城市燃气管网安全性检测与评价

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  城市燃气管网安全性检测与评价


1 引言
    北京市二高压线位于罐站至后俸村，该地段土壤的湿度大，盐碱含量高，属于强腐蚀性土壤。管线压力级别为高压(P<0．8 MPa)，启用年限为30 a，管径为500 ITIB，防腐涂层为环氧煤沥青，管线总长度为2 500m，均未施加阴极保护。随着管道运行时间延长，管道事故时有发生。输气管道，尤其是高压输气管道，一旦破裂，压缩气体迅速膨胀，释放大量的能量，引起爆炸、火灾，会造成巨大的损失 。同时，由于管道所输送的物质为有害物质，一旦发生泄漏或断裂，就会对其周围的环境和人员产生严重的危害。为全面了解管线的腐蚀状况，确保燃气管道的安全运行，延长管道的使用寿命，防止燃气管网因腐蚀穿孔而引起泄漏、爆炸等事故，对管线防腐层、土壤环境腐蚀性、管体等方面进行了检测，并对管线的腐蚀程度和安全性进行了评价。
2 检测方法
2．1 防腐层检测
    防腐层的检测包括地面检测和挖探坑检测两部分。利用SL一2088检测仪探测管道的位置、走向、深度，通过发射机向地下管道发射一特定的交变电流信号，在防腐层破损处将有漏电信号向地面辐射，并在漏点上方形成以漏点正上方为中心的球面电位梯度，相对于完好管段和无管道地面具有一定的电位差，通过人体电容法收到此信号，由此确定破损点的位置，经过比较泄漏电位确定破损点的大小。确定防腐层破损点的位置后，开挖验证，并观察防腐层的老化程度及粘接力；用电火花仪测量了防腐层的耐电电压。坑内取上、侧、下3处测量防腐层的厚度，每处各测3点。利用SL—AY508变频选频绝缘电阻测试仪测试管道外防腐层绝缘面电阻。
2．2 土壤参数的测量
    为了解该地段土壤环境的腐蚀性，开挖5个探坑，对每个探坑分别测量土壤的电阻率、pH值、含水率、含盐量、氧化还原电位、直流杂散电流等与管道腐蚀有关的参数，评价土壤的腐蚀性。
2．3 管体腐蚀状况的测量
   开挖深坑后，去除管体的防腐层，观察腐蚀形态和腐蚀产物分布，判断腐蚀成分，测量腐蚀坑的面积和深度，并对管道的剩余壁厚进行检测，每个坑检测3组数据，每组对管顶、管底及“4”、“8”点钟的位置测量管线的剩余壁厚；对管线的剩余强度进行评价。
3 检测结果与评价
3．1 防腐层的防护性能
   表1～表3为防腐层的破损情况，面电阻和防腐效果的测量结果。所检测的2．5 km距离内共出现了2个破损点，破损率为0．8个／km，腐蚀层的完整性和粘结性能比较差。防腐层存在变形、老化、局部剥离甚至严重的损坏，面且厚度较薄。其中，4个探坑内防腐层厚度均小于2．5／n／ll，另一个探坑内防腐层厚度存在不均匀状态(最厚处为8．3 lnln，最薄处为4．0 mln)。防腐层的面电阻测量结果表明管段平均绝缘面电阻为3 420 Q·m2，面电火花仪测量了防腐层的耐电电压均大于5 000 V，均为合格。

   综合以上检测数据，依据标准SY／T0087-95和绝缘面电阻对防腐层性能起决定性作用可以得出以下综合评价.此管段防腐层存在一定老化、变形现象，防腐层较薄且有破损点，但尚可使用。



3．2 土壤环境的腐蚀性
   表4为对二高压线开挖5个探坑后测量土壤电阻率、土壤pH值、土壤含水率、土壤含盐量、氧化还原电位、直流杂散电流等参数的结果，并依据cJJ95—2003(J273-2003)标准，对各参数进行了评价 5(受城市的客观原因限制不能得到某些数据及其评价结果)。从表4可以看出，土壤电阻率的评价等级为较弱或中等，pH值的评价等级为较弱，含水率的差异比较大，分别为弱或强，含盐量为弱或较弱等级，氧化还原电位为较弱或较强等级，直流杂散电流的评价等级为较弱。一般来说，在相同的条件下，土壤电阻率、直流杂散电流、氧化还原电位、土壤含水率对土壤的腐蚀性起主导作用，面土壤的含盐量、pH值对土壤的腐蚀性相对影响较小。在评价过程中，优先考虑决定性因素。综合表4的评价结果，图1示出了二高压线中所开挖5个坑土壤腐蚀性的评价结果。此地区土壤基本属于中等腐蚀性土壤，但应考虑土壤含水率和微生物腐蚀对管道的影响。
3．3 管体的腐蚀状况与评价
3．3．1 按照管道壁厚的安全评价
   开挖探抗后，去除管体的防腐层，管体表面并没观察到明显的腐蚀坑。表5给出了001和003号坑对应管顶、管底及“4”、“8”点钟的位置测量管线的剩余壁厚的结果。从表5可以看出，管线的壁厚存在一定的不均匀性，其中003号坑最大壁厚与最小壁厚的差值接近平均壁厚的20％。然面管体外表面没有观察到明显的点蚀存在，这表明管道内壁可能存在腐蚀。这是由于管道服役时间长，有运行腐蚀性较强的煤气的服役记录。管体腐蚀相对深度可以由式(1)来计算：
A= d/t*100％(1)
   式中：A为管体腐蚀相对深度；d为管体腐蚀深度(最大壁厚一最小壁厚)；t为管体原始壁厚。

   表6为5个坑的管体腐蚀相对深度，其数值在6％ ～16％范围内，根据标准Y／T6151—1995可知。几处管道发生腐蚀的程度并不严重。能够维持正常运行 6。但从管壁的厚度来看，根据GB50251-2003部分输气管道最小壁厚的规定值，如表7所示，把表5中测量数据与表7数据对比可以看出，003号探坑管道剩余的最小壁厚小于国标规定的最小壁厚，不符合最小壁厚要求，其他管段剩余壁厚符合国标要求，可以安全运行。

3．3．2 按照管道承压能力计算安全评价结果
   由于检测过程中没有发现明显的蚀坑、腐蚀裂纹的存在，管道的设计压力计算公式可以根据式(2)来计算，在评价中可以将其计算结果看作管道的最大安全操作压力。其计算公式为
P=σsFt／D (2)
   式中：P为设计压力，MPa；F为安全运行系数，具体数值见表8； 为管道材料的最小屈服强度，MPa；D为管道外径，mm；t为管道设计壁厚，mm．

   表9列出了城市管道系统常用输气管道材料的最小屈服强度。在不清楚管道所用钢号的情况下，为保守起见，取最小的屈服强度计算，此处将管道的设计壁厚也取为测量最小壁厚值。另外考虑到城市人口密集，取地区类型为四类，则安全系数F取0.4。

   对于二高压线的DN500管道，为了计算管道所能承受的最大安全操作压力，取最小壁厚计算(003坑)，其参数取值为t=5．4 mm；F=0．4：D =500 mm；σs=206 MPa，根据式(2)计算出该管道可用的最大安全操作压力为1．78 MPa，远远大于高压管线目前的最高运行压力0．8 MPa，可以得出管道承受内压是安全的。
   综合以上的安全评价可以得出以下结果：二高压地区的高压管道，部分管体已遭到破坏，003号探坑处已经不符合强度安全要求，建议尽快更换。其他探坑处的管道在现在的服役条件下，剩余壁厚仍然可以提供足够的强度，但是管体已经发生腐蚀，建议加强检测或施加阴极保护。
4 结束语
(1)二高压线所处地段未加阴极保护，直流杂散电流干扰程度中等；大部分地方土壤含水量偏高。土壤呈弱碱性，存在细菌腐蚀，土壤腐蚀综合评价腐蚀性中等。
(2)管线防腐层老化严重，厚度较薄且有破损点，保护性能比较差，但尚可使用。
(3)管体中可能发生内腐蚀，尤其是003号探坑处的管道腐蚀较为严重，剩余壁厚低于国标要求；剩余壁厚不足，建议在该坑附近加密探坑，确定腐蚀严重管段长度后，进行更换管道或加固维修。其他管道的管体强度和剩余壁厚两个方面都符合国标要求，可以继续使用。考虑到防腐层整体性能不好，且土壤含水率偏高，存在微生物腐蚀，建议施加阴极保护，或加强对管道的定期检查和打孔检测。