油气管道与城市管网交叉风险识别及解决措施*

2015-11-29姚小静朱元东孙向荣

石油化工腐蚀与防护 2015年5期

姚小静，朱元东，孙向荣

(1.山东省特种设备检验研究院，山东济南 250101;2.山东省油区工作办公室，山东济南，250012)

长输油气管道是输送石油、天然气和成品油等能源的重要运输手段，已成为继公路、铁路、水运和航空之后第五大交通运输方式，油气长输管道选址铺设均按照法律和设计验收标准要求执行。随着城市扩张和人口聚集，后建管线不得不与已建工程的管道相邻(平行、斜接或交叉)，甚至在局部地段还要通过“公共走廊”［1］6。目前油气管线与市政管网的矛盾冲突在全国成为一个普遍现象，而管道运行寿命呈“浴盆曲线”。目前中国正处于新一轮油气管网建设高峰期，又有相当比例的管道进入老龄化，油气管道泄漏事故也处于高发期，两相叠加，风险陡增，一旦发生事故，往往会带来巨大的人员伤亡和经济损失，同时产生恶劣的社会影响。如何保障临近生活区或化工区油气管道与城市管网并行或交叉的安全运行是目前急需解决的问题。结合长输管道检验实例，从风险分析的角度介绍了油气管道非开挖检测及评价技术。

1 基于风险的检验

基于风险的检验(RBI)是一种追求系统安全性与经济性统一的理念与方法，它是在对系统中固有的或潜在的危险发生的可能性与后果进行科学分析的基础上，给出风险排序，找出薄弱环节，以确保本质安全和减少运行费用为目标，优化检验策略的一种管理方式［2］。实施RBI 检测目的有3 个方面:(1)提高设备的安全性、可靠性;(2)提高安全管理水平及合理配置维护;(3)检验资源。

1.1 风险与危险的关系

风险是一种不确定性，是为获取某种收益而不得不遭受某种损失的可能性。它有可能会向坏的方向发展，也有可能向好的方向发展，即使发生了，其影响程度也可能不同，因而影响其损失发生的概率和后果;而危险则不一样，它的发生只会产生不利结果，如果不及时解决，会导致毁灭。人们能够化解风险，却无法改变危险，主要是看风险发生的概率和破坏程度。为了将风险将至最低，需摸清风险的影响因素，进而选择合理的方法进行降低或消除［3］。

1.2 管道风险评估

管道风险评估(管道完整性管理)是目前较为流行的一种管理方式，分为定量、定性、半定量和半定性，被大家广泛采用的是美国W.Kent Muhlbauer 编写的《管道风险管理手册》(肯特管道风险评分法)［4］。从影响管道安全运行的4 个方面半定量地进行了风险评估，同时结合泄漏指数计算出相对风险比率，进而确定管道所处的风险状态，其相对风险比率为0～2 000，数值越高，说明其越安全。该风险评估有利于检验机构和管道使用单位进行管道的完整性管理，避免出现盲目检修，造成“开挖易腐，越挖越腐”现象，提高管道的检验效率，降低企业管理成本。

2 管道风险因素识别及解决措施

城市管网主要有供排水管道、燃气和热力公用管道和通讯等电力电缆管道等管道，长输油气管道与城市管网管道并行或交叉，互相影响。通过风险分析，认为交叉并行的主要风险因素有杂散电流腐蚀、交直流干扰和施工维护产生的次生危害。

2.1 交流杂散电流腐蚀

2.1.1 腐蚀危害

高压交流输电线路发生故障时，在故障位置会有很大的瞬时电流，根据交流输电线路的等级不同，瞬时电流大小不等，电流大时能达到几十到几千安培。故障电流入地会使地电位抬升，击穿附近埋地管道防腐蚀层或管体，击伤管道上正在维护维修的工作人员，对维修人员造成伤害;同时防腐层蚀漏点处，感应的交流电流泄漏到大地中，造成管道的交流杂散电流腐蚀。通常管道上的交流腐蚀速率比直流腐蚀速率大很多，如1 A 直流杂散电流在一根钢管上流进流出，1 a 内将导致大约10 kg 金属的蚀失［5］，即在很短的时间内便会使管道穿孔泄漏，造成财产损失及人员伤亡;其次若防腐蚀层有漏点，电流流入管道可能损害管道设施，如绝缘法兰、绝缘接头或恒电位仪等［6］，腐蚀形貌见图1。

图1 杂散电流腐蚀凹坑

2.1.2 交流检测

杂散电流检测仪可以沿管道路线检测管道上任何杂散干扰电流的大小和方向。杂散电流检测仪检测图上能表明什么地方是电流流入点、什么地方是流出点，利用这种信息在适当的地点或区域采取措施可以减缓管道上杂散电流的干扰。当实施了缓解措施后，杂散电流检测仪还可评估缓解措施是否成功。它还可以用来测量管地电位(借助于参比电极)，自动记录管地电位随时间的变化，从电位的分布上判断是否存在杂散电流干扰，2007 年曾成功地在聊泰线上实施了检验。

2.1.3 腐蚀防护

交流干扰防护主要有接地、屏蔽、隔离和等电位等方法，实践中，一般优先使用接地排流作为防护措施，GB/T 50698—2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》根据地床与管道的连接方式，排流法主要分为直流排流、固态去耦合排流和负电流排流3 种。何骁［1］13通过实验证明了:(1)直接排流即将干扰管道与地床直接用导线连接起来进行排流。该法排流效果好且简单经济，不过容易造成阴极保护电流流失，适用于阴极保护的管道;(2)用牺牲阳极代替直接排流时的地床，就是负电位排流，阴极效果比较好。造价较高，且可能存在极性逆转问题;(3)隔直流排流即在直流排流回路中串入阻隔直流电流元件，达到阻止阴极保护的目的。其中隔直流排流采用的钳位式排流不仅能阻止保护电流的泄流，还可利用部分干扰电压作阴极保护，隔直流措施在实际应用中被公认为效果最好的方式。不过应该注意，钳位式排流要求接地材料和被保护构筑物材料相同以避免存在电位差，否则可能严重地影响排流后的直流到位，影响防护效果。

2.2 交叉部位腐蚀状态检测

腐蚀是造成油气管道失效的第二大因素，而盲目开挖，往往会造成“开挖易腐，越挖越腐”的现象，因此应尽量避免不必要的开挖。在城市管网交叉(并行部位)邻近区域，城市地下金属物较多，干扰因素较多，相比较野外地下管道定位难度非常大，单一设备无法精确腐蚀位置及状态，姚小静等［7］结合实际检测实例，讨论了精确确定油气管道防腐蚀层破损位置腐蚀状态的检测方法。

2.2.1 管道定位及外防腐蚀层状况检测

为了确保检测是在管道的正上方，应先采用RD4000 管道定位仪或雷达进行管道定位后，采用PCM+管线防腐层探测仪“A 字架”确定管道防腐蚀层破损点。

2.2.2 破损点严重性与阴阳极状态判断

有效地判断管线外防腐蚀层破损点的严重性和阴阳极状态是确保有缺陷管道安全运行的重要因素。采用杂散电流测绘仪(DCVG)和SCM 杂散电流测绘仪确定缺陷点的严重性与阳阴极状态。在一般情况下，采用DCVG 即可。破损点具体位置与电位的关系顾宝珊等认为［8］电位梯度小于50 mV，防腐蚀层状况良好。聊泰线现场检验开挖验证过程中发现破损点在管道上下左右分布，示意图见图3。破损点在管道正上方4 处，地表2 处的电位与管位一致;破损点在管道左边5处，地表1 处的电位最大;破损点在管道右边6处，检漏仪定中心点在地表3 处;破损点在管底7处，泄漏电流分别由5 处和6 处辐射到地表，l 和3 处均有电位，且相等。

图2 破损点在管道上下左右位置

在进行聊泰线定期检验过程中发现多处并行与交叉管线，且防腐蚀层存在不同程度的破损，还发现更严重的机械损伤凹坑，见图3。

图3 交叉管道处发生凹坑腐蚀

2.3 交叉(并行)管线应力分析

长输油气管线受到的应力主要是由内压引起的环向应力。管线弯曲变形造成了弯曲应力(如土壤条件发生变化)和几乎忽略不计的径向应力。由此可见，只有弯曲应力才是影响管线安全运行的主要应力。长输管线采用弹性铺设，且埋在冻土层以下，设计阶段已经考虑了铺设环境的载荷条件，但若城市管网为后期建设时使得油气管线由埋地铺设变为架空方式，往往会存在较大的弯曲应力，从而存在应力集中区，见图4。同时若介质、环境条件满足，则可能发生应力腐蚀开裂或者应力开裂。