氣田安全動火防護技術的分析

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，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，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：氣田;安全動火;防護技術

引言：工業動火電焊操作中，如果雜散電流大于安全數值，同時沒有進行合理防護，便會導致出現爆炸、燃燒和著火等問題，從而增加企業的額外損失。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，為實現安全生產提供可靠保障。

1、工程概況

在蘇里格氣田相關開發模式影響下干管上井數量逐漸增加，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，便會導致出現爆炸、燃燒以及著火等問題，從而使企業遭受無法挽回的損失[1]。

當下，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，相關電焊電流除了通過管道流通之外，同時還會經過管道泄漏到大地表面，于大地內流經多個回路重新返回電源系統內部，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律、流通規模、電流大小以及電流分布進行分析，從而針對潛在的風險隱患，以及容易引發的易燃易爆物質提出有效的防護措施，進行科學的風險評價工作，如果動火施工距離超出安全距離，則針對氣井無需設置開井口，進一步減輕員工作業風險與勞動強度，從而為供氣的穩定性和安全生產提供安全保障。

2、雜散電流影響分析

2.1測試方法

結合蘇里格氣田相關生產工藝特征以及技術研究，發現動火施工中的雜散電流主要能夠產生以下幾種影響，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值等。通過對相關影響因素實施科學測試，總結雜散電流的發展規律。

測量土壤電阻率數值中，通常選擇正方體1立方米的土壤電阻值當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假設為0，而相關計算公式如下：

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，對電壓表中的數值進行讀取，并將其當成參比電極中的自然電壓，為V1，而在焊接操作中，繼續讀取電壓值，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。針對土壤中的相關電位梯度實施測量操作中，可以在土壤內插入兩個參比電極，隨后對電極之間相關電位差進行準確測量，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線，連接相關元器件。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，隨后按照接線設計，和管道某條直線垂直，設置電極。接地電阻測試中需要聯系實際管道應用型號，查找相關行業標準，結合具體計算公式，計算管道電阻。

2.2現場測試

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節進行有效隔離。管地電位和位置變化的對應狀況，相同點實施動火操作中，不同焊接方式，管道不同區域的管地電位實際變化狀態如下：管道動火操作中，所形成的雜散電流會促進管道電位出現位移現象，同時于焊點周圍的管地電位便宜是最大值，隨著和電焊區域之間的距離不斷擴大，則管地電位便宜數值也相繼降低。

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變化，通過現場測試發現，針對管道實施動火操作中，管道內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生突然增大現象。除此之外，土壤內相關電位梯度在和管道間隔持續擴大條件下，相繼縮減。管地電位可以將管道內部電流狀態變化準確反映出來，相關波動規律符合具體的仿真分析結果[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，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確估算。

電焊動火操作中，在焊點穩定下來后，電流變化也會相繼減小，從而等效成電流源。按照相關規范分析，天然氣相關引燃操作中的電流標準最低是200毫安，主要經過天然氣管道中的電流數值低于200毫安，便不會出現天然氣引爆風險。按照天然氣管道相關動火電焊施工中所形成的雜散電流對應的等效電路分析，可以通過網孔法以及節點電壓法書寫方程，繼而推導出動火電焊施工中，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。結合天然氣危險性以及現場施工復雜性，需要確保在最為惡劣條件下得出該段距離最高值。聯系相關仿真分析內容，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。集氣罐內電阻值越低，則雜散電流值越高。集氣管某側管道中的過渡電阻值越低，則流經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。集氣罐中的對地電阻數值是0，集氣罐某側管道對地過渡電阻無窮大，某側管道對地過渡電阻是0。可以針對天然氣管道相關動火電焊中的雜散電流對應等效電路實施簡化，變成電路圖。以天然氣相關電流安全值200毫安為例，將動火電焊管道焊接電流設為180安，主回路取10或5米，管道內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下，管道內部電流降低至200毫安。按照焊機主回路距離以及輸出電流、安全距離關系，實施擬合，能夠得到焊接安全距離預測結果。

4、研究結果分析

通過現場實施理論計算測試結果發現，測試最終結果和計算結果大致相同，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，但相關誤差基本能夠控制在精度范圍之內。動火電焊所在區域相對分散，同時動火時間較短，在相同測試區域內所得數據較少，為此可以于現場中急需開展試驗，證明理論研究準確性，隨后聯系測試結果，開展建標工作，如果現場距離超出安全距離，則無需實施卡開作業，有效降低員工勞動強度[3]。

結語：

綜上所述，在氣田經過長期開采后，其中的輸送管道經常會出現老化問題，甚至已經進入維修期與報廢期。相關改造項目逐漸增加，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.輸油管道不停產不動火修復機理研究[J].設備管理與維修，2020（05）：29-31.

[2]王巍，吳寅虎.管道動火作業用黃油墻配比及封堵技術參數研究[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（21）：255-256.

[3]王帥.站場動火作業中內漏氣體隔離措施[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（20）：138-139.