接地處理、靜電跨接的方式導走靜電。將利用陰極保護的金屬導向將油氣管道與大地連通，或將金屬設備與油氣管道之間進行跨接，使其形成等電位差，降低電阻。如此，在發生油氣管道靜電時，就及時地將靜電通過大地引走，靜電集聚造成的電火花及管道腐蝕問題。接地跨接要求設置在油氣管道的近戶、管道彎道、管道分插、管道分徑等位置。直管應每間隔100-200米做一次靜電接地，直管或室內管道不可跨接。

四、結語

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，給油氣管道的生產運行帶來了極大的安全隱患。為了提高油氣管道生產運行中的安全，降低人員傷亡及經濟損失，建議加強對油氣管道電氣設備的安全管理，制定嚴格的管理制度，加強日常巡檢和定期維護檢修。一方面要預防管道腐蝕等破損造成的泄漏，另一方面要預防油氣管道靜電的產生與管道周邊、站場內的防雷電接地處理。雷電防護可以通過陰極保護和防雷接地處理實現。靜電防護可以通過控制靜電產生、導走靜電的方式實現。

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