一种埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法与流程

本发明属于管道腐蚀及失效控制，尤其涉及一种埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法。

背景技术：

1、随着极端天气不断增加，埋地钢管遭受雷击损伤事件不断增加，雷电流击穿管道防腐层，甚至烧蚀管体是重要的危害之一。雷击损伤对管道危害除了可能带来人身安全和诱发上下游管道设施发生强电烧蚀外，还可能诱发上下游管道设施发生强电烧蚀。雷电流和输电线路故障大电流通过离子化入地点附近土壤，产生低阻性电流通道，加上管道本体优良的导电性能，很容易将这类强电脉冲诱导到管道上，瞬间产生高电压击穿效应和巨大热效应，导致管道防腐层击穿和管体金属烧蚀，严重危害管道安全运行。

2、管道外防腐层雷电击穿安全电压限值，是评价管道雷击危害程度的核心控制性指标，决定了在典型雷击工况在管道是否需要采取缓解措施以及采取多大缓解措施规模，目前国内管道雷电击穿防护主要参考gb/t 50698-2011《埋地钢管交流干扰防护技术标准》，该标准主要参考了欧洲标准cen/ts 15280《埋地阴极保护管道交流腐蚀可能性评估》、美国腐蚀工程师协会nace sp 0177《减轻交流电和雷击对金属构筑物和腐蚀控制系统影响的措施》和i so-15589-1《管道输送系统阴极保护》相关规定。在上述这些标准中，均未包括管道防腐层安全电压限值这个关键控制参数，只是在相关条款中要求将管道防腐层击穿作为一项评估项目。

3、管道外防腐层雷电击穿安全电压限值确定，主要存在如下技术困难：

4、一是根据不同的使用工况，管道外防腐层有不同的厚度，很难采用单一的管道外防腐层雷电击穿安全电压限值来代表某种管道外防腐层的雷电击穿安全电压限值；

5、二是在管道外防腐层实际的服役条件下，外防腐层会出现老化、吸水和外部因素导致的破损等情况；

6、三是雷电击穿测试具有测试结果离散性大的特点，如何设计样品以减少差异性导致的测试误差是一个不可忽略的问题；

7、四是如何在实验室条件下选择合适的雷电击穿试验波形和确定合适的击穿安全电压限值。在雷电测试行业，一般把雷电波分为电压波和电流波。代表性的电压波有1.2/50μs和250/2500μs两种，其共性特点是峰值电压高、电流小，主要用来测试雷电防护设备和绝缘材料的抗雷电击穿性能，前者主要模拟直击雷波形，或者主要模拟操作波脉冲。代表性的电流波有8/20μs和10/350μs两种，其共性特点是峰值电流大、电压小，主要用来模拟雷电流的电流冲击和热效应。选择何种雷电测试波形直接决定了测试结果和公认度，另外，雷电击穿测试属于离散性测试，如何相对准确确定某种试验防腐层样品的雷电击穿安全电压限值，需要建立相关的确定方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种操作简便，且能对管道外部涂覆的防腐层的雷电击穿安全电压限值进行高精度测量的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，包括如下步骤：

3、步骤1：制备涂覆有防腐层的管钢试样；

4、步骤2：将步骤1制备的管钢试样与绝缘板进行封装得到测试样品；

5、步骤3：将步骤2制得的测试样品进行老化处理；

6、步骤4：将步骤3老化处理后的测试样品进行雷电冲击击穿实验；

7、步骤5：对步骤4所得的实验数据进行数据处理以得到埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值。

8、上述技术方案中所述步骤1的具体操作如下：

9、步骤1.1：从外部涂敷有防腐层的管道上截取带防腐层的管钢试样，并将管钢试样加工成边长为10-20cm的正方形结构；

10、步骤1.2：在管钢试样背面钢本体的中央位置处加工螺纹槽并配套螺栓，所述螺栓用以在测试期间安装电极引线。

11、上述技术方案中所述步骤2的具体操作如下：

12、步骤2.1：取正方形的pe绝缘板，在pe绝缘板的中部加工处方形孔；

13、步骤2.2：将所述管钢试样嵌装在所述方形孔内，且所述管钢试样与所述pe绝缘板的孔壁之间的环缝处填充密封胶；

14、步骤2.3：待密封胶固化后，在所述环缝处靠近所述防腐层的一侧环设密封胶带以对所述环缝处进行遮盖。

15、上述技术方案中所述pe绝缘板的边长是所述管钢试样边长的2-3倍。

16、上述技术方案中所述pe绝缘板比所述管钢试样厚1-2cm。

17、上述技术方案中所述方形孔的边长比所述管钢试样的边长长0.5-1.0cm。

18、上述技术方案中所述步骤3的具体操作如下：

19、步骤3.1：将测试样品进行热水老化，老化时长根据需要设定；

20、步骤3.2：测试样品老化完成后采用保鲜膜进行缠绕包裹，包裹后置于密封袋中留存备用。

21、上述技术方案中所述步骤4的具体操作如下：

22、步骤4.1：取与测试试样同规格的样品开展工频条件下击穿测试，获得工频条件下击穿电压u0；

23、步骤4.2：取测试样品，并将测试样品上的管钢试样上的防腐层按照“田”字形的方式分成四个测试区域，四个所述测试区域的击穿预留位置位于对应所述测试区域的中部；

24、步骤4.3：将测试样品浸没在盛有变压器油的容器中，将雷电信号发生器的测试导线分别接在测试样品背面的螺栓上和放电电极棒上，所述放电电极棒用以依次与每个所述击穿预留位置接触以进行击穿实验。

25、上述技术方案中所述步骤4.3中选取任意一个所述测试区域进行先导性测试，其余三个所述测试区域为平行实验，所述先导性测试是为其余三个所述测试区域的击穿测试提供起始电压参考。

26、上述技术方案中所述步骤5具体步骤如下：

27、步骤5.1：将三个平行试验所得的击穿阈值的平均值作为防腐层在该厚度下的防腐层击穿阈值；

28、步骤5.2：将防腐层击穿阈值附加上折算因子，以体现防腐层在实际工程中的裂化效应。

29、本发明的有益效果在于：本发明实施例提出一种埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，该方法提出了一种在同一个防腐层试样上开展分区平行测试的方法，可大幅降低由于不同样品之间的差异性导致测试的击穿阈值存在分散性大的问题，而通过进行先导性测试可以为正式的平行测试提供可靠的雷电流发生器起始电压，可减少电击穿尝试的次数，降低重复多次击穿操作对防腐层材料击穿阈值的影响；通过给出的基于击穿事件在电压波形发生位置的阈值取值规则，可以更加准确表征防腐层击穿临时特征值；通过给出的裂化折算因子，可以使测试阈值更加贴近工程实际，提供阈值的适用性。

技术特征：

1.一种埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述步骤1的具体操作如下：

3.根据权利要求2所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作如下：

4.根据权利要求3所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述pe绝缘板的边长是所述管钢试样边长的2-3倍。

5.根据权利要求3所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述pe绝缘板比所述管钢试样厚1-2cm。

6.根据权利要求3所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述方形孔的边长比所述管钢试样的边长长0.5-1.0cm。

7.根据权利要求2所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述步骤3的具体操作如下：

8.根据权利要求7所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述步骤4的具体操作如下：

9.根据权利要求8所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述步骤4.3中选取任意一个所述测试区域进行先导性测试，其余三个所述测试区域为平行实验，所述先导性测试是为其余三个所述测试区域的击穿测试提供起始电压参考。

10.根据权利要求9所述的埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，其特征在于，所述步骤5具体步骤如下：

技术总结本发明提供了一种埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值确定方法，包括如下步骤：步骤1：制备涂覆有防腐层的管钢试样；步骤2：将步骤1制备的管钢试样与绝缘板进行封装得到测试样品；步骤3：将步骤2制得的测试样品进行老化处理；步骤4：将步骤3老化处理后的测试样品进行雷电冲击击穿实验；步骤5：对步骤4所得的实验数据进行数据处理以得到埋地钢管外防腐层雷电击穿安全电压限值，其操作简便，且能对管道外部涂覆的防腐层的雷电击穿安全电压限值进行高精度测量。技术研发人员：毕武喜,张丰,徐承伟,蓝卫,薄祥坤,朱子扬,李雨恒受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4