埋地鋼制天然氣管道全面檢驗及安全評估的工程實踐

范成龍

（廈門市特種設備檢驗檢測院，福建 廈門 361004）

隨著我國經濟快速增長，城市化進程不斷加快，環境不斷惡化，為此人們對清潔能源的需要不斷增加。天然氣作為清潔能源已經進入尋常百姓家，成為市民生產和生活不可或缺的一部分。然而作為天然氣運輸的主要載體—埋地管道的安全不可忽視。據《中國燃氣行業年鑒2013》統計數據，截至2012年底，我國城市地下燃氣管網總長度超過37.6萬公里[1]，數量還在不斷增加，其安全性不僅關系到人們的人身安全，而且對安全生產產生重要影響。由于城市人口密度高，情況復雜，一旦發生燃氣腐蝕泄漏，危險性極高。青島“11·22”事故敲響了警鐘，青島市“11·22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故認定為責任事故，事故共造成63人遇難，156人受傷，直接經濟損失7.5億元[2]。文中依據國家法規標準及工程經驗對在用一條使用超過10年的燃氣埋地鋼制管道進行風險預評估、全面檢驗、安全隱患風險計算，科學安全評估管道的實際使用狀況，根據檢驗及評估結果，提出保障鋼制燃氣管道安全生產的若干建議，也為類似的鋼制燃氣管道的安全管理工作及創新與發展提供合理化的參考。

1 管道檢驗的現狀

檢驗管道長度為1385m，如圖1所示，該管道為螺旋鋼管，材質為Q235B，規格為Φ219mm×6mm，于2007年7月投入使用，輸送介質為天然氣，設計壓力為0.4MPa，輸送壓力為0.2MPa～0.3MPa，屬于中壓燃氣管道。

圖1 管道檢驗概況圖

2 管道風險預評估

依據GB/T 27512-2011《埋地鋼制管道風險評估方法》對該管道進行風險評估，評估人員主要由有經驗的檢驗員、材料與腐蝕專業人員、管道工藝專業人員、使用管理人員等技術人員組成。評估人員對該管道的設計、施工、竣工檢驗、定期檢驗以及日常安全管理等進行全面的風險評估，得出以下結論：

（1）該管道失效可能性得分S=100-（0.30S31+0.30S32+0.10S33+0.30S34）=46.7，失效后果得分C=121，風險值R=S×C=5650.7，所評價管道的風險值在[3600,7800）內，風險等級為中等風險絕對等級。

（2）失效可能性方面，該條管線位于經濟技術開發區。人口密度、地面交通繁忙程度、管道標識、巡線方式是第三方破壞(S31)的主要因素；管道的腐蝕評分(S32)方面，外防腐層的評分和陰極保護系統的評分兩項較低；設備的檢驗與維護保養使得設備及操作的評分項(S33)得分不高；自然災害的防范和管道的檢測與評價是管道本質安全質量(S34)得分低的主要項目。

（3）失效后果方面，管道沿著城市主干道敷設，人流量和車流量大，且供應中斷對下游的影響大。失效后果得分主要來源于人員傷亡的財產損失及可能的停產、停業損失。

3 全面檢驗過程

3.1 資料審查狀況

由于建設年代已久，已經使用超過10年，使用單位多次變更，資料移交更換多次，因此資料大部分不全，主要問題如下：

（1）安裝監督檢驗資料，工程竣工資料以及定期檢驗等重要資料不全，這不僅增大了檢測難度而且有可能導致部分管道無法進行真實有效的檢測評估或漏評估；

（2）部分管線及閥門進行更換，未見相關施工及竣工資料；

（3）未見歷年年度檢查報告；

（4）部分運行及巡檢記錄的人員簽字未持有特種設備壓力管道操作人員證。

3.2 宏觀檢查

依據公用管道定期檢驗規則，對管道沿線進行宏觀檢測，檢驗問題如下：

（1）部分管道與道路交通裝置相距不滿足要求；

（2）部分管段上方存在樹木或間距不滿足要求；

（3）閥門井管道組成件局部銹蝕；

（4）閥門井位置管地電位未達到-850mv（vs.CSE），但相關記錄均符合要求；

（5）電位、電流測試樁已經損壞；

（6）部分管道旁伴隨高壓電纜以及高壓變電柜；

（7）閥門井部分位置存在燃氣泄漏現象，最大濃度為5630ppm；

（8）管道沿線標志遭到破壞，部分管道標識嚴重偏離管道的真實位置。

以上存在的問題均不符合GB 50028-2006《城鎮燃氣設計規范》等相關設計及安裝標準要求。

3.3 管道敷設環境調查

依據GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程建議》規范對管道沿線三處（如圖1所示）土壤腐蝕性進行抽樣檢測，檢驗結果如表1所示。

表1 土壤腐蝕性抽樣結果表

由于部分管線存在電纜及變電柜，因此對管線在道路1路口及道路3路口這兩處進行雜散電流監控。檢測結果如圖2、圖3所示。

圖2 道路1路口雜散電流監控

圖3 道路3路口雜散電流監控

敷設環境檢測結果如下：

（1）土壤腐蝕性：經檢測以上三處土壤腐蝕性等級分別為2級、3級、3級；另外，依據GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》方法對土壤電阻率進行測試，有一定的局限性，因為在城鎮燃氣管道中，管道表面土壤大多為花卉土壤，不能代表管道敷設的真實環境，因此需要根據開挖情況進行修正。

（2）雜散電流監控：道路1路口管地電位波動值為20mv，小于200mv，雜散電流干擾腐蝕危害程度為“中”，無需采取防護措施，但管地電位(不包括IR降)未達到-850mv（vs.CSE）要求，應加強陰極保護措施；交流干擾電壓平均值為0.05V，小于4V，無需采取防護措施；道路3路口管地電位波動值為140mv，小于200mv，雜散電流干擾腐蝕危害程度為“中”，無需采取防護措施；交流干擾電壓平均值為0.14V，小于4V，無需采取防護措施。

3.4 管道沿線外防腐層不開挖檢測

對管道沿線采用多頻管中電流法及交流電位梯度法進行管道外防腐層狀況評估，采用的儀器為PCM+；管線分三段進行外腐蝕狀況評估及管道埋深檢測結果如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖4 管段1管道防腐層評估圖

圖5 管段2管道防腐層評估圖

圖6 管段3管道防腐層評估圖

圖7 管道埋深檢測圖

防腐層不開挖檢測結果：

經檢測電流泄漏點為19個，分三段進行管道防腐層評估，外防腐層等級分別為2級、1級、1級。由于管道采用犧牲陽極做陰極保護，檢測過程無法斷開犧牲陽極，檢測電流泄漏點可能是犧牲陽極位置也可能是防腐層破損點位置，需要進一步開挖分析驗證。此外犧牲陽極會造成檢測電流損失，因此外防腐層等級分析結果具有局限性。對管道沿線埋深進行檢測，未見異常。

3.5 管道沿線保電位測試

根據管道資料審查、宏觀檢測、防腐層不開挖檢測等檢測結果，依據GB/T 19285-2014《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》采用cips進行管道沿線保護電位測試，測試結果如圖8所示。

圖8 管地電位檢測圖

檢測結果：由于采用犧牲陽極保護，無法斷開，采用cips檢測就無法對管道電流進行通斷，測試的電位包括管道的的IR降。經檢測管道的保護率為29.3%（包括IR降），依據管道PCM漏電點分析，漏電點19處，其中9處判斷為犧牲陽極。

3.6 直接開挖檢測

結合管道資料調查、外防腐層間接檢測結果、管道環境調查和一般性宏觀檢查的結果，選擇3處為開挖點（如圖1所示），開挖點1為驗證判斷犧牲陽極的開挖點，開挖點2為熱力與熱力管道交叉開挖點，開挖點3為判斷較大防腐層破損開挖點。檢測結果如下：

開挖點1檢測結果：該開挖點為管線直段部位，該處焊接有犧牲陽極包，管體防腐層為外涂層+膠帶防腐，經檢測發現防腐膠帶有輕微脆化現象，粘結力一般，色澤略暗。該處為犧牲陽極位置，防腐層未見明顯破損。同時在管道螺旋焊縫兩側進行壁厚測量，管道最大減薄量為：6.00mm-5.80mm=0.20mm，未見明顯減薄現象。管道設計及竣工資料為3PE防腐，開挖結果為熱熔結環氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞。

開挖點2檢測結果：該開挖點為管線直段部位（與熱力管道交叉），管體防腐層為熱熔結環氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，經檢測發現防腐膠帶有輕微脆化現象，粘結力一般，色澤略暗。檢測出5個大小直徑約10mm防腐層破損點（如圖9所示），對破損點進行壁厚檢測及外觀檢測，未見明顯腐蝕，應修復。對管道進行壁厚測量，管道最大減薄量為：6.00mm-5.85mm=0.15mm，未見明顯減薄現象；對管道進行管地電位檢測為-832mv（vs.CSE），未達到-850mv，應補增犧牲陽極。管道設計及竣工資料為3PE防腐，開挖結果為熱熔結環氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，與設計不符。

圖9 開挖點2防腐層破損點圖

開挖點3檢測結果：該開挖點為管線三通部位，管體防腐層為外熱熔結環氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，三通往東方向未見膠帶防腐，經檢測發現防腐膠帶有輕微脆化現象，粘結力一般，色澤略暗。三通焊縫部位發現較大面積膠帶防腐脫落，有局部腐蝕現象如圖10所示），應該修復防腐層。對管道進行壁厚測量，管道最大減薄量為6.00mm-5.65mm=0.35mm，未見明顯減薄現象；對管道進行管地電位檢測為-842mv（vs.CSE），未達到-850mv，應補增犧牲陽極。管道設計及竣工資料為3PE防腐，開挖結果為熱熔結環氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，部分只有外涂層防腐，與設計不符。

圖10 開挖點防腐層破損圖

4 管道基于風險性評價

為降低管道運行風險，減少事故的發生，減少對居民安全生產的威脅，應采取“早發現，早治療”的原則，依據GB/T 34346-2017《基于風險的油氣管道安全隱患分級導則》對管道進行風險評估。

4.1 評價方法的選擇

依據風險評估及全面檢驗的結果，判斷該管道存在較大安全隱患，采用二級評估方法。二級評價流程如圖11所示。

圖11 二級評估流程圖

4.2 管道單元的劃分

依據風險預評估、管道歷次泄漏事故記錄以及全面檢測結果，對管道進行單元劃分，單元劃分為兩個單元，單元一為除閥門井外的埋地管道，單元二為閥門井內的管道。

4.3 管道單元一失效可能性分析

失效可能性分析：管道單元一為除閥門井外的埋地管道，失效可能性分析的數據來源為管道全面檢驗的數據，管道的基本屬性信息，管道運行維護數據與記錄，管道外部環境信息等。失效概率POF為0.00028，可能性分析過程主要參數如表2所示。

表2 管道單元一失效概率POF主要參數計算表

失效后果分析：失效后果分析用于確定管道對周邊潛在影響程度。潛在影響是由天然氣從管道泄漏引起的。本次分析是基于管道失效對周邊人員造成傷害等潛在影響的嚴重程度進行的，同時也考慮管道的失效導致的經濟損失以及對企業的影響。分析泄漏類型為小孔破裂情景。燃氣泄漏人員傷害后果面積為113.04㎡。

風險計算：依據失效后果分析與失效可能性分析，依據標準計算出風險值為2.81x10-6，其中失效概率為0.27x10-3，點燃概率為0.001，人員傷害后果損傷面積為113.04㎡，傷害區的人口密度為0.09人/㎡。依據個體可接受風險準則風險計算值小于10-5，結論為可接受風險；依據社會風險可接受準則（F-N曲線），結論為可接受風險。

4.4 管道單元二失效危險性分析

管道單位二為閥門井內的管道，作為有別于埋地管道作為單獨單元進行分析，是依據全面檢驗、風險預評估以及歷年閥門井的泄漏事故進行分析。

閥門井的失效概率：依據標準，計算管道失效概率為0.00085，可能性分析過程主要參數如表3所示。

表3 管道單元二失效概率POF主要參數計算表

閥門井失效后果分析：依據標準，計算出管道人員傷害后果面積為1256㎡。

風險計算：依據失效后果分析與失效可能性分析，依據標準計算出風險值9.6x10-5，其中失效概率為0.85x10-3，點燃概率為0,001，人員傷害后果損傷面積為1256㎡，傷害區的人口密度為0.09人/㎡。依據個體可接受風險準則風險計算值大于10-5，小于10-3，結論為可容忍風險區；依據社會風險可接受準則（F-N曲線），結論為盡可能降低區。

5 結語

通過管道的風險預評估、全面檢驗、安全隱患風險計算，得出管道檢驗結論為保持原參數下允許使用，下次檢驗周期為6年，但應完善做好以下工作：

（1）增強巡線力度，氣體泄漏檢測等措施減小失效可能性，降低管道風險值。此外，加強與公安部門、居民委員會等部門的密切聯系，對沿線居民加大管線安全宣傳力度、對施工單位做好安全交底，進一步降低管道絕對風險等級。

（2）使用單位應完善補充管道的技術檔案，特別是影響管道安全的安裝監督檢驗資料，工程竣工資料、定期檢驗資料、管道維修資料等，便于隨時查閱。

（3）加強對運行及巡線人員的管理，所有操作人員應持有特種設備壓力管道操作人員證，并定期進行專業知識學習，落實崗位責任制與獎懲制度。

（4）對于管道存在間距不足、占壓等歷史遺留問題，符合條件的進行路線改造，不能改造的應進行保護安全措施，如加裝套管或管溝保護，并加強這部分的巡查力度，并做好相關記錄。

（5）對于閥門內，腐蝕環境較為惡劣的環境，應加強閥門井設施的維護與保養，結合管道部件的腐蝕情況和管件的使用壽命，定期更換管件，特別是密封部件。

（6）應增加犧牲陽極、確保管道管地電位符合要求，并對相關測試人員進行檢測培訓，使之掌握陰極保護相關知識及檢測影響因素，確保檢測數據真實有效。

（7）完善管道地面標示工作，并修復相關測試樁。

（8）管道沿線即將通地鐵，應定期進行管道雜散電流監控工作，至少每半年一次。

（9）閥門井內管道風險評估為盡可能降低區，風險值較大，應對閥門井燃氣泄漏進行檢測，測試閥門應包括管道沿線其它設施的閥門井，以及可能造成燃氣聚集的密封場所，至少每天一次，對測試值大于10000ppm的管道，應立即進行原因分析及搶修，對于小于等于10000ppm的，也應及時搶修，不能及時搶修的應定期進行吹掃，并做好警示標示。