埋地鋼制天然氣管道全面檢驗(yàn)及安全評(píng)估的工程實(shí)踐

范成龍

（廈門市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，福建 廈門 361004）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程不斷加快，環(huán)境不斷惡化，為此人們對(duì)清潔能源的需要不斷增加。天然氣作為清潔能源已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓家，成為市民生產(chǎn)和生活不可或缺的一部分。然而作為天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕d體—埋地管道的安全不可忽視。據(jù)《中國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)年鑒2013》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2012年底，我國(guó)城市地下燃?xì)夤芫W(wǎng)總長(zhǎng)度超過37.6萬公里[1]，數(shù)量還在不斷增加，其安全性不僅關(guān)系到人們的人身安全，而且對(duì)安全生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響。由于城市人口密度高，情況復(fù)雜，一旦發(fā)生燃?xì)飧g泄漏，危險(xiǎn)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(rèn)定為責(zé)任事故，事故共造成63人遇難，156人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5億元[2]。文中依據(jù)國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)在用一條使用超過10年的燃?xì)饴竦劁撝乒艿肋M(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估、全面檢驗(yàn)、安全隱患風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，科學(xué)安全評(píng)估管道的實(shí)際使用狀況，根據(jù)檢驗(yàn)及評(píng)估結(jié)果，提出保障鋼制燃?xì)夤艿腊踩a(chǎn)的若干建議，也為類似的鋼制燃?xì)夤艿赖陌踩芾砉ぷ骷皠?chuàng)新與發(fā)展提供合理化的參考。

1 管道檢驗(yàn)的現(xiàn)狀

檢驗(yàn)管道長(zhǎng)度為1385m，如圖1所示，該管道為螺旋鋼管，材質(zhì)為Q235B，規(guī)格為Φ219mm×6mm，于2007年7月投入使用，輸送介質(zhì)為天然氣，設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa，輸送壓力為0.2MPa～0.3MPa，屬于中壓燃?xì)夤艿馈?/p>

圖1 管道檢驗(yàn)概況圖

2 管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估

依據(jù)GB/T 27512-2011《埋地鋼制管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法》對(duì)該管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估人員主要由有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)員、材料與腐蝕專業(yè)人員、管道工藝專業(yè)人員、使用管理人員等技術(shù)人員組成。評(píng)估人員對(duì)該管道的設(shè)計(jì)、施工、竣工檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)以及日常安全管理等進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得出以下結(jié)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(fēng)險(xiǎn)值R=S×C=5650.7，所評(píng)價(jià)管道的風(fēng)險(xiǎn)值在[3600,7800）內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等風(fēng)險(xiǎn)絕對(duì)等級(jí)。

（2）失效可能性方面，該條管線位于經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。人口密度、地面交通繁忙程度、管道標(biāo)識(shí)、巡線方式是第三方破壞(S31)的主要因素；管道的腐蝕評(píng)分(S32)方面，外防腐層的評(píng)分和陰極保護(hù)系統(tǒng)的評(píng)分兩項(xiàng)較低；設(shè)備的檢驗(yàn)與維護(hù)保養(yǎng)使得設(shè)備及操作的評(píng)分項(xiàng)(S33)得分不高；自然災(zāi)害的防范和管道的檢測(cè)與評(píng)價(jià)是管道本質(zhì)安全質(zhì)量(S34)得分低的主要項(xiàng)目。

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

3 全面檢驗(yàn)過程

3.1 資料審查狀況

由于建設(shè)年代已久，已經(jīng)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(jiān)督檢驗(yàn)資料，工程竣工資料以及定期檢驗(yàn)等重要資料不全，這不僅增大了檢測(cè)難度而且有可能導(dǎo)致部分管道無法進(jìn)行真實(shí)有效的檢測(cè)評(píng)估或漏評(píng)估；

（2）部分管線及閥門進(jìn)行更換，未見相關(guān)施工及竣工資料；

（3）未見歷年年度檢查報(bào)告；

（4）部分運(yùn)行及巡檢記錄的人員簽字未持有特種設(shè)備壓力管道操作人員證。

3.2 宏觀檢查

依據(jù)公用管道定期檢驗(yàn)規(guī)則，對(duì)管道沿線進(jìn)行宏觀檢測(cè)，檢驗(yàn)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(dá)到-850mv（vs.CSE），但相關(guān)記錄均符合要求；

（5）電位、電流測(cè)試樁已經(jīng)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?xì)庑孤┈F(xiàn)象，最大濃度為5630ppm；

（8）管道沿線標(biāo)志遭到破壞，部分管道標(biāo)識(shí)嚴(yán)重偏離管道的真實(shí)位置。

以上存在的問題均不符合GB 50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)設(shè)計(jì)及安裝標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 管道敷設(shè)環(huán)境調(diào)查

依據(jù)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程建議》規(guī)范對(duì)管道沿線三處（如圖1所示）土壤腐蝕性進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 土壤腐蝕性抽樣結(jié)果表

由于部分管線存在電纜及變電柜，因此對(duì)管線在道路1路口及道路3路口這兩處進(jìn)行雜散電流監(jiān)控。檢測(cè)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 道路1路口雜散電流監(jiān)控

圖3 道路3路口雜散電流監(jiān)控

敷設(shè)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果如下：

（1）土壤腐蝕性：經(jīng)檢測(cè)以上三處土壤腐蝕性等級(jí)分別為2級(jí)、3級(jí)、3級(jí)；另外，依據(jù)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》方法對(duì)土壤電阻率進(jìn)行測(cè)試，有一定的局限性，因?yàn)樵诔擎?zhèn)燃?xì)夤艿乐?，管道表面土壤大多為花卉土壤，不能代表管道敷設(shè)的真實(shí)環(huán)境，因此需要根據(jù)開挖情況進(jìn)行修正。

（2）雜散電流監(jiān)控：道路1路口管地電位波動(dòng)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(hù)措施，但管地電位(不包括IR降)未達(dá)到-850mv（vs.CSE）要求，應(yīng)加強(qiáng)陰極保護(hù)措施；交流干擾電壓平均值為0.05V，小于4V，無需采取防護(hù)措施；道路3路口管地電位波動(dòng)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(hù)措施；交流干擾電壓平均值為0.14V，小于4V，無需采取防護(hù)措施。

3.4 管道沿線外防腐層不開挖檢測(cè)

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

圖4 管段1管道防腐層評(píng)估圖

圖5 管段2管道防腐層評(píng)估圖

圖6 管段3管道防腐層評(píng)估圖

圖7 管道埋深檢測(cè)圖

防腐層不開挖檢測(cè)結(jié)果：

經(jīng)檢測(cè)電流泄漏點(diǎn)為19個(gè)，分三段進(jìn)行管道防腐層評(píng)估，外防腐層等級(jí)分別為2級(jí)、1級(jí)、1級(jí)。由于管道采用犧牲陽極做陰極保護(hù)，檢測(cè)過程無法斷開犧牲陽極，檢測(cè)電流泄漏點(diǎn)可能是犧牲陽極位置也可能是防腐層破損點(diǎn)位置，需要進(jìn)一步開挖分析驗(yàn)證。此外犧牲陽極會(huì)造成檢測(cè)電流損失，因此外防腐層等級(jí)分析結(jié)果具有局限性。對(duì)管道沿線埋深進(jìn)行檢測(cè)，未見異常。

3.5 管道沿線保電位測(cè)試

根據(jù)管道資料審查、宏觀檢測(cè)、防腐層不開挖檢測(cè)等檢測(cè)結(jié)果，依據(jù)GB/T 19285-2014《埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)工程檢驗(yàn)》采用cips進(jìn)行管道沿線保護(hù)電位測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

圖8 管地電位檢測(cè)圖

檢測(cè)結(jié)果：由于采用犧牲陽極保護(hù)，無法斷開，采用cips檢測(cè)就無法對(duì)管道電流進(jìn)行通斷，測(cè)試的電位包括管道的的IR降。經(jīng)檢測(cè)管道的保護(hù)率為29.3%（包括IR降），依據(jù)管道PCM漏電點(diǎn)分析，漏電點(diǎn)19處，其中9處判斷為犧牲陽極。

3.6 直接開挖檢測(cè)

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

開挖點(diǎn)1檢測(cè)結(jié)果：該開挖點(diǎn)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(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)防腐膠帶有輕微脆化現(xiàn)象，粘結(jié)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(shí)在管道螺旋焊縫兩側(cè)進(jìn)行壁厚測(cè)量，管道最大減薄量為：6.00mm-5.80mm=0.20mm，未見明顯減薄現(xiàn)象。管道設(shè)計(jì)及竣工資料為3PE防腐，開挖結(jié)果為熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞。

開挖點(diǎn)2檢測(cè)結(jié)果：該開挖點(diǎn)為管線直段部位（與熱力管道交叉），管體防腐層為熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)防腐膠帶有輕微脆化現(xiàn)象，粘結(jié)力一般，色澤略暗。檢測(cè)出5個(gè)大小直徑約10mm防腐層破損點(diǎn)（如圖9所示），對(duì)破損點(diǎn)進(jìn)行壁厚檢測(cè)及外觀檢測(cè)，未見明顯腐蝕，應(yīng)修復(fù)。對(duì)管道進(jìn)行壁厚測(cè)量，管道最大減薄量為：6.00mm-5.85mm=0.15mm，未見明顯減薄現(xiàn)象；對(duì)管道進(jìn)行管地電位檢測(cè)為-832mv（vs.CSE），未達(dá)到-850mv，應(yīng)補(bǔ)增犧牲陽極。管道設(shè)計(jì)及竣工資料為3PE防腐，開挖結(jié)果為熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，與設(shè)計(jì)不符。

圖9 開挖點(diǎn)2防腐層破損點(diǎn)圖

開挖點(diǎn)3檢測(cè)結(jié)果：該開挖點(diǎn)為管線三通部位，管體防腐層為外熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，三通往東方向未見膠帶防腐，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)防腐膠帶有輕微脆化現(xiàn)象，粘結(jié)力一般，色澤略暗。三通焊縫部位發(fā)現(xiàn)較大面積膠帶防腐脫落，有局部腐蝕現(xiàn)象如圖10所示），應(yīng)該修復(fù)防腐層。對(duì)管道進(jìn)行壁厚測(cè)量，管道最大減薄量為6.00mm-5.65mm=0.35mm，未見明顯減薄現(xiàn)象；對(duì)管道進(jìn)行管地電位檢測(cè)為-842mv（vs.CSE），未達(dá)到-850mv，應(yīng)補(bǔ)增犧牲陽極。管道設(shè)計(jì)及竣工資料為3PE防腐，開挖結(jié)果為熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末涂層+膠帶纏繞，部分只有外涂層防腐，與設(shè)計(jì)不符。

圖10 開挖點(diǎn)防腐層破損圖

4 管道基于風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

為降低管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少事故的發(fā)生，減少對(duì)居民安全生產(chǎn)的威脅，應(yīng)采取“早發(fā)現(xiàn)，早治療”的原則，依據(jù)GB/T 34346-2017《基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣管道安全隱患分級(jí)導(dǎo)則》對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4.1 評(píng)價(jià)方法的選擇

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及全面檢驗(yàn)的結(jié)果，判斷該管道存在較大安全隱患，采用二級(jí)評(píng)估方法。二級(jí)評(píng)價(jià)流程如圖11所示。

圖11 二級(jí)評(píng)估流程圖

4.2 管道單元的劃分

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估、管道歷次泄漏事故記錄以及全面檢測(cè)結(jié)果，對(duì)管道進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑瑔卧獎(jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)單元，單元一為除閥門井外的埋地管道，單元二為閥門井內(nèi)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(shù)據(jù)來源為管道全面檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)，管道的基本屬性信息，管道運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)與記錄，管道外部環(huán)境信息等。失效概率POF為0.00028，可能性分析過程主要參數(shù)如表2所示。

表2 管道單元一失效概率POF主要參數(shù)計(jì)算表

失效后果分析：失效后果分析用于確定管道對(duì)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(duì)周邊人員造成傷害等潛在影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行的，同時(shí)也考慮管道的失效導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失以及對(duì)企業(yè)的影響。分析泄漏類型為小孔破裂情景。燃?xì)庑孤┤藛T傷害后果面積為113.04㎡。

風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算：依據(jù)失效后果分析與失效可能性分析，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)值為2.81x10-6，其中失效概率為0.27x10-3，點(diǎn)燃概率為0.001，人員傷害后果損傷面積為113.04㎡，傷害區(qū)的人口密度為0.09人/㎡。依據(jù)個(gè)體可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算值小于10-5，結(jié)論為可接受風(fēng)險(xiǎn)；依據(jù)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則（F-N曲線），結(jié)論為可接受風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 管道單元二失效危險(xiǎn)性分析

管道單位二為閥門井內(nèi)的管道，作為有別于埋地管道作為單獨(dú)單元進(jìn)行分析，是依據(jù)全面檢驗(yàn)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估以及歷年閥門井的泄漏事故進(jìn)行分析。

閥門井的失效概率：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算管道失效概率為0.00085，可能性分析過程主要參數(shù)如表3所示。

表3 管道單元二失效概率POF主要參數(shù)計(jì)算表

閥門井失效后果分析：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出管道人員傷害后果面積為1256㎡。

風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算：依據(jù)失效后果分析與失效可能性分析，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)值9.6x10-5，其中失效概率為0.85x10-3，點(diǎn)燃概率為0,001，人員傷害后果損傷面積為1256㎡，傷害區(qū)的人口密度為0.09人/㎡。依據(jù)個(gè)體可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算值大于10-5，小于10-3，結(jié)論為可容忍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；依據(jù)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則（F-N曲線），結(jié)論為盡可能降低區(qū)。

5 結(jié)語

通過管道的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)估、全面檢驗(yàn)、安全隱患風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，得出管道檢驗(yàn)結(jié)論為保持原參數(shù)下允許使用，下次檢驗(yàn)周期為6年，但應(yīng)完善做好以下工作：

（1）增強(qiáng)巡線力度，氣體泄漏檢測(cè)等措施減小失效可能性，降低管道風(fēng)險(xiǎn)值。此外，加強(qiáng)與公安部門、居民委員會(huì)等部門的密切聯(lián)系，對(duì)沿線居民加大管線安全宣傳力度、對(duì)施工單位做好安全交底，進(jìn)一步降低管道絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

（2）使用單位應(yīng)完善補(bǔ)充管道的技術(shù)檔案，特別是影響管道安全的安裝監(jiān)督檢驗(yàn)資料，工程竣工資料、定期檢驗(yàn)資料、管道維修資料等，便于隨時(shí)查閱。

（3）加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行及巡線人員的管理，所有操作人員應(yīng)持有特種設(shè)備壓力管道操作人員證，并定期進(jìn)行專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，落實(shí)崗位責(zé)任制與獎(jiǎng)懲制度。

（4）對(duì)于管道存在間距不足、占?jí)旱葰v史遺留問題，符合條件的進(jìn)行路線改造，不能改造的應(yīng)進(jìn)行保護(hù)安全措施，如加裝套管或管溝保護(hù)，并加強(qiáng)這部分的巡查力度，并做好相關(guān)記錄。

（5）對(duì)于閥門內(nèi)，腐蝕環(huán)境較為惡劣的環(huán)境，應(yīng)加強(qiáng)閥門井設(shè)施的維護(hù)與保養(yǎng)，結(jié)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(yīng)增加犧牲陽極、確保管道管地電位符合要求，并對(duì)相關(guān)測(cè)試人員進(jìn)行檢測(cè)培訓(xùn)，使之掌握陰極保護(hù)相關(guān)知識(shí)及檢測(cè)影響因素，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效。

（7）完善管道地面標(biāo)示工作，并修復(fù)相關(guān)測(cè)試樁。

（8）管道沿線即將通地鐵，應(yīng)定期進(jìn)行管道雜散電流監(jiān)控工作，至少每半年一次。

（9）閥門井內(nèi)管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為盡可能降低區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)值較大，應(yīng)對(duì)閥門井燃?xì)庑孤┻M(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試閥門應(yīng)包括管道沿線其它設(shè)施的閥門井，以及可能造成燃?xì)饩奂拿芊鈭?chǎng)所，至少每天一次，對(duì)測(cè)試值大于10000ppm的管道，應(yīng)立即進(jìn)行原因分析及搶修，對(duì)于小于等于10000ppm的，也應(yīng)及時(shí)搶修，不能及時(shí)搶修的應(yīng)定期進(jìn)行吹掃，并做好警示標(biāo)示。