气田安全动火防护技术的分析

王洋

摘要：文章主要以长庆油田苏里格气田为例，介绍了气田安全动火的防护技术，先简单介绍了工程概况，随后介绍了杂散电流的影响，最后进行了理论建模，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：气田;安全动火;防护技术

引言：工业动火电焊操作中，如果杂散电流大于安全数值，同时没有进行合理防护，便会导致出现爆炸、燃烧和着火等问题，从而增加企业的额外损失。此次项目选择在黄土地表、沙漠条件下，动火点焊中的各种危险因素，并提出有效的防护措施，为实现安全生产提供可靠保障。

1、工程概况

在苏里格气田相关开发模式影响下干管上井数量逐渐增加，针对输送管线实施动火操作中，除了需要进行气体置换之外，同时还需要开卡气井，存在较大的风险隐患，同时比较耗时耗力。动火操作在苏里格气田施工中是一项十分危险的操作，工业动火点焊中，如果所采用的杂散电流大于安全值接线，即电位差超出0.7伏，同时没有进行有效的防护，便会导致出现爆炸、燃烧以及着火等问题，从而使企业遭受无法挽回的损失[1]。

当下，苏里格气田中主要是通过点焊方法开展动火施工。电焊施工中，相关电焊电流除了通过管道流通之外，同时还会经过管道泄漏到大地表面，于大地内流经多个回路重新返回电源系统内部，该部分泄漏在外的电流便是杂散电流。此次主要针对黄土和沙漠条件下的动火电焊施工中，杂散电流在管道中的流通规律、流通规模、电流大小以及电流分布进行分析，从而针对潜在的风险隐患，以及容易引发的易燃易爆物质提出有效的防护措施，进行科学的风险评价工作，如果动火施工距离超出安全距离，则针对气井无需设置开井口，进一步减轻员工作业风险与劳动强度，从而为供气的稳定性和安全生产提供安全保障。

2、杂散电流影响分析

2.1测试方法

结合苏里格气田相关生产工艺特征以及技术研究，发现动火施工中的杂散电流主要能够产生以下几种影响，分别是管道电阻、土壤电位层次、土壤电阻水平、电焊机的接地电阻和管位电阻数值等。通过对相关影响因素实施科学测试，总结杂散电流的发展规律。

测量土壤电阻率数值中，通常选择正方体1立方米的土壤电阻值当成测量土壤的代表电阻率，单位是欧姆，电阻率为p。在测量电极深入地层中的深度低于0.2a条件下，则可以将深度b假设为0，而相关计算公式如下：

P=2πaR

其中p是土壤的电阻率，而a为测量的电极间距，R则是被测电阻。

对管地电位进行测量工作中，管地电位测试中的相关等效电路主要是通过测试桩将线接电压表正负极引出，和参比电极连接。通过参比电极提供有效的参考电位。尚未实施焊接施工前，对电压表中的数值进行读取，并将其当成参比电极中的自然电压，为V1，而在焊接操作中，继续读取电压值，作为V0，该种条件下的电压表中显示电压涵盖参比电极自然电位，即V1，以及土壤IR压降和V管道极化电压，所以管道计划电压V计算公式如下：

V=V0-V1-IR

因为土壤中的压降程度相对较小，基本可以忽略不计，所以管道计划电压是V=V0-V1。针对土壤中的相关电位梯度实施测量操作中，可以在土壤内插入两个参比电极，随后对电极之间相关电位差进行准确测量，和两点距离相除，最终得到土壤的电位梯度，主要可以通过下列公式进行表述：

在上述公式中主要是电位梯度，而则是电位差，L是两点之间的距离。Abcd是四个饱和硫酸铜参比电极，而AB是电压表，通过铜芯塑料软线作为导线，连接相关元器件。测试接地电阻过程中，该方法适合对角线低于8米长度的锌带或牺牲阳极组。开始测量前，需要率先断开管道和牺牲阳极，随后按照接线设计，和管道某条直线垂直，设置电极。接地电阻测试中需要联系实际管道应用型号，查找相关行业标准，结合具体计算公式，计算管道电阻。

2.2现场测试

测试点描述中，需要针对地面管线实施动火连接，开展动火操作前，针对卡开干管的进展阀中上游法兰实施盲板封堵，将下游法兰卡开，同时利用石棉板针对各个卡开环节进行有效隔离。管地电位和位置变化的对应状况，相同点实施动火操作中，不同焊接方式，管道不同区域的管地电位实际变化状态如下：管道动火操作中，所形成的杂散电流会促进管道电位出现位移现象，同时于焊点周围的管地电位便宜是最大值，随着和电焊区域之间的距离不断扩大，则管地电位便宜数值也相继降低。

电位梯度跟随位置实时变化形势如下：在相同点实施动火施工中，不同焊接方式下，管道周围的电位梯度实际方向会随着位置变动而出现变化，通过现场测试发现，针对管道实施动火操作中，管道内部杂散电流会逐渐朝着附近土壤中渗透流失，从而使土壤中的电位梯度发生突然增大现象。除此之外，土壤内相关电位梯度在和管道间隔持续扩大条件下，相继缩减。管地电位可以将管道内部电流状态变化准确反映出来，相关波动规律符合具体的仿真分析结果[2]。

3、理论建模

动火实践操作中，假如能够明确动火操作的有效安全防护距离，不但能够减轻工作负担，降低工作量，还能够提高施工效率。下面主要针对动作施工中的安全距离进行准确估算。

电焊动火操作中，在焊点稳定下来后，电流变化也会相继减小，从而等效成电流源。按照相关规范分析，天然气相关引燃操作中的电流标准最低是200毫安，主要经过天然气管道中的电流数值低于200毫安，便不会出现天然气引爆风险。按照天然气管道相关动火电焊施工中所形成的杂散电流对应的等效电路分析，可以通过网孔法以及节点电压法书写方程，继而推导出动火电焊施工中，和动火点之间的安全距离，在多远距离条件下，才能使电流进一步减少到200毫安，该段安全距离也可以叫做动火电焊施工中的管道安全距离。结合天然气危险性以及现场施工复杂性，需要确保在最为恶劣条件下得出该段距离最高值。联系相关仿真分析内容，管道中如果存在较高的过渡电阻，则杂散电流的散射范围越远。集气罐内电阻值越低，则杂散电流值越高。集气管某侧管道中的过渡电阻值越低，则流经集气罐中的电流值越高。为了能够获得一种安全距离，可以进行下列假设。集气罐中的对地电阻数值是0，集气罐某侧管道对地过渡电阻无穷大，某侧管道对地过渡电阻是0。可以针对天然气管道相关动火电焊中的杂散电流对应等效电路实施简化，变成电路图。以天然气相关电流安全值200毫安为例，将动火电焊管道焊接电流设为180安，主回路取10或5米，管道内部电流随着长度变化，和电焊点之间处于8.9到4.55千米的间隔状态下，管道内部电流降低至200毫安。按照焊机主回路距离以及输出电流、安全距离关系，实施拟合，能够得到焊接安全距离预测结果。

4、研究结果分析

通过现场实施理论计算测试结果发现，测试最终结果和计算结果大致相同，其中存在细微误差，有可能随后因为连接线压降以及电阻控制等因素所影响，但相关误差基本能够控制在精度范围之内。动火电焊所在区域相对分散，同时动火时间较短，在相同测试区域内所得数据较少，为此可以于现场中急需开展试验，证明理论研究准确性，随后联系测试结果，开展建标工作，如果现场距离超出安全距离，则无需实施卡开作业，有效降低员工劳动强度[3]。

结语：

综上所述，在气田经过长期开采后，其中的输送管道经常会出现老化问题，甚至已经进入维修期与报废期。相关改造项目逐渐增加，其中不可避免会涉及管线动火施工等操作，带来较大的安全隐患，为此需要针对安全动火施工进行系统研究，形成有效的防护措施，提高動火施工的安全性。

参考文献：

[1]毛仲强，张金星.输油管道不停产不动火修复机理研究[J].设备管理与维修，2020（05）：29-31.

[2]王巍，吴寅虎.管道动火作业用黄油墙配比及封堵技术参数研究[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（21）：255-256.

[3]王帅.站场动火作业中内漏气体隔离措施[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（20）：138-139.