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絕緣墊片與絕緣材料在城鎮燃氣管道中的應用
編輯:山西索曼科技有限公司   時間:2017-06-17

絕緣墊片與絕緣材料在城鎮燃氣管道中的應用

1 概述

在城鎮燃氣埋地鋼質管道的陰極保護係統中,為保證燃氣管道的陰極保護效果,避免保護電流流失,在受陰極保護的埋地管道與未保護的管道之間設置電絕緣裝置十分必要。城鎮燃氣管道中常用的電絕緣裝置包括絕緣法蘭和絕緣接頭兩種。本文對這兩種絕緣裝置進行剖析,並重點對絕緣接頭的選用進行探討。

2 絕緣法蘭與絕緣接頭

2.1 絕緣法蘭

絕緣法蘭是在兩片平麵法蘭間加入絕緣墊片以實現電絕緣性能的法蘭接頭,它由一對鋼製平麵法蘭、絕緣墊片、絕緣緊固件、絕緣密封圈以及與兩片法蘭分別相焊的鋼質短管組成。絕緣法蘭主要用於架空燃氣管道中,在埋地管道的閥門井中也有應用,設置在截斷閥的兩側。其主要作用是將燃氣輸配管道的管段間、設備與管道間相互絕緣隔離。絕緣法蘭是早期城鎮燃氣陰極保護係統中主要的電絕緣裝置。

絕緣法蘭在使用過程中,存在如下不足:

①絕緣法蘭的絕緣點較多,一旦某一處絕緣失效,整個絕緣法蘭就導通,失去絕緣作用。

②絕緣法蘭安裝時要求現場清潔,環境幹燥[1],否則,法蘭間進入水等導電介質,將使其絕緣性能下降。

③絕緣法蘭的絕緣電阻隨時間延長而下降。

絕緣法蘭受到上述條件的限製,影響到其電絕緣效果,在城鎮燃氣輸配係統中,絕緣法蘭逐漸被絕緣性能更好的絕緣接頭取代。

2.2 絕緣接頭

絕緣接頭是根據絕緣法蘭在使用中存在的問題進行改進的換代產品,相對絕緣法蘭的缺陷,絕緣接頭的優勢十分明顯。它不受工作環境影響,可架空或埋地,且絕緣效果好。現在已經開發出具有防爆、防雷擊的絕緣接頭,以避免雷擊及靜電積聚所造成的電絕緣失效,絕緣接頭在城鎮燃氣的陰極保護中得到廣泛應用。

絕緣接頭的種類繁多,在實際工程項目中,最常用的是整體型絕緣接頭。它由以下幾部分組成:連接短管、左右法蘭、聯接套、絕緣墊片、U型密封環、絕緣填料(常用環氧樹脂)等(見圖l)。絕緣接頭組裝時,絕緣接頭的左右法蘭分別與兩側相應的連接短管焊接,用聯接套將U型密封環、絕緣墊片、絕緣填料等材料封裝起來,然後對聯接套整體擠壓並與右法蘭焊接,聯接套與左法蘭的連接短管處用密封膠密封,通過聯接套的封裝,不僅保證了絕緣接頭的良好絕緣效果,也提高了絕緣接頭的承壓能力。


 

3 絕緣接頭的安裝位置

絕緣接頭的安裝位置很重要,如果位置選擇不合理,不僅無法實現電隔離,保護管道,而且還可能影響管道的安全運行。

按照GB/T 21447—2008《鋼質管道外腐蝕控製規範》的要求,在埋地管道的下列位置應設置絕緣接頭:

①管道與其他設施所有權的分界處;

②有陰極保護和無陰極保護的分界處;

③有防腐層的管道與裸管道的連接處;

④有接地的閥門;

⑤大型穿、跨越段管道有接地時,穿、跨越段的兩側。

對於上述絕緣接頭的安裝位置要求,筆者認為,要根據具體情況區別對待。

3.1 放散管及排汙管上絕緣接頭的設置

目前,城鎮燃氣廠站內一般在工藝區設置集中放散管,通過埋地放散管將工藝裝置的放散氣體引至集中放散管進行放散。另外,在工藝區還設有排汙池,通過埋地排汙管將工藝裝置排出的生產廢液輸送至排汙池集中處理。

通常工藝區的埋地管道除外防腐外,還需進行陰極保護,而地上設備以及管道僅進行外防腐。為防止地上管道或設備遭受雷擊或靜電積聚,地上管道或設備之間的法蘭通常用導線跨接,然後利用防雷防靜電接地極接地。按照規定,對於受陰極保護的埋地管道,為避免陰極保護電流流失,工藝區的架空管道與埋地管道間需進行電隔離。然而,燃氣廠站工藝裝置內放散點較多,如果工藝區的架空管道與埋地放散管連接處均設置絕緣接頭,不僅造成造價增加,也存在安全隱患。這是因為,在燃氣廠站氣體高速放散過程中,在管道出入地麵處會發生強烈振動,絕緣接頭在這種工況下工作,有可能發生強度疲勞,絕緣接頭密封處有可能發生泄漏。目前,燃氣廠站工藝區架空管道與相應的埋地放散管及排汙管連接處通常不設置絕緣接頭。在對這部分埋地管道進行陰極保護時,應設置陰極保護測試樁,加強對埋地管道陰極保護性能的監測。在集中放散管附近,雖然埋地放散管道上設置絕緣接頭,不過在絕緣接頭的上遊一般都設置錨固墩對管道進行固定,避免絕緣接頭受到強烈振動而破壞其內部的密封性能。

3.2 進出站埋地管道上絕緣接頭的設置

在進出燃氣廠站的埋地工藝管道上應設置絕緣接頭。這是因為廠站內外埋地工藝管道大多采用不同的陰極保護係統形式。如站外埋地管道采用強製電流陰極保護,而站內埋地工藝管道通常采用犧牲陽極保護,對於受兩種不同陰極保護的埋地工藝管道應當用絕緣接頭將其電隔離,一般絕緣接頭設置在廠站圍牆外2m處。如果廠站內外埋地工藝管道陰極保護形式相同,且站外管道與站內工程同時施工,站內工藝區至圍牆之間的埋地工藝管道(架空管和排汙管除外)可利用站外工藝管道的陰極保護係統進行保護,不一定在站外設置絕緣接頭。可將絕緣接頭設置在站內工藝區的架空工藝管道與埋地工藝管道連接處附近。

3.3 工藝裝置區絕緣接頭的設置

在城鎮燃氣廠站中,工藝區的工藝設備通常采用整體橇裝形式,很多設備商都將絕緣接頭集成在橇內,絕緣接頭設置在橇座的進出口管道上,通過法蘭與上下遊管道連接。

筆者認為,絕緣接頭采用架空安裝雖然簡單、安裝方便,但也有不足之處。在廠站安裝絕緣接頭時,需結合廠站的防雷防靜電係統統一考慮。否則,不但無法實現陰極保護的電隔離,還可能給管道安全運行帶來隱患。如果防雷防靜電接地線距離燃氣管道太近,如小於電氣反擊的最小間距(一般為3~5m),當雷擊發生時,防雷的接地裝置會引起高電位,對鄰近的埋地鋼質管道放電,形成接地線A點與燃氣管道上8點的電氣反擊(見圖2) [2],輕則造成管道防腐層破損,重則使管道燒穿,引起燃氣泄漏,釀成燃氣事故。筆者認為,解決的辦法是將絕緣接頭埋地設置,並遠離防雷防靜電接地極(通常間距不小於5m)。很多廠站設計時,將絕緣接頭設置在圍牆外約2m處。


 

3.4 閥門井處絕緣接頭的設置

在埋地管道的截斷閥兩側通常也設置絕緣接頭,將管道與閥門電氣隔離。這主要是以前製造的閥門絕緣性不高,無法實現對地絕緣,為避免陰極保護電流流失才在閥門兩側設置絕緣接頭。另外,早期的很多閥門材質為鑄鐵,與埋地燃氣管道材質不同,通過設置絕緣接頭將不同材質的管道與閥門隔開。然而,隨著閥門製造技術的進步,閥門的絕緣防腐水平不斷得到提高,閥門內外通過用環氧樹脂靜電粉末噴塗處理,閥門的防腐和對地絕緣性能得到大幅提高,已經實現直埋安裝。同時,現在閥門與管道之間的材料匹配性已經解決,實現了直接焊接。筆者認為,對於直埋式管道截斷閥,如果選用的閥門實現了對地電絕緣,同時閥門材質與相連接的管道材質相同,可以取消埋地閥門兩側設置的絕緣接頭,不僅降低造價,也減少燃氣泄漏點。

對於無法實現對地絕緣的直埋式截斷閥,閥門材料與管道材料不匹配的直埋式截斷閥以及法蘭式截斷閥,筆者認為應在閥門兩側配置絕緣接頭或者絕緣法蘭,然後用導線將閥門兩側的管道跨接,對管道進行統一的陰極保護,而閥門隻進行外防腐,不進行陰極保護。

4 絕緣接頭的防雷保護

在絕緣接頭對管道進行電隔離時,也受到來自與之相接的地上管道或設備的不利影響。主要是雷電發生時,通過管道傳遞至絕緣接頭的瞬時高壓電流。雖然絕緣接頭在製造時,已經進行了2.5kV的絕緣耐壓試驗,但雷擊時在絕緣接頭上產生的過電壓可能超出試驗值而損壞絕緣接頭。根據規範要求,還應對絕緣接頭進行防雷擊過電壓保護。

目前城鎮燃氣係統中,絕緣接頭的防雷擊過電壓保護產品主要有鋅接地電池、電火花間隙。

鋅接地電池由一對純鋅棒組成,兩支鋅棒之間用絕緣墊隔開,然後安裝在有填料包(填料主要成分為石膏粉、膨潤土和工業硫酸鈉等)的棉布袋中,通過電纜焊接在絕緣接頭的兩側,以防止雷擊產生的過電壓對絕緣接頭造成的破壞。無論地上架空安裝的絕緣接頭還是埋地絕緣接頭,均可用鋅接地電池進行保護。鋅接地電池填料包通常豎直埋設在絕緣接頭附近,其中心與絕緣接頭外壁的垂直距離一般為3m左右,其頂部埋深不小於1m。鋅接地電池安裝方便,運行可靠,是絕緣接頭過電壓保護應用最廣的產品。

電火花間隙也是一種常用的絕緣接頭過電壓保護裝置。可有效防護直擊雷和感應過電壓對絕緣接頭的損壞,並具有啟動電壓高,導通後電壓低等特點。工頻導通電壓為1000V,當沒有過電壓發生時不動作。當有雷擊導致絕緣接頭兩側有過電壓發生時,電火花間隙可在瞬間響應,放電間隙被擊穿,將過電壓限製在50V之內,保護絕緣接頭不受過電壓擊穿。電火花間隙隻能用於地上架空管道,固定安裝在絕緣接頭旁,它通過導線跨接在絕緣接頭的兩端。對於埋地安裝的絕緣接頭防過電壓保護,一般選用鋅接地電池。

5 絕緣接頭壓力等級的選擇

根據SY/T 0516—2008《絕緣接頭和絕緣法蘭技術規範》,絕緣接頭在工廠應完成水壓試壓,水壓試驗持續時間不小於30min。而城鎮燃氣廠站工程的施工一般執行GB 50540—2009《石油天然氣站內工藝管道工程施工規範》,該規範中對管道的強度試驗要求持續時間為4h。絕緣接頭是否在項目現場同管道一起進行水壓試驗,規範尚無明確規定。但在實際項目中,有些業主提出絕緣接頭要與站內管道一起進行水壓試驗。如果絕緣接頭的設計壓力與管道設計壓力相同,在與管道一起進行水壓試驗時,其耐壓試驗時間將提高到4h,超出了絕緣接頭出廠的水壓試驗耐壓持續時間,將影響到絕緣接頭的耐壓可靠性。為此,絕緣接頭選型時,筆者建議將絕緣接頭的壓力等級比管道設計壓力高一個壓力等級,這樣比較合理。

6 結語

絕緣接頭是城鎮燃氣陰極保護係統中的重要設備,其安裝位置應根據實際情況靈活設置。另外,絕緣接頭的防雷保護以及壓力等級的選取也很重要,直接關係到燃氣係統的安全運行。


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