管道穿越道路的可靠性評估

郭雪松　宋皓潔

【摘 要】 穿越道路管道的可靠性是保證長輸管道的可靠的重要影響因素，為有效的預防穿越道路管道的突發(fā)性事故，需要合理的運用評價方法對管道穿越道路的可靠性進行評估，從而實現(xiàn)經(jīng)濟和社會效益。本文通過對管道穿越道路安全性及相關因素進行分析，運用管道穿越道路的應力和強度的方法，對管道穿越道路的載荷和穿越道路管道進行安全分析及評估。密切關注服役多年的穿越道路管道，滿足一定埋深條件下可以取消新建的穿越道路管道的套管。

【關鍵詞】 管道；穿越道路；可靠度；失效分析；評估；綜合評判

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，管道輸送的可靠性越來越受到重視，在施工中要求管道要具備安全、高效的性能以避免因事故導致經(jīng)濟損失和危害環(huán)境的后果。目前我國穿越道路的管道從設計到施工都存在著很多問題，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，公路鐵路的建設增多，對管道穿越帶來了巨大的影響，管道受到來自第三方破壞、管道施工缺陷、管材初始缺陷、管道內外腐蝕等因素的影響，管道的承受的應力在增加的同時其強度卻在逐漸降低，可靠性也在隨之出現(xiàn)下滑趨勢。因此加強對管道穿越道路的研究是迫在眉睫的。

一、管道穿越道路的可靠性概述

可靠性是指產品在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。可靠度是用概率來對可靠性進行度量的概率。管道穿越道路系統(tǒng)可靠性是指穿越道路管道系統(tǒng)在一定的壓力、溫度等條件作用下，在其設計壽命內，完成規(guī)定輸送任務的能力。通過計算管道穿越道路的設計、施工、試壓、投產、運行經(jīng)驗、事故數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對管道穿越道路的可靠性進行有效評估。管道穿越道路系統(tǒng)可靠性主要通過穿越道路管道平均無故障運行時間、穿越道路管道平均維修時間、穿越道路管道故障率入、穿越道路管道可靠度、穿越道路管道的失效概率廠陽、穿越道路管道可用度等評價指標來計算得出。穿越道路管道系統(tǒng)的可靠性是一種綜合屬性。

二、管道穿越道路的浴盆效應

長輸管道穿越道路的管段事故率在試壓投產運行后會經(jīng)歷“浴盆曲線”的三個階段，一是管道投產初期事故多發(fā)階段，它主要會出現(xiàn)因管材質量和設計缺陷等而導致的管道內在質量隱患。二是管道進入穩(wěn)定工作期的事故率穩(wěn)定階段，這時因管道穿越道路結構自身問題導致的事故數(shù)減少，腐蝕、外力等外在運行行環(huán)境因素對穿越道路管道造成的危害比較多。三是因管子結構和管子設備老化而事故率上升階段，因管材質量、施工質量、輸送的介質及與防腐涂層等因素使得在穿越道路管道壽命后期管道腐蝕及磨損造成的事故增多。管道進入穩(wěn)定工作期內的穿越道路管道的事故率是工程中要特別注重的，在對管網(wǎng)系統(tǒng)進行計算和可靠性分析時，主要研究穩(wěn)定階段的管道系統(tǒng)。

三、穿越道路管道的埋地方式

管道穿越道路有兩種埋地方式，一種是埋地式，另一種是涵洞式。埋地式主要包括無套管穿越和有套管穿越兩種，對于無套管管道穿越道路時，要埋深大于1米，并強化管道的絕緣及防腐等級，避免管線的對接焊縫。對于有套管管道穿越道路時，一般采用裸鋼管或水泥涵管做為套管，通過不固定或固定的結構形式對套管與內管進行連接，并能過絕緣材料進行支撐，且保護套管的管頂至路面的埋深同樣要大于1米、加強絕緣防腐等級。管線在出現(xiàn)平面轉點時，轉點與公路路肩邊緣的距離要大于2米。管道穿越鐵路時必須要用鋼筋混泥土套管來對管道進行有效保護。鋼筋混泥土套管內直徑一般要比管道外徑大200毫米，并需要加強管道的絕緣防腐，杜絕對接焊縫的產生。有套管的管道結構在受力上具有合理性， 在腐蝕控制、安裝成本等方面卻存在一定的缺陷。涵洞式管道穿越道路時，管道系統(tǒng)的外在環(huán)境較好，具有在結構上可靠性高的優(yōu)點。但是在造價成本上卻比較高。

四、管道穿越道路的失效分析

造成管道失效的因素是多方面的，包括腐蝕、第三方破壞、設計因素、操作因素、和材料缺陷等等。其中腐蝕和第三方破壞是造成穿越道路管道失效最重要原因。穿越道路管道設計安全系數(shù)選取太低會造成管道設計階段的失效。通常采用確定性的設計方法來設計穿越道路管道的強度，管線的強度設計可以按照管材的許用強度對管線的壁厚進行設計，由此計算出穿越道路管道的最大允許操作壓力。如果出現(xiàn)實際操作壓力超過管線設計的最大允許的操作壓力的情況，穿越道路管道就會破裂從而失效。穿越道路的管道如果在錯誤的力學模型下建立會使得穿越道路管道所受的應力的計算結果與實際所受的應力差別比較大，為管道運行埋下安全隱患。在穿越道路管道的制造環(huán)節(jié)造成管線失效的原因主要來自于二個方面，一個是穿越道路管道管材本身質量存在缺陷，如圓管橢圓度不合理、圓管的壁厚不均勻、和管線焊接中焊縫的機械性能不能滿足母材的要求及焊料未能保持干燥以及焊料上有沾污物和銹層等等；另一個是在施工時沒有做好管材的檢驗，在管材不合格的情況下進行施工。在管線施工環(huán)節(jié)造成的管線失效主要包括：管線的運輸與儲運、管線的鋪設，管線的焊接、管線的回填等操作過程。在穿越管線的儲運、運輸中不恰當?shù)奶幚頃构芫€遭受機械損傷或是發(fā)生永久變形。在穿越管線的鋪設過程中因施工要求不嚴格，不能實現(xiàn)內部管道處于卜燥無水的環(huán)境，且管道的焊接質量不好等都是造成管線失效的重要原因。在使用環(huán)節(jié)造成穿越道路管道失效的因素主要包括由于重型車輛敲擊路面，造成管道變形等人為原因和土壤、地震、腐蝕等自然原因兩個方面。第三方破壞造成的失效主要表現(xiàn)在非管道職工所作的、自然原因造成管道系統(tǒng)的破壞。包括：車輛翻越、車輛超重、災害性風暴、洪水、泥石流、滑坡、塌方等等。

五、穿越道路管道可靠性評估

對穿越道路管道在腐蝕狀態(tài)下的安全性進行分析并綜合各種因素，對穿越道路管道進行可靠性評估是非常有必要的。通過對在各種因素影響下的現(xiàn)役穿越道路管道的狀態(tài)進行可靠性分析，來確定穿越道路管道的可靠度和穿越道路管道的最大操作壓力以及穿越道路管道的最大載荷壓力，可以判斷穿越道路管道是否能夠繼續(xù)被使用。穿越道路管道是長輸管線中的重要環(huán)節(jié)，其管線的失效受到眾多因素的影響。如腐蝕、斷裂、失穩(wěn)、疲勞、屈曲等。通過對局部腐蝕穿越道路管道的剩余強度進行分析、對穿越道路管道應力和外載荷進行分析可以對具有腐蝕缺陷的穿越道路管道進行安全評估。對于無套管穿越道路管道其因環(huán)向腐蝕造成的管道環(huán)向應力大于穿越道路管道的環(huán)向剩余強度就會使管道的安全性降低；因軸向腐蝕使得管道的軸向應力大于軸向剩余強度也會降低管道的安全性。對于有套管的穿越公路的管道，安全性則來自于套管的最大允許運行壓力，在壓力承受范圍內剛穿越道路管道安全性高反之則會出現(xiàn)安全隱患。在對穿越道路管道進行安全性評估時還需要采用蒙特卡洛方法進行穿越道路管道的定性評估，來得出穿越道路管道的可靠度。

參考文獻

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