輸氣管道的防雷裝置的製作方法

2023-10-29 17:34:07 1

專利名稱：輸氣管道的防雷裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油天然氣輸氣管道的防雷專用設施，是一種採用兩級雷電洩放系統，實現輸氣管道防雷的裝置，即採用浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道，實現輸氣管道陰極保護並防雷的綜合效果。
背景技術：
目前，石油行業在雷電的防治上，特別是金屬儲油罐的雷電防護技術上已取得了一定的成果。管道行業也研製出具有防雷功效的犧牲陽極以及防雷電池等雷電防護裝置。這些裝置從原理上總的來講，都是採取接地或電氣連通的方法，提供適當的電荷消散手段，以消除或降低雷電的危害。
某輸氣管道在秋季投產，直到第二年的雷雨季節才全面暴露出雷電對輸氣管道的嚴重危害。因此，管道防雷措施在施工上仍然具有一定的難度。主要原因是，三層PE管道實現陰極保護所需的保護電流密度極低，防雷電池安裝數量少將起不到應有的作用；如果大量安裝防雷電池，又很可能造成對最大保護電位的鉗制，使得保護電位無法調節。同時，直接接地存在的缺陷是由於直接接地的存在，地面電荷能夠迅速向管道集結，使管道成為電荷集中的中心，而管道易受到雷傷害。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種輸氣管道的防雷裝置，採用雷電洩放系統的浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道，實現輸氣管道的綜合防雷。克服現有防雷技術，防雷電池安裝數量少防雷效果差；安裝防雷電池多，造成對最大保護電位的鉗制，保護電位無法調節的缺點。克服直接接地，地面電荷能夠迅速向管道集結，管道容易受到雷傷害的不足。
根據輸氣管道的特點，較為理想的雷電保護裝置應至少具有以下三種功能(1)阻隔大地感應電荷；(2)具有合適的電荷消散通路；(3)具有持續的小電流消散通道，即具有緩衝放電的功能。
本實用新型採用的技術方案是採用兩級雷電洩放系統在輸氣管道每隔50-200公裡設一個管道陰保站。在管道陰保站的站內工藝管網兩端與幹線管道之間分別有管道絕緣接頭。在進站幹線管道和出站幹線管道上分別安裝有雷電防護裝置。在站場幹線管道上安裝有雷電防護裝置。其特徵在於雷電防護裝置是由浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道串聯，並跨接在幹線管道和大地之間。
在輸氣管道每隔50-200公裡設一個管道陰保站。在管道陰保站的站內工藝管網兩端與幹線管道之間分別有管道絕緣接頭，使管道陰保站內工藝管網與進、出站幹線管道之間絕緣。在進站幹線管道和出站幹線管道上分別安裝有雷電防護裝置。即雷電防護裝置安裝在陰保站的進站之前和出站之後的幹線管道上。在站場幹線管道上安裝有雷電防護裝置。雷電防護裝置是由浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道組成。雷電防護裝置跨接在幹線管道和地之間。幹線管道上超過其電壓閾值的各種電流便會通過它洩放到大地，從而使幹線管道以及與之電連通的設施、設備免受高電壓、大電流的衝擊，同時又能使管道上的正常陰極保護工作的電流、電壓、電位得到保留。
所述的浪湧吸收型通流避雷器結構是有3個壓敏電阻並聯連接，一端連接管道；雷電計數器與另一個壓敏電阻串聯後與3個壓敏電阻相併聯，壓敏電阻一端連接在幹線管道上；電火花溶解池與雷電計數器並聯。當管道上的感應電壓達到某一個閾值時，持續通道自動開通，主動洩放電荷，保持管道上感應電荷的低水平。這種裝置的主要元件是以氧化鋅為主的金屬氧化物壓敏電阻、電解質限流系統和絕緣間隙。幾個壓敏電阻一起構成梯度放電通道，它們具有很好的非線性，即在一定的電壓下(一般是3v-5v)，洩漏電流可以小於1mA；而一旦超出了這個電壓範圍，它的電阻就會降到很小，使電流迅速流過，電壓迅速降低到工作電壓。電解質限流系統可以使感應電流以一定的速度洩放，避免了瞬間大電流放電可能產生的危害。同時，該裝置具有極高的絕緣性能，感應電荷無法通過它被引入管道，而管道上通過其它途徑被引入的電荷，在達到一定閾值時便可通過該通道引入地下。
所述的PN結正向壓降複合型洩放通道結構是所述的PN結正向壓降複合型洩放通道結構是兩個二極體反向並聯，串接在浪湧吸收型通流避雷器和大地之間。
所述的電火花溶解池的結構是在容器內裝有飽和氯化鈉溶液，在飽和氯化鈉溶液內有兩組石墨電極，兩組石墨電極的距離在10-50毫米之間，石墨電極上連接有導線。
本實用新型的有益效果電解質限流系統可以使感應電流以一定的速度洩放，避免了瞬間大電流放電可能產生的危害。同時，該裝置具有極高的絕緣性能，感應電荷無法通過它被引入管道，而管道上通過其它途徑被引入的電荷，在達到一定閾值時便可通過該通道引入地下。
本實用新型的上述輸氣管道的防雷技術結構設計有較大的改進，實現輸氣管道防雷和陰極保護的綜合效果。該裝置具有極高的絕緣性能，感應電荷不能通過它被引入管道，而管道上通過其它途徑被引入的電荷，在達到一定閾值時便可通過該通道引入地下。克服了現有防雷技術防雷電池安裝數量少防雷效果差；電池多，對最大保護電位的鉗制，保護電位無法調節的缺點。克服直接接地，管道更易受到雷傷害的不足。本實用新型完全符合長距離輸氣管道的防雷需要，並產生了保護輸氣管道不受雷害實用的效果。是一項新穎、進步、實用的新設計。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。


附圖1為本實用新型線路結構示意圖。是實施例結構示意圖。
附圖2為本實用新型線路結構示意圖。是另一種接地結構示意圖。
圖中，1.站內工藝管網，2.絕緣接頭，3.幹線管道，4.壓敏電阻，5.壓敏電阻，6.壓敏電阻，7.壓敏電阻，8.雷電計數器，9.電火花溶解池，10.二極體。
具體實施方式
實施例參閱附圖1。
本實用新型曾在某輸氣管道隔50-200公裡設一個管道陰保站，共設10座帶RTU站場陰保站。在管道陰保站的站內工藝管網(1)兩端與幹線管道(3)之間分別有管道絕緣接頭(2)進行電絕緣。10座陰保站選用該值為2kA的雷電防護裝置各兩套。每一個陰保站安裝兩套雷電防護裝置，分別連接在陰保站的進站和出站的幹線管道(3)上。雷電防護裝置是由浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道串聯。由於每座陰保站進、出站均有足夠容量的陰極輸出電纜，站內又有接地電阻小於5Ω的安全接地。由於每座陰保站進、出站均有足夠容量的陰極輸出電纜，站內又有接地網電阻小於5Ω的安全接地可以利用，因此陰保站的雷電防護裝置安裝在陰保站兩側的陰極輸出電纜和陰保站內接地之間。浪湧吸收型通流避雷器結構是有3個壓敏電阻(4、5、6)並聯連接，一端連接幹線管道(3)。3個壓敏電阻(4、5、6)型號分別為MYL1-47/5，MYL1-56/5，MYL1-10-620。雷電計數器(8)與另一個壓敏電阻(7)串聯後與3個壓敏電阻(4、5、6)相併聯，壓敏電阻(7)一端連接在幹線管道(3)上。雷電計數器(8)型號為FK-1；與雷電計數器(8)串聯的壓敏電阻(7)型號為MYL1-56/5。電火花溶解池(9)與雷電計數器(8)並聯。
在安裝了第一級浪湧型通道避雷器後，幹線管道(3)及相關的設施設備都受到了保護。但是幹線管道(3)仍不時受到60伏以下的洩放剩餘電壓的影響，特別是在雷雨季節剩餘電壓影響幹線管道(3)的情況更加頻繁發生，當幹線管道(3)感應到負雷，管地電位可在瞬間超過恆電位儀的-1.5v設置，達到或超過管地電位表的滿量程-3v，此時，恆電位儀即使將保護電流降低為0也不能使管地電位正常，儀器呈誤差報警狀態。當幹線管道(3)感應正雷時，幹線管道(3)電位明顯向正電位偏移，管地電位可瞬間為0甚至為正，恆電位儀為維持設定的-1.5v的管地電位而大幅度加大保護電流輸出，當超出儀器的過流設定值時，儀器呈過流報警狀態，輸出全部關斷。有時，來自管道的瞬間電流可達到10A以上，儀器熔斷器會發生熔斷而造成陰保站不能正常運行。為此，我們又採用了非壓敏電阻型的二級雷電(雜散電流)洩放通道，稱之為PN結正向壓降複合型洩放通道。
PN結正向壓降複合型洩放通道結構是兩個二極體(10)反向並聯，串接在浪湧吸收型通流避雷器和大地之間。兩個二極體(10)型號2CZ10A。
電火花溶解池(9)的結構是在容器內裝有飽和氯化鈉溶液，在飽和氯化鈉溶液內有兩組石墨電極，兩組石墨電極的距離在10-50毫米之間，石墨電極上連接有導線。
性能檢測雷電防護裝置系統對幹線管道(3)及相關設施、設備的安全起到關鍵的保護作用，應該在雨季前、後對其性能進行檢測，確保性能完好。由於這種雷電防護系統為獨家採用，沒有成型的檢測裝置，我們根據其技術特點開發研製了該系統的性能檢測裝置，這種裝置能夠模擬600v的感應雷電，檢查方法為在避雷裝置的「管道」和「接地」之間瞬間施加600v電壓，然後測量檢測裝置的剩餘電壓，剩餘電壓為60v時則說明管道避雷裝置能夠洩放60v以上的高電壓，達到性能指標的要求。
管道雷電防護系統效果分析該管道全線完成了管道雷電防護裝置的安裝，建立起管道雷電防護系統。通過該系統一年來的運行情況，特別是經過雷雨季節的考驗，沿線各站場與管道電連通的設施、設備未發生過受高電壓、大電流衝擊破壞的情況。
通過對陰保設備運行的現場觀察，也驗證了管道雷電防護裝置的雷電防護作用一次輸氣處技術人員進行陰保設備日常檢修，中午12時，陰保站所處地區出現雷雨天氣。現場觀察發現，雷擊發生時，陰保控制臺管地電位指示陡降至零，輸出電流指示陡升至4A(正常狀態時輸出電流為0.5A左右)，隨即恢復，重複數次，歷時達一個多小時。上述情況充分說明了兩個問題一是雷電對管道的危害確實存在，並能夠在較長一段時間內在管道上產生「浪湧」。二是管道的雷電防護裝置確實起到洩放雷電，保護管道及其附屬設施的作用。另外，通過管道的SCADA系統對陰保系統運行情況的監控，也多次發現上述現象，更加證實了上面的兩點結論。
為了進一步研究雷電對管道的危害及防治技術，為每一個雷電防護裝置試驗性安裝了雷電計數器。在不到3個月的時間內，首站就記錄到防護裝置先後放電22次，有的陰極站記錄到20次放電。這進一步證明了雷電對於輸氣管道存在著不可忽視的危害。同時也驗證了本管道雷電防護裝置的有效性。
權利要求1.一種輸氣管道的防雷裝置，在輸氣管道每隔50-200公裡設一個管道陰保站，在管道陰保站的站內工藝管網(1)兩端與幹線管道(3)之間分別有管道絕緣接頭(2)，在進站幹線管道和出站幹線管道上分別安裝有雷電防護裝置，在站場幹線管道上安裝有雷電防護裝置，其特徵在於雷電防護裝置是由浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道串聯，並跨接在幹線管道(3)和大地之間。
2.根據權利要求1所述的輸氣管道的防雷裝置，其特徵在於所述的浪湧吸收型通流避雷器結構是有3個壓敏電阻(4、5、6)並聯連接，一端連接幹線管道(3)；雷電計數器(8)與另一個壓敏電阻(7)串聯後與3個壓敏電阻(4、5、6)相併聯，壓敏電阻(7)一端連接在幹線管道(3)上；電火花溶解池(9)與雷電計數器(8)並聯，所述的PN結正向壓降複合型洩放通道結構是兩個二極體(10)反向並聯，串接在浪湧吸收型通流避雷器和大地之間。
3.根據權利要求2所述的輸氣管道的防雷裝置，其特徵在於壓敏電阻(4、5、6)型號分別為MYL1-47/5，MYL1-56/5，MYL1-10-620，與雷電計數器(8)串聯的壓敏電阻(7)型號為MYL1-56/5；雷電計數器(8)型號為FK-1；二極體(10)型號為2CZ 10A，連接電纜採用不小於5mm2的銅芯導線。
4.根據權利要求2所述的輸氣管道的防雷裝置，其特徵在於電火花溶解池(9)的結構是在容器內裝有飽和氯化鈉溶液，在飽和氯化鈉溶液內有兩組石墨電極，兩組石墨電極的距離在10-50毫米之間，石墨電極上連接有導線。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的輸氣管道的防雷裝置，其特徵在於所述的接地是通過陰保站內工藝管網(1)接地。
專利摘要一種輸氣管道的防雷裝置，在輸氣管道每隔50－200公裡設一個管道陰保站。防雷裝置在陰保站站內工藝管網兩端有絕緣管道接頭。雷電防護裝置安裝在陰保站的進站之前和出站之後的幹線管道上，防雷裝置與恆電位儀並聯後與管道相連；站場幹線管道上防雷裝置與電位變送器並聯後與管道相連。雷電防護裝置的特徵在於由浪湧吸收型通流避雷器和PN結正向壓降複合型洩放通道串聯，接在幹線管道和地之間。幹線管道上超過其電壓閾值的各種電流能通過雷電防護裝置洩放到大地，實現輸氣管道洩放雷電、保護輸氣管道及其附屬設施的作用。
文檔編號F17D5/00GK2893383SQ20062001892
公開日2007年4月25日 申請日期2006年4月3日 優先權日2006年4月3日
發明者姚偉, 葛艾天, 韓憲榮, 李慶生, 董紹華 申請人:北京華油天然氣有限責任公司