氣田安全動火防護技術(shù)的分析

王洋

摘要：文章主要以長慶油田蘇里格氣田為例，介紹了氣田安全動火的防護技術(shù)，先簡單介紹了工程概況，隨后介紹了雜散電流的影響，最后進行了理論建模，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：氣田;安全動火;防護技術(shù)

引言：工業(yè)動火電焊操作中，如果雜散電流大于安全數(shù)值，同時沒有進行合理防護，便會導(dǎo)致出現(xiàn)爆炸、燃燒和著火等問題，從而增加企業(yè)的額外損失。此次項目選擇在黃土地表、沙漠條件下，動火點焊中的各種危險因素，并提出有效的防護措施，為實現(xiàn)安全生產(chǎn)提供可靠保障。

1、工程概況

在蘇里格氣田相關(guān)開發(fā)模式影響下干管上井?dāng)?shù)量逐漸增加，針對輸送管線實施動火操作中，除了需要進行氣體置換之外，同時還需要開卡氣井，存在較大的風(fēng)險隱患，同時比較耗時耗力。動火操作在蘇里格氣田施工中是一項十分危險的操作，工業(yè)動火點焊中，如果所采用的雜散電流大于安全值接線，即電位差超出0.7伏，同時沒有進行有效的防護，便會導(dǎo)致出現(xiàn)爆炸、燃燒以及著火等問題，從而使企業(yè)遭受無法挽回的損失[1]。

當(dāng)下，蘇里格氣田中主要是通過點焊方法開展動火施工。電焊施工中，相關(guān)電焊電流除了通過管道流通之外，同時還會經(jīng)過管道泄漏到大地表面，于大地內(nèi)流經(jīng)多個回路重新返回電源系統(tǒng)內(nèi)部，該部分泄漏在外的電流便是雜散電流。此次主要針對黃土和沙漠條件下的動火電焊施工中，雜散電流在管道中的流通規(guī)律、流通規(guī)模、電流大小以及電流分布進行分析，從而針對潛在的風(fēng)險隱患，以及容易引發(fā)的易燃易爆物質(zhì)提出有效的防護措施，進行科學(xué)的風(fēng)險評價工作，如果動火施工距離超出安全距離，則針對氣井無需設(shè)置開井口，進一步減輕員工作業(yè)風(fēng)險與勞動強度，從而為供氣的穩(wěn)定性和安全生產(chǎn)提供安全保障。

2、雜散電流影響分析

2.1測試方法

結(jié)合蘇里格氣田相關(guān)生產(chǎn)工藝特征以及技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)動火施工中的雜散電流主要能夠產(chǎn)生以下幾種影響，分別是管道電阻、土壤電位層次、土壤電阻水平、電焊機的接地電阻和管位電阻數(shù)值等。通過對相關(guān)影響因素實施科學(xué)測試，總結(jié)雜散電流的發(fā)展規(guī)律。

測量土壤電阻率數(shù)值中，通常選擇正方體1立方米的土壤電阻值當(dāng)成測量土壤的代表電阻率，單位是歐姆，電阻率為p。在測量電極深入地層中的深度低于0.2a條件下，則可以將深度b假設(shè)為0，而相關(guān)計算公式如下：

P=2πaR

其中p是土壤的電阻率，而a為測量的電極間距，R則是被測電阻。

對管地電位進行測量工作中，管地電位測試中的相關(guān)等效電路主要是通過測試樁將線接電壓表正負極引出，和參比電極連接。通過參比電極提供有效的參考電位。尚未實施焊接施工前，對電壓表中的數(shù)值進行讀取，并將其當(dāng)成參比電極中的自然電壓，為V1，而在焊接操作中，繼續(xù)讀取電壓值，作為V0，該種條件下的電壓表中顯示電壓涵蓋參比電極自然電位，即V1，以及土壤IR壓降和V管道極化電壓，所以管道計劃電壓V計算公式如下：

V=V0-V1-IR

因為土壤中的壓降程度相對較小，基本可以忽略不計，所以管道計劃電壓是V=V0-V1。針對土壤中的相關(guān)電位梯度實施測量操作中，可以在土壤內(nèi)插入兩個參比電極，隨后對電極之間相關(guān)電位差進行準(zhǔn)確測量，和兩點距離相除，最終得到土壤的電位梯度，主要可以通過下列公式進行表述：

在上述公式中主要是電位梯度，而則是電位差，L是兩點之間的距離。Abcd是四個飽和硫酸銅參比電極，而AB是電壓表，通過銅芯塑料軟線作為導(dǎo)線，連接相關(guān)元器件。測試接地電阻過程中，該方法適合對角線低于8米長度的鋅帶或犧牲陽極組。開始測量前，需要率先斷開管道和犧牲陽極，隨后按照接線設(shè)計，和管道某條直線垂直，設(shè)置電極。接地電阻測試中需要聯(lián)系實際管道應(yīng)用型號，查找相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合具體計算公式，計算管道電阻。

2.2現(xiàn)場測試

測試點描述中，需要針對地面管線實施動火連接，開展動火操作前，針對卡開干管的進展閥中上游法蘭實施盲板封堵，將下游法蘭卡開，同時利用石棉板針對各個卡開環(huán)節(jié)進行有效隔離。管地電位和位置變化的對應(yīng)狀況，相同點實施動火操作中，不同焊接方式，管道不同區(qū)域的管地電位實際變化狀態(tài)如下：管道動火操作中，所形成的雜散電流會促進管道電位出現(xiàn)位移現(xiàn)象，同時于焊點周圍的管地電位便宜是最大值，隨著和電焊區(qū)域之間的距離不斷擴大，則管地電位便宜數(shù)值也相繼降低。

電位梯度跟隨位置實時變化形勢如下：在相同點實施動火施工中，不同焊接方式下，管道周圍的電位梯度實際方向會隨著位置變動而出現(xiàn)變化，通過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，針對管道實施動火操作中，管道內(nèi)部雜散電流會逐漸朝著附近土壤中滲透流失，從而使土壤中的電位梯度發(fā)生突然增大現(xiàn)象。除此之外，土壤內(nèi)相關(guān)電位梯度在和管道間隔持續(xù)擴大條件下，相繼縮減。管地電位可以將管道內(nèi)部電流狀態(tài)變化準(zhǔn)確反映出來，相關(guān)波動規(guī)律符合具體的仿真分析結(jié)果[2]。

3、理論建模

動火實踐操作中，假如能夠明確動火操作的有效安全防護距離，不但能夠減輕工作負擔(dān)，降低工作量，還能夠提高施工效率。下面主要針對動作施工中的安全距離進行準(zhǔn)確估算。

電焊動火操作中，在焊點穩(wěn)定下來后，電流變化也會相繼減小，從而等效成電流源。按照相關(guān)規(guī)范分析，天然氣相關(guān)引燃操作中的電流標(biāo)準(zhǔn)最低是200毫安，主要經(jīng)過天然氣管道中的電流數(shù)值低于200毫安，便不會出現(xiàn)天然氣引爆風(fēng)險。按照天然氣管道相關(guān)動火電焊施工中所形成的雜散電流對應(yīng)的等效電路分析，可以通過網(wǎng)孔法以及節(jié)點電壓法書寫方程，繼而推導(dǎo)出動火電焊施工中，和動火點之間的安全距離，在多遠距離條件下，才能使電流進一步減少到200毫安，該段安全距離也可以叫做動火電焊施工中的管道安全距離。結(jié)合天然氣危險性以及現(xiàn)場施工復(fù)雜性，需要確保在最為惡劣條件下得出該段距離最高值。聯(lián)系相關(guān)仿真分析內(nèi)容，管道中如果存在較高的過渡電阻，則雜散電流的散射范圍越遠。集氣罐內(nèi)電阻值越低，則雜散電流值越高。集氣管某側(cè)管道中的過渡電阻值越低，則流經(jīng)集氣罐中的電流值越高。為了能夠獲得一種安全距離，可以進行下列假設(shè)。集氣罐中的對地電阻數(shù)值是0，集氣罐某側(cè)管道對地過渡電阻無窮大，某側(cè)管道對地過渡電阻是0?？梢葬槍μ烊粴夤艿老嚓P(guān)動火電焊中的雜散電流對應(yīng)等效電路實施簡化，變成電路圖。以天然氣相關(guān)電流安全值200毫安為例，將動火電焊管道焊接電流設(shè)為180安，主回路取10或5米，管道內(nèi)部電流隨著長度變化，和電焊點之間處于8.9到4.55千米的間隔狀態(tài)下，管道內(nèi)部電流降低至200毫安。按照焊機主回路距離以及輸出電流、安全距離關(guān)系，實施擬合，能夠得到焊接安全距離預(yù)測結(jié)果。

4、研究結(jié)果分析

通過現(xiàn)場實施理論計算測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，測試最終結(jié)果和計算結(jié)果大致相同，其中存在細微誤差，有可能隨后因為連接線壓降以及電阻控制等因素所影響，但相關(guān)誤差基本能夠控制在精度范圍之內(nèi)。動火電焊所在區(qū)域相對分散，同時動火時間較短，在相同測試區(qū)域內(nèi)所得數(shù)據(jù)較少，為此可以于現(xiàn)場中急需開展試驗，證明理論研究準(zhǔn)確性，隨后聯(lián)系測試結(jié)果，開展建標(biāo)工作，如果現(xiàn)場距離超出安全距離，則無需實施卡開作業(yè)，有效降低員工勞動強度[3]。

結(jié)語：

綜上所述，在氣田經(jīng)過長期開采后，其中的輸送管道經(jīng)常會出現(xiàn)老化問題，甚至已經(jīng)進入維修期與報廢期。相關(guān)改造項目逐漸增加，其中不可避免會涉及管線動火施工等操作，帶來較大的安全隱患，為此需要針對安全動火施工進行系統(tǒng)研究，形成有效的防護措施，提高動火施工的安全性。

參考文獻：

[1]毛仲強，張金星.輸油管道不停產(chǎn)不動火修復(fù)機理研究[J].設(shè)備管理與維修，2020（05）：29-31.

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[3]王帥.站場動火作業(yè)中內(nèi)漏氣體隔離措施[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（20）：138-139.