天然氣管道安全性分析及泄漏檢測

陳 敏，盧東波，李 明

（山東中大建筑設計院有限公司，山東濟南 250000）

1 天然氣管道工程危險有害因素分析

無論是在施工還是日常維護的過程中，天然氣管道的安全都是十分重要的，因為有許多的原因會導致天然氣管道出現問題從而引發事故，例如在天然氣管道的輸送過程中有可能會因為輸送管線過長、設計不合理，施工質量存在問題，沒有做好防腐蝕工作等原因出現管線、閥門等被腐蝕或出現裂紋導致管道泄漏。以及在施工過程中由于天氣原因、地質災害等出現管道基坑塌陷，出現事故。所以為了保證天然氣管道施工和運行過程中的安全，需要對天然氣管道工程進行危險有害因素分析。

1.1 設備設施危險有害因素分析

天然氣是易燃易爆氣體，因此天然氣管道的密閉性就極其重要。本文對青寧管道項目沿途管道、閥室、輸氣站等進行危險有害因素分析，青寧管道輸氣工程為長輸氣管道工程，天然氣輸氣距離較長，而輸送的天然氣有具有一定的危險性。所以在運行管理過程中，可能存在設計不合理，因腐蝕、疲勞等因素，容易造成管線、閥門、儀器儀表等設備設施及連接部位泄漏而引起火災、爆炸事故。防腐工作不完善，管道發生腐蝕有可能大面積減薄管道壁厚，導致過度變形或工作壓力下爆破，也有可能導致管道穿孔地上管線由于氣候原因，可能引起管道保護層破壞，造成管道點化學腐蝕、化學腐蝕、應力腐蝕等。

1.2 土質條件有害因素分析

項目工程管線位置以平原為主，土質大部分為砂土、黏土、粉質黏土。黏土可塑性強，水分子不容易通過，一般黏土地帶管線較為安全不易發生危險。而砂土顆粒大，可能會發生砂土液化現象，砂土液化會導致孔隙水在超孔隙水壓力下自下向上運動。在砂土層上方沒有滲透性更差的覆蓋層情況下，地表會大面積出現地下水。地震、爆炸、機械振動等都可以引起砂土液化現象，在管道施工過程中砂土液化會導致管道基坑坍塌，致使管道滑落，造成事故。在粉質黏土上施工時，需要注意粉質黏土的時效性，管道焊接時一般用土坑將管道架起，一旦粉質黏土發生變形，管道就非常有可能滑落，砸傷施工人員。

1.3 自然環境有害因素分析

管道施工有可能會受到氣候影響，山東江蘇兩省中的連云港、宿遷兩市為臨海城市，夏季臺風多發季節，如果有臺風出現會造成多日陰雨天氣，導致管道基坑積水嚴重，施工人員無法確定坑中積水情況貿然施工極易發生事故，并且因為積水問題部分用于架接管道的土坑容易坍塌，導致管道從土坑上滑落造成事故。并且檢測、焊接等工作無法在陰雨天氣及積水嚴重地點工作，所以為了保證不延誤工期，需要在施工前確定好天氣條件，先施工降水量大，降雨頻繁地點。

2 天然氣管道泄漏檢測方法研究

2.1 天然氣管道檢測方法介紹

無損檢測是一種現代工業、機械業常用的檢測方式。無損檢測可以通過物理、化學手段在不破壞物質結構的情況下對產品進行安全性檢測，現在常用的無損檢測有射線、超聲、滲透3種檢測方法，以及最新的相控陣檢測（PAUT）。

此次青寧項目用到的相控陣檢測法是近年來才開始使用的檢測法，還處于試用階段，本文主要介紹相控陣檢測與常規檢測的差異。天然氣管道的泄漏檢測主要為應用無損檢測的方法來確保管道的安全性

2.1.1 射線檢測

射線檢測已經是一項非常成熟的檢測技術，起初射線檢測利用X射線對工業機械業產品進行無損檢測，經過多年的發展現在的射線檢測基本都是利用γ射線對產品進行無損檢測。但是無論是X射線或是γ射線都會對人產生輻射危害，所以為了避免射線輻射對檢測人員的傷害，國家大力研究及發展超聲相控陣檢測技術。

2.1.2 超聲相控陣檢測

相控陣檢測雖然檢測技術相對于射線不夠成熟，甚至沒用相對明確統一的檢測標準，但是相控陣檢測技術檢測更加全面，系統對管道上可能出現的問題也更加敏感。隨著社會發展與科技進步，相控陣檢測法的全面性與對管道缺陷，傷口的探查得敏感性會讓這種還不夠成熟的檢測技術成為以后無損檢測的主要檢測方法。

2.1.3 液體滲透檢測

液體滲透檢測是通過液體對固體的潤濕能力和毛細現象來完成的，需要先將滲透液滲入被檢產品檢測部位，然后在被檢測產品的表面涂抹一層具有吸附力的白色顯像劑，將產品內的滲透液吸出，在顯像劑表面就可以得到檢測的結果，最后觀察結果，得出檢測結論就完成了對產品的液體滲透無損檢測。

2.2 天然氣管道無損檢測

無損檢測原理：無損檢測是指利用材料的聲、光、磁、電等特性，在不損害或影響被檢測物使用性能的前提下，檢測被檢測物是否存在缺陷或不均勻，并提供缺陷大小、位置性質和數量。與破壞性檢測相比，無損檢測具有以下特點。第一種是無損檢測，檢測時不會損害被檢測物的使用性能；第二種是綜合性的，因為檢測是無損的，所以需要對被檢測物進行100%的綜合檢測，這是不可能進行破壞性檢測的；第三種是全量程的，破壞性試驗一般只適用于對原材料的檢測，如拉伸、壓縮、彎曲等過程中普遍采用的力學，對制造用原材料進行破壞性試驗。對于成品和在用物品，除非不準備繼續使用，否則不能進行破壞性試驗，而非破壞性試驗不損害被試物的使用性能。所以，它不僅可對制造用原材料、各中間工藝環節，直至最終產成品進行全程檢測，也可對服役中的設備進行檢測[1]。

2.3 相控陣探傷檢測與超聲探傷，射線檢測的區別

在工程項目中相控陣檢測法用處基本與射線檢測法相同，通過與射線檢測法的結果對比來確定相控陣檢測法的結果。相控陣探傷檢測法原理與超聲探傷檢測相似有不同，超聲相控陣技術的基本思想來自雷達電磁波相控陣技術。

（1）相控陣檢測難點。國內有關相控陣探傷無損檢測還沒有相關的國家標準，在此次的青寧管道工程項目中相控陣檢測標準暫時沿用中石化有關超聲探傷檢測的標準，在工程開工之前，需要先將此標準上報安全生產監督管理總局，征得同意后再與項目所經的山東、江蘇兩省各地安監局備案后才可以按照此標準進行檢測。

（2）相控陣探傷機的組成。超聲相控陣是超聲探頭晶片的組合，由多個壓電晶片按一定的規律分布排列，然后逐次按預先規定的延遲時間激發各個晶片，所有晶片發射的超聲波形成一個整體波陣面，能有效地控制發射超聲束（波陣面）的形狀和方向，能實現超聲波的波束掃描、偏轉和聚焦。采用機械掃描和電子掃描相結合的方法來實現圖像成像。

（3）超聲相控陣與射線檢測對比。與射線檢測相比，超聲波探傷優點更加明顯，檢測更加快捷方便。如圖1、圖2所示相控陣檢測只需要一個相控陣檢測儀器即可，而射線檢測需要管道爬行器在管道中工作，工作人員需要根據爬行器報警的“滴滴”聲來確定爬行器位置，準確地將效果圖拍攝放在管道外的底片。并且射線檢測需要用到的爬行器遠大于超聲相控陣探傷儀，也更加沉重，工作時不易攜帶，不慎掉落可能會砸傷檢測人員。

（4）相控陣探傷儀的優點。相比之下，超聲相控陣探傷儀更加小巧方便，易于攜帶，也更加安全。相控陣探傷儀雖然相較于超聲探傷儀更加全面，相較于射線檢測更加簡便安全，并且沒有射線檢測的復雜后期工作。相控陣探傷儀會將管道情況記錄在探傷儀中的儲存卡呢，評片人只需要將儲存卡內的數據傳輸到計算機上就可以準確地觀察問題。而如此方便快捷的檢測方法沒有完全普及徹底代替射線檢測法的原因是因為相控陣探傷對管道情況十分敏感，有許多在相控陣探傷儀上表現出來的問題并不是缺陷，所以此次青寧項目同時使用相控陣探傷與射線檢測的原因就是通過對比確定相控陣碳上的準確性與標準。

3 天然氣管道泄漏危害及安全控制措施

3.1 天然氣管道泄漏危害

與其他燃燒能源相比，天然氣更加環保安全，但是天然氣依舊是一種易揮發的無色易燃易爆氣體，當天然氣在空氣中的濃度達到5%以上就可能會發生爆炸。空氣中較小濃度的天然氣一般不會對人體造成傷害，但濃度一旦達到10%以上，就會對人體有害，會造成呼吸困難、眩暈虛弱、昏迷甚至失去生命。當天然氣中具有一定量的硫化氫氣體時，如當空氣中的硫化氫達到0.31mg/L時，人的眼、口、鼻等就會因受到強烈的刺激而引起怕光、流淚、嘔吐、頭痛等癥狀，而當空氣中的硫化氫含量達到1.54mg/L時，便會讓人死亡。再就是燃燒不夠充分的天然氣也會讓一氧化碳等有損人體健康的氣體得以產生。

3.2 天然氣管道安全控制措施

3.2.1 按要求確定管線位置

作為長輸氣管道工程，按照國家要求在設計選線時盡量避開城鄉規劃區。并且與大部分公路，鐵路保持一定的安全距離。與鄰近鐵路線路的防火間距分別不應小于25m和50m，且距鐵路用地界不小于3.0m。低壓可燃氣體管道與鄰近鐵路線路的防火間距不應小于5m。并且不同管線平行埋設時間距不小 于6m[2]。

3.2.2 建立健全安全管理制度

對于天然氣長輸管道系統的管理，建立安全生產責任制，實施責任落實制度，對杜絕安全風險，避免發生安全事故，做出突出貢獻的崗位員工予以獎勵，而由于人為的違章操作等因素，引發安全事故，造成經濟損失的情況，予以處罰，崗位員工提高安全意識，盡心盡力地做好安全工作，提高長輸管道的生產管理水平，保證提高生產效率。建立健全各種規章制度，嚴格執行這些規章制度，并要求崗位員工遵守各項安全操作規程，學習長距離管道輸氣的知識，解決生產實際問題。

4.2.3 實施HSE管理體系

針對天然氣長輸管道系統的特點，對天然氣生產現場的集輸管網系統、集氣系統以及城市用戶等系統進行嚴格的質量管理。按照HSE管理體系的要求，建立基礎資料，并設置專業的安全監督管理人員，發現安全隱患，及時處理。避免發生違章指揮及違章操作的行為，保證健康、安全穩定地完成天然氣輸送的任務。對于石油天然氣生產企業，按照HSE管理體系的要求，合理組織生產施工，并執行二書一表的管理模式，以領導承諾、全員參與的方式，提高安全生產管理水平。保證天然氣輸送全過程的安全，按照管理目標和體系的要求，做好基礎資料的整理工作，及時進行安全風險評估，實施風險管理，制定事故應急預案，并實時進行應急演練，一旦發生安全生產事故，能夠將損失降到最小，使天然氣生產企業減少損失。HSE管理體系是比較成熟的安全管理體系，針對天然氣長距離管道輸送系統的特點，采取必要的改進措施，優化管理體系的內涵，使其滿足長輸管道的需要。對于天然氣的生產過程實施安全管理，減少各種跑冒滴漏的現象，避免造成環境污染，防止引起火災、爆炸等事故的發生，達到天然氣長輸管道系統的安全管理目標，提高天然氣生產企業的經濟效益[4]。

5 結論

通過對焊接及管道檢測過程中的危險有害因素分析以及安全檢查表確定工作中的危險源，確認施工、檢測及維護過程中的重點、難點，確認安全管理制度，選擇最佳施工地質條件，做好施工現場保護措施。確認天氣環境，密切關注周邊氣候情況，避免施工時遇到不安全的天氣狀況。確保施工器械、檢測儀器和施工車輛安全狀態，設備出現問題需要及時檢修。確認施工人員和檢測人員的工作狀態，建立完善的獎懲制度，避免由于施工和檢測人員的不安全狀態、不安全行為出現施工、檢測問題，導致事故發生。

根據項目工程中應用的主要檢測方法，射線檢測以及超聲波探傷檢測的檢測情況對比，超聲探傷檢測結果更加全面，檢測度更加靈敏并且操作更加方便，檢測結果易保存，所以在未來的無損檢測行業發展超聲波相控陣探傷檢測將是主要的發展方向。

在實際工作中，對焊接質量進行無損技術檢驗，可以預防一些焊接缺陷問題出現，是保證其安全運行的重要措施。因此在實際工作中，應該重視無損技術的應用，確立好天然氣管道工程的安全控制措施，以保證長輸氣管的在安裝以及運行過程中的安全。