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摘要：油气管道输送介质是易燃、易爆的物质，管道输送过程中一旦发生泄漏、管道腐蚀、地震、雷电等等，极易引发爆炸、火灾等安全事故。特别是雷电、静电，容易与管道中液体通过电解质作用产生腐蚀物质，腐蚀油气管道，甚至是产生的交流电对人员造成危害，从而增加了油气管道的安全隐患。本文主要探讨了油气管道生产运行中存在的电气安全问题，分析了油气管道应急保护的原理，探讨了油气管道安全的防护措施。旨在为管道储运安全提供一些参考。
关键词：油气管道;雷电;静电;危害;防护
引言：油气资源是工业化、城镇化发展中不可缺少的资源。随着中国工业化、城镇化的推进，对石油、天然气等资源的消耗量也在不断增长。为了满足发展的需求，我国加大了对石油及天然气产业的投资，加强了对油气基础设施设备的建设。在国家的大力支持下，国内的油气产业获得了快的发展。虽然近几年我国油气产业为国民经济带来了快速增长，扩大了我国油气在全球油气市场份额的占比，拉近了我国与发达国家油气产值的距离，但国内的油气管道事故的发生率仍旧居高不下，甚至是发达国家的数倍。研究油气管道生产运行中雷电与静电的防护对降低油气管道带来的人员伤亡和经济损失有着重要的意义。
一、油气管道生产运行中存在的电气安全问题
油气管道输送的介质属性决定了其在生活运行中所受的安全隐患较多。其中电气隐患对油气管道安全运行的影响较大。如雷电击穿、静电电厂放电。因油气运输管道较长，而场站、阀室多修建在空旷位置。场站内设备多为金属材质，一方面易受雷击，另一方面介质摩擦管壁易生产静电，介质中一些物质受电解质作用易产生腐蚀物对造成管壁破损。在雷电与静电的长期作用下，易加速油气管网及设备的损坏，增加油气管道生产运行中的安全隐患。当油气管道发生泄漏后，就容易引起火灾、爆炸、中毒等安全事故，造成人员伤亡和经济损失。
目前，国内有大部分的油气管道安全问题为站场电气安全管理缺失所致。其问题主要变现在如下：（1）防雷、防静电接地检测不足;（2）电气设备运行管理疏忽;（3）电气表示不规范;（4）电气防爆处理不到位;（5）电气两票管理不规范、形式化。
雷电、静电的产生本身伴随着热效应、电效应及机械效应的生产。强雷击甚至伴随着高温、高压的产生。油气管道中的介质本身易受高温、高压及电效应环境的影响。当发生较强的雷电，或形成较强的雷电场时，就极易引发火灾、爆炸。油气生产站场的设备、管道发生老化或接地不规范，发生管道介质，就会加剧站场的危险性，引发火灾、爆炸或电击等安全事故。此外，油气站场的高压区、低压配电室等，本身属于高危区域。缺乏规范的标识及管理制度，容易造成管理疏漏或管理不规范的问题，从而增加了生产站场的事故风险。
二、油氣管道阴极保护的原理
油气管道的腐蚀属于电化学腐蚀，它是由材料与环境共同作用的结果。金属与电解质因电化学反应对关闭造成腐蚀性破坏。腐蚀的过程中就会有电流产生。由于不同金属的存在电位差，当电解质溶液中同时出现两种金属时，原电池的阳极区发生腐蚀，持续输出电子。另一种金属离子则溶于电解质中，阳极区发生阴极反应。油气管道内壁就表面发生电化学不均匀性，形成腐蚀原电池。电流通过导体与电解质形成电流回路。当两种金属间的电位差持续变大，电路产生的电压就会持续增大。腐蚀电池形成后，阳极金属表面开始持续失去电子，发生氧化反应，促使金属原子转化为正离子，合成以氢氧化物为主的化合物。阴极则持续从阳极得到电子，表面富集电子，发生还原反应，不会有腐蚀的发生。腐蚀过程见氧化反应见式1、还原反应见式2、式3。
根据油气管道的腐蚀原理，我们就可以对油气管道做阴极保护处理，来预防和控制油气管道的腐蚀，提高油气管道的安全性，预防雷电、静电可能引发的爆炸、火灾等安全事故。如选择耐腐蚀材料、加强腐蚀环境的控制、选择有效的防腐层、阴极保护、添加缓蚀剂等等。
三、油气管道安全的防护措施
（一）雷电的防护措施
1.阴极保护
为油气管道设计外加电流阴极保护系统。阴极保护系统包括被保护的管道、辅助阳极、直流电源及附属设施。需要注意，为确保电源设备的可靠性，要求阴极保护设备功率与保护管道相匹配。常用电源有恒电位仪器、整流器、太阳能电池等。将保护电流动电源引入地下导电体，利用辅助阳极地床将保护电流送入土壤，再经过土壤流入被保护的油气管道，来防止管道阳极发生化学腐蚀。设计阳极地床时应选择高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极。盐渍土、海滨土等酸根离子较高的环境，应选用铬高硅铸铁阳极。高电阻环境应选择钢铁阳极。覆盖层较差的环境或油气管网复杂的环境应采用柔性阳极。油污水与盐水环境中除外。阳极电极应埋入地表下1-5米土层内。阴极保护系统设置好后必须做好投入前的运行调试，确保对油气管道保护的有效性。运行测试在有电解质环境中，被保护管道必须全部通过电绝缘测试，且可以对管道进行持续的阴极保护。
2.防雷接地
防雷接地处理不当引发油气管道爆炸及火灾事故的主要原因之一。所有的油气管道及油气站场的设备均应按照相关的标准做好防雷接地设计与布置，以便将发生的自然雷电引入大地。防雷接地的材料应选择质量较好的接地极材料，点位英语辅助养鸡材料先近。此外，防雷接地的线路一定要与辅助阳极分开敷设。必要时需要通过增设电屏蔽或接地网来阻隔。或采用等电位跨接来预防线路之间互相影响引起的放电现象。尤其管道与防雷接地位置的间距最佳间距为500米。该距离可以有效地预防电位差的增大，同时又能较快地将雷电引入大地，防止油气管表面发生腐蚀问题。
（二）静电的防护措施
1.控制静电的产生
1.1适当降低油气管道流速
降低油气管内介质的流速可以有效地减少摩擦力的产生，同时也能预防摩擦过程中静电荷的产生。油气管道最佳流速的设定可以通过下式4计算。 式4 v2d≤0.64，其中v表示管道介质的平均流速（m/s），d表示管道直径（m）。
1.2控制油面空间可燃性气体
油气产品具有挥发性，挥发在空气中的混合型气体具有可燃性，遇到电火花或雷电时易引发火灾或爆炸。因此，要采取有效措施加强对空气中可燃性混合提起的控制。如設置通风装置改善通风条件。
1.3做好水、原油与空气混合的预防
当油气管道内介质的含水量较高时，管内介质与管壁的摩擦力就会加大，更容易刺激静电的产生。因此，要加强对油气管内介质含水量的控制，尽量避免水、空气与油气混合。清洗油气管道或储运设施设备时，建议尽可能不用或少用蒸汽清洗方式。必须采用蒸汽清洗时，建议做好电位差的监测，以便于发生异常时能够及时发现并解决问题。
1.4控制人身静电
人身静电虽然产生的量较少，但在可燃性混合气体环境中危险性还是较高。人员在巡检、维护或定期检查油气管道，或生产作业活动时，应避免穿着尼龙纤维材质的衣服。进入作业区活动室，所有人员必须穿着防静电服或专用的棉布工服、鞋帽等装备，做好人体静电消除。
2.导走静电
静电集聚到电流较大时，也会造成管线阴极腐蚀。对该种问题，可以采取接地处理、静电跨接的方式导走静电。将利用阴极保护的金属导向将油气管道与大地连通，或将金属设备与油气管道之间进行跨接，使其形成等电位差，降低电阻。如此，在发生油气管道静电时，就及时地将静电通过大地引走，静电集聚造成的电火花及管道腐蚀问题。接地跨接要求设置在油气管道的近户、管道弯道、管道分插、管道分径等位置。直管应每间隔100-200米做一次静电接地，直管或室内管道不可跨接。
四、结语
综上所述，雷电、静电聚集容易引燃油气管道泄漏在空气中的可燃物，给油气管道的生产运行带来了极大的安全隐患。为了提高油气管道生产运行中的安全，降低人员伤亡及经济损失，建议加强对油气管道电气设备的安全管理，制定严格的管理制度，加强日常巡检和定期维护检修。一方面要预防管道腐蚀等破损造成的泄漏，另一方面要预防油气管道静电的产生与管道周边、站场内的防雷电接地处理。雷电防护可以通过阴极保护和防雷接地处理实现。静电防护可以通过控制静电产生、导走静电的方式实现。
参考文献：
[1]郭霄杰，姜垣良，白晓航，李彬，闫晓晨，蒋玉卓.美国预防雷电和静电及杂散电流引燃技术标准发展趋势探讨[J].石油化工自动化，2020（06）：46-49.
[2]张景平，王琦，王亚同.提升油气管道场站防雷装置防护性能的三个措施[J].甘肃科技，2019（13）：30-33.
[3]潘洁萍.探究油气管道储运的安全及防范[J].石化技术，2019（04）：310+329.
[4]杜春龙.油气管道站场电气问题分析与对策探析[J].清洗世界，2020（01）：75-76.
[5]杨振华，田春生，陈秀莲，马文超.关于防雷设施安全方面的若干指导意见[J].现代农业，2018（09）：111-112.
国家管网集团西南管道有限责任公司兰成渝输油分公司，四川 成都 610037
关键词：油气管道;雷电;静电;危害;防护
引言：油气资源是工业化、城镇化发展中不可缺少的资源。随着中国工业化、城镇化的推进，对石油、天然气等资源的消耗量也在不断增长。为了满足发展的需求，我国加大了对石油及天然气产业的投资，加强了对油气基础设施设备的建设。在国家的大力支持下，国内的油气产业获得了快的发展。虽然近几年我国油气产业为国民经济带来了快速增长，扩大了我国油气在全球油气市场份额的占比，拉近了我国与发达国家油气产值的距离，但国内的油气管道事故的发生率仍旧居高不下，甚至是发达国家的数倍。研究油气管道生产运行中雷电与静电的防护对降低油气管道带来的人员伤亡和经济损失有着重要的意义。
一、油气管道生产运行中存在的电气安全问题
油气管道输送的介质属性决定了其在生活运行中所受的安全隐患较多。其中电气隐患对油气管道安全运行的影响较大。如雷电击穿、静电电厂放电。因油气运输管道较长，而场站、阀室多修建在空旷位置。场站内设备多为金属材质，一方面易受雷击，另一方面介质摩擦管壁易生产静电，介质中一些物质受电解质作用易产生腐蚀物对造成管壁破损。在雷电与静电的长期作用下，易加速油气管网及设备的损坏，增加油气管道生产运行中的安全隐患。当油气管道发生泄漏后，就容易引起火灾、爆炸、中毒等安全事故，造成人员伤亡和经济损失。
目前，国内有大部分的油气管道安全问题为站场电气安全管理缺失所致。其问题主要变现在如下：（1）防雷、防静电接地检测不足;（2）电气设备运行管理疏忽;（3）电气表示不规范;（4）电气防爆处理不到位;（5）电气两票管理不规范、形式化。
雷电、静电的产生本身伴随着热效应、电效应及机械效应的生产。强雷击甚至伴随着高温、高压的产生。油气管道中的介质本身易受高温、高压及电效应环境的影响。当发生较强的雷电，或形成较强的雷电场时，就极易引发火灾、爆炸。油气生产站场的设备、管道发生老化或接地不规范，发生管道介质，就会加剧站场的危险性，引发火灾、爆炸或电击等安全事故。此外，油气站场的高压区、低压配电室等，本身属于高危区域。缺乏规范的标识及管理制度，容易造成管理疏漏或管理不规范的问题，从而增加了生产站场的事故风险。
二、油氣管道阴极保护的原理
油气管道的腐蚀属于电化学腐蚀，它是由材料与环境共同作用的结果。金属与电解质因电化学反应对关闭造成腐蚀性破坏。腐蚀的过程中就会有电流产生。由于不同金属的存在电位差，当电解质溶液中同时出现两种金属时，原电池的阳极区发生腐蚀，持续输出电子。另一种金属离子则溶于电解质中，阳极区发生阴极反应。油气管道内壁就表面发生电化学不均匀性，形成腐蚀原电池。电流通过导体与电解质形成电流回路。当两种金属间的电位差持续变大，电路产生的电压就会持续增大。腐蚀电池形成后，阳极金属表面开始持续失去电子，发生氧化反应，促使金属原子转化为正离子，合成以氢氧化物为主的化合物。阴极则持续从阳极得到电子，表面富集电子，发生还原反应，不会有腐蚀的发生。腐蚀过程见氧化反应见式1、还原反应见式2、式3。
根据油气管道的腐蚀原理，我们就可以对油气管道做阴极保护处理，来预防和控制油气管道的腐蚀，提高油气管道的安全性，预防雷电、静电可能引发的爆炸、火灾等安全事故。如选择耐腐蚀材料、加强腐蚀环境的控制、选择有效的防腐层、阴极保护、添加缓蚀剂等等。
三、油气管道安全的防护措施
（一）雷电的防护措施
1.阴极保护
为油气管道设计外加电流阴极保护系统。阴极保护系统包括被保护的管道、辅助阳极、直流电源及附属设施。需要注意，为确保电源设备的可靠性，要求阴极保护设备功率与保护管道相匹配。常用电源有恒电位仪器、整流器、太阳能电池等。将保护电流动电源引入地下导电体，利用辅助阳极地床将保护电流送入土壤，再经过土壤流入被保护的油气管道，来防止管道阳极发生化学腐蚀。设计阳极地床时应选择高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极。盐渍土、海滨土等酸根离子较高的环境，应选用铬高硅铸铁阳极。高电阻环境应选择钢铁阳极。覆盖层较差的环境或油气管网复杂的环境应采用柔性阳极。油污水与盐水环境中除外。阳极电极应埋入地表下1-5米土层内。阴极保护系统设置好后必须做好投入前的运行调试，确保对油气管道保护的有效性。运行测试在有电解质环境中，被保护管道必须全部通过电绝缘测试，且可以对管道进行持续的阴极保护。
2.防雷接地
防雷接地处理不当引发油气管道爆炸及火灾事故的主要原因之一。所有的油气管道及油气站场的设备均应按照相关的标准做好防雷接地设计与布置，以便将发生的自然雷电引入大地。防雷接地的材料应选择质量较好的接地极材料，点位英语辅助养鸡材料先近。此外，防雷接地的线路一定要与辅助阳极分开敷设。必要时需要通过增设电屏蔽或接地网来阻隔。或采用等电位跨接来预防线路之间互相影响引起的放电现象。尤其管道与防雷接地位置的间距最佳间距为500米。该距离可以有效地预防电位差的增大，同时又能较快地将雷电引入大地，防止油气管表面发生腐蚀问题。
（二）静电的防护措施
1.控制静电的产生
1.1适当降低油气管道流速
降低油气管内介质的流速可以有效地减少摩擦力的产生，同时也能预防摩擦过程中静电荷的产生。油气管道最佳流速的设定可以通过下式4计算。 式4 v2d≤0.64，其中v表示管道介质的平均流速（m/s），d表示管道直径（m）。
1.2控制油面空间可燃性气体
油气产品具有挥发性，挥发在空气中的混合型气体具有可燃性，遇到电火花或雷电时易引发火灾或爆炸。因此，要采取有效措施加强对空气中可燃性混合提起的控制。如設置通风装置改善通风条件。
1.3做好水、原油与空气混合的预防
当油气管道内介质的含水量较高时，管内介质与管壁的摩擦力就会加大，更容易刺激静电的产生。因此，要加强对油气管内介质含水量的控制，尽量避免水、空气与油气混合。清洗油气管道或储运设施设备时，建议尽可能不用或少用蒸汽清洗方式。必须采用蒸汽清洗时，建议做好电位差的监测，以便于发生异常时能够及时发现并解决问题。
1.4控制人身静电
人身静电虽然产生的量较少，但在可燃性混合气体环境中危险性还是较高。人员在巡检、维护或定期检查油气管道，或生产作业活动时，应避免穿着尼龙纤维材质的衣服。进入作业区活动室，所有人员必须穿着防静电服或专用的棉布工服、鞋帽等装备，做好人体静电消除。
2.导走静电
静电集聚到电流较大时，也会造成管线阴极腐蚀。对该种问题，可以采取接地处理、静电跨接的方式导走静电。将利用阴极保护的金属导向将油气管道与大地连通，或将金属设备与油气管道之间进行跨接，使其形成等电位差，降低电阻。如此，在发生油气管道静电时，就及时地将静电通过大地引走，静电集聚造成的电火花及管道腐蚀问题。接地跨接要求设置在油气管道的近户、管道弯道、管道分插、管道分径等位置。直管应每间隔100-200米做一次静电接地，直管或室内管道不可跨接。
四、结语
综上所述，雷电、静电聚集容易引燃油气管道泄漏在空气中的可燃物，给油气管道的生产运行带来了极大的安全隐患。为了提高油气管道生产运行中的安全，降低人员伤亡及经济损失，建议加强对油气管道电气设备的安全管理，制定严格的管理制度，加强日常巡检和定期维护检修。一方面要预防管道腐蚀等破损造成的泄漏，另一方面要预防油气管道静电的产生与管道周边、站场内的防雷电接地处理。雷电防护可以通过阴极保护和防雷接地处理实现。静电防护可以通过控制静电产生、导走静电的方式实现。
参考文献：
[1]郭霄杰，姜垣良，白晓航，李彬，闫晓晨，蒋玉卓.美国预防雷电和静电及杂散电流引燃技术标准发展趋势探讨[J].石油化工自动化，2020（06）：46-49.
[2]张景平，王琦，王亚同.提升油气管道场站防雷装置防护性能的三个措施[J].甘肃科技，2019（13）：30-33.
[3]潘洁萍.探究油气管道储运的安全及防范[J].石化技术，2019（04）：310+329.
[4]杜春龙.油气管道站场电气问题分析与对策探析[J].清洗世界，2020（01）：75-76.
[5]杨振华，田春生，陈秀莲，马文超.关于防雷设施安全方面的若干指导意见[J].现代农业，2018（09）：111-112.
国家管网集团西南管道有限责任公司兰成渝输油分公司，四川 成都 610037