城镇燃气管道事故原因与检测方法

2020-09-02杨明翰黄泽王超刘晓华刘延雷

石油和化工设备 2020年8期

杨明翰，黄泽，王超，刘晓华，刘延雷

（杭州市特种设备检测研究院，浙江杭州 311100）

2010年国家质检总局颁布了TSGD7004-2010《压力管道定期检验规则-公用管道》，明确规定GB类公用管道需要进行定期检验[1]。燃气管道一般深埋地下，无法直观地进行检验，且城镇燃气管道的管径相对长输燃气管道过于细小，应用现行检测方法对内部检测无法实施。另外城镇干扰因素相对复杂，车流量等条件使得深埋地下的城镇燃气管道检验相对困难，以上原因使大部分检验机构未对使用压力≤0.4MPa的埋地城镇燃气管道进行定期检验。

1 发展现状

2018年，中国天然气表观消费量达2803亿立方米，其中工业燃料占比38.6%，城镇燃气占比33.9%[2]。中国埋地燃气管网目前已覆盖全国31个省市、自治区。截之2019年底，城镇燃气管道总长度已超过70万公里，随着城镇化发展，尤其是人口密集的城镇，埋地燃气管道地下纵横交错，不断扩大、更替，其事故发生几率逐渐增加。

图1 叠前噪声去除前（上）后（下）叠加剖面

城镇管网2017年全国共31个省市自治区发生过270起燃气事故，2018年全国31个省市自治区发生274起燃气事故，2019年全国29个省市自治区发生259起埋地燃气管道事故[3]（如图1）。近三年燃气管道事故呈现发生地域广、频次高等特点。

2 事故原因分析

2.1 管道材质

燃气管道发展初期主要采用铸铁管道进行输送，由于铸铁管道易泄漏、断裂、难恢复等缺点，逐步被钢质管道取代，然而钢管抗腐蚀能力较弱，易发生腐蚀穿孔导致事故发生。为降低建设成本，更好地应对腐蚀环境，目前部分中压管道采用聚乙烯材质。聚乙烯管道具有价格便宜、耐腐蚀、施工简单、延展性良好等优点，但易因外载荷导致管道断裂。

2.2 管道防腐

2.2.1 钢质管道外表面防腐

埋入地下的钢管在潮湿的环境下腐蚀减薄，造成燃气泄漏，严重时发生火灾、爆炸等危险。石油沥青作为最早防腐材料，由于物理性能差，凝结的沥青会因外力成片脱落等缺点被淘汰（如图2）；添加玻璃丝布沥青或环氧煤沥青能有效解决粘结力的问题，但随着时间延长玻璃丝布会老化损坏，起不到加固的效果（如图3）；此后发展的环氧粉末防腐蚀性能好、粘结力强、强度高，得到了大量应用。随着长输管道及穿越管道的应用，PE防腐技术不断发展，已成为目前主要的防腐措施，但施工回填过程易划伤、施工质量参差不齐，均为燃气管道留下不同程度的安全隐患（如图4、图5）。

图2 石油沥青防腐层破损

图3 石油沥青三油四布破损

图4 PE防腐层破损

图5 PE防腐层补口处防腐层开裂

2.2.2 钢质管道辅助防腐

目前，辅助防腐主要采用牺牲阳极[4]和强制电流[5]两种方式。牺牲阳极通过在地下埋设镁或锌棒，牺牲自己对管道保护，这种方法所需场地小，施工简单，应用比较广泛，对于地形无任何要求。牺牲阳极体积一般有限，驱动电位较低，提供保护的管段距离较短并随着使用时间的延长牺牲阳极体积也会逐渐减少，因此需经常更换阳极包；外加强制电流阴极保护是通过外部电源来改变管道运行环境的电位，使需要保护的管道电位一直低于周围环境的状态下，管道不会失去电子而发生腐蚀，实施这种保护需要很大的电位设备进行整合电流加持在管道上，维护费用高，设置失误会引发杂散电流干扰，形成过保护进而产生防腐层阴极剥离或者管材的氢脆。

2.2.3 杂散电流

土壤中的杂散电流会通过管道某一部位进入管道，并在管道中移动一段距离后从管道防腐层破损处离开回到土壤中，这些电流离开管道的地方会发生腐蚀，也因此被称为杂散电流腐蚀[6]。杂散电流进入管道的部分，管道得到电子为阴极被保护；杂散电流离开会带走电子，流出管段会发生腐蚀。根据电化学腐蚀的特点，埋地钢制管线失去电子的阳极区会因土壤潮湿，而发生明显的电化学腐蚀现象。杂散电流会把钢制管道电解成氧化物、盐类等，杂散电流的集聚效应，会在短时间内使管道形成电击弧坑最终导致管道腐蚀穿孔。杂散电流腐蚀发生的几率虽然不高但破坏性巨大。

2.3 第三方破坏引发事故

随着轨道交通的大发展，尤其是地铁等环线的建立，挖掘工程增多，对埋地燃气管道威胁越来越大。近十年第三方破坏燃气管道设施的事故呈递增趋势。燃气工程顶管施工、其他埋地管道铺设、桥墩建造、地铁施工都成为第三方破坏的主要方式。

3 检测监测方法

3.1 检测方法

由于城镇燃气管道管径小、压力低、缺少必要的辅助设备（收发球筒），目前广泛应用于长输管道的漏磁检测方法不能得到应用。另外输送介质经过净化装置，不存在硫化物、水气等杂质，通常不考虑介质的内腐蚀作用，所以外防腐质量是城镇埋地燃气管道的主要检测项目。目前通用的检测技术主要包括直流电位梯度法[7]、交流电流衰减法[8]、密间隔电位测试法[9]、杂散电流检测、电火花检测等。对不同的防腐方式，各检测手段效果见表1，对不同的覆土层，各检测手段优缺点见表2。

表1 不同防腐方式下各检测手段效果

表2 不同的检测手段对不同检测路面的效果

根据多年检测实践，对于开挖管道需要进行电火花检测，可有效检测防腐层针孔（如图6、图7）。

图6 宏观检测发现外防腐层完好

图7 电火花检测，发现防腐层存在针孔

3.2 监测方法

对于第三方破坏，燃气公司应加强日常巡检力度，确保在埋地燃气管道处施工时能及时会签管道信息，避免施工过程中对管道的破坏，此外还可建立地理信息系统以方便燃气公司对本地区燃气管道信息的掌握，同时可通过城市数据建立完善的企业GIS系统（图8），及时更新城市扩张数据，减少其对埋地管道的影响，起到更好保护管道安全的作用。