城市燃气管网安全性检测与评价

1、城市燃气管网安全性检测与评价阮景红，侯世颖，路民旭，张国安，段蔚，李夏喜1北京科技大学腐蚀与防护中心，北京100083 ；2北京永逸舒克防腐蚀技术有限公司，北京1000111 引言北京市二高压线位于罐站至后俸村，该地段土壤的湿度大，盐碱含量高，属于强腐蚀性土壤。管线压力级别为高压 （P<08MPa），启用年限为 30a，管径为 500ITIB，防腐涂层为环氧煤沥青，管线总长度为2500m ，均未施加阴极保护。随着管道运行时间延长，管道事故时有发生。输气管道，尤其是高压输气管道，一旦破裂，压缩 气体迅速膨胀，释放大量的能量，引起爆炸、火灾，会造成巨大的损失。同时，由于管道所输送的物质为有害

2、 物质，一旦发生泄漏或断裂，就会对其周围的环境和人员产生严重的危害。为全面了解管线的腐蚀状况，确保 燃气管道的安全运行，延长管道的使用寿命，防止燃气管网因腐蚀穿孔而引起泄漏、爆炸等事故，对管线防腐 层、土壤环境腐蚀性、管体等方面进行了检测，并对管线的腐蚀程度和安全性进行了评价。2 检测方法21 防腐层检测防腐层的检测包括地面检测和挖探坑检测两部分。利用 SL一 2088 检测仪探测管道的位置、走向、深度，通过 发射机向地下管道发射一特定的交变电流信号，在防腐层破损处将有漏电信号向地面辐射，并在漏点上方形成 以漏点正上方为中心的球面电位梯度，相对于完好管段和无管道地面具有一定的电位差，通过人体电

3、容法收到 此信号，由此确定破损点的位置，经过比较泄漏电位确定破损点的大小。确定防腐层破损点的位置后，开挖验 证，并观察防腐层的老化程度及粘接力；用电火花仪测量了防腐层的耐电电压。坑内取上、侧、下 3 处测量防 腐层的厚度，每处各测 3 点。利用 SLAY508 变频选频绝缘电阻测试仪测试管道外防腐层绝缘面电阻。22 土壤参数的测量为了解该地段土壤环境的腐蚀性，开挖 5 个探坑，对每个探坑分别测量土壤的电阻率、 pH值、含水率、含盐量、 氧化还原电位、直流杂散电流等与管道腐蚀有关的参数，评价土壤的腐蚀性。23 管体腐蚀状况的测量开挖深坑后，去除管体的防腐层，观察腐蚀形态和腐蚀产物分布，判断腐蚀成

4、分，测量腐蚀坑的面积和深度， 并对管道的剩余壁厚进行检测，每个坑检测 3 组数据，每组对管顶、管底及 “4、”“8”点钟的位置测量管线的剩 余壁厚；对管线的剩余强度进行评价。3 检测结果与评价31 防腐层的防护性能表 1表 3 为防腐层的破损情况，面电阻和防腐效果的测量结果。所检测的25km 距离内共出现了 2 个破损点，破损率为 08 个 km，腐蚀层的完整性和粘结性能比较差。防腐层存在变形、老化、局部剥离甚至严重的损 坏，面且厚度较薄。其中， 4 个探坑内防腐层厚度均小于 2 5nll，另一个探坑内防腐层厚度存在不均匀状 态(最厚处为 83lnln ，最薄处为 4 0mln) 。防腐层的面

5、电阻测量结果表明管段平均绝缘面电阻为3420Q·m2，面电火花仪测量了防腐层的耐电电压均大于5000V，均为合格。综合以上检测数据，依据标准SY T0087-95 和绝缘面电阻对防腐层性能起决定性作用可以得出以下综合评价此管段防腐层存在一定老化、变形现象，防腐层较薄且有破损点，但尚可使用。32 土壤环境的腐蚀性表 4 为对二高压线开挖 5个探坑后测量土壤电阻率、土壤pH 值、土壤含水率、土壤含盐量、氧化还原电位、直流杂散电流等参数的结果，并依据cJJ952003(J273-2003) 标准，对各参数进行了评价 5(受城市的客观原因限制不能得到某些数据及其评价结果 )。从表 4 可以看

6、出，土壤电阻率的评价等级为较弱或中等， pH 值的评价等级 为较弱，含水率的差异比较大，分别为弱或强，含盐量为弱或较弱等级，氧化还原电位为较弱或较强等级，直 流杂散电流的评价等级为较弱。一般来说，在相同的条件下，土壤电阻率、直流杂散电流、氧化还原电位、土 壤含水率对土壤的腐蚀性起主导作用，面土壤的含盐量、 pH 值对土壤的腐蚀性相对影响较小。在评价过程中， 优先考虑决定性因素。综合表 4 的评价结果，图 1 示出了二高压线中所开挖 5 个坑土壤腐蚀性的评价结果。此 地区土壤基本属于中等腐蚀性土壤，但应考虑土壤含水率和微生物腐蚀对管道的影响。3 3 管体的腐蚀状况与评价3 31 按照管道壁厚的安

7、全评价开挖探抗后，去除管体的防腐层，管体表面并没观察到明显的腐蚀坑。表 5 给出了 001 和 003 号坑对应管顶、 管底及 “4、”“8”点钟的位置测量管线的剩余壁厚的结果。从表5 可以看出，管线的壁厚存在一定的不均匀性，其中 003 号坑最大壁厚与最小壁厚的差值接近平均壁厚的20。然面管体外表面没有观察到明显的点蚀存在，这表明管道内壁可能存在腐蚀。这是由于管道服役时间长，有运行腐蚀性较强的煤气的服役记录。管体腐蚀相 对深度可以由式 (1)来计算：A=d/t*100 (1)式中： A 为管体腐蚀相对深度； d 为管体腐蚀深度 (最大壁厚一最小壁厚 )； t 为管体原始壁厚。表 6 为 5

8、个坑的管体腐蚀相对深度，其数值在6 16范围内，根据标准 Y T61511995 可知。几处管道发生腐蚀的程度并不严重。能够维持正常运行6。但从管壁的厚度来看，根据GB50251-2003 部分输气管道最小壁 厚的规定值，如表 7所示，把表 5中测量数据与表 7 数据对比可以看出， 003号探坑管道剩余的最小壁厚小于 国标规定的最小壁厚，不符合最小壁厚要求，其他管段剩余壁厚符合国标要求，可以安全运行。3 32 按照管道承压能力计算安全评价结果 由于检测过程中没有发现明显的蚀坑、腐蚀裂纹的存在，管道的设计压力计算公式可以根据式(2) 来计算，在评价中可以将其计算结果看作管道的最大安全操作压力。其计算公式为P= sFt D(2)式中： P 为设计压力， MPa； F为安全运行系数，具体数值见表8；为管道材料的最小屈服强度， MPa； D为管道外径， mm ；t 为管道设计壁厚， mm 表 9 列出了城市管道系统常用输气管道材料的最小屈服强度。在不清楚管道所用钢号的情况下，为保守起见， 取最小的屈服强度计算，此处将管道的设计壁厚也取为测量最小壁厚值。另外考虑到城市人口密集，取地区类 型为四类，则安全系数 F取 0.4。对于二高压线的 DN500 管道，为了计算管道所能承受的最大安全操作压力，取最小壁厚计算(003 坑 )，其参数取值为 t=