城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全性檢測(cè)與評(píng)價(jià)

1 引言 北京市二高壓線位于罐站至后俸村，該地段土壤的濕度大，鹽堿含量高，屬于強(qiáng)腐蝕性土壤。管線壓力級(jí)別為高壓(P<0．8 MPa)，啟用年限為30 a，管徑為500 ITIB，防腐涂層為環(huán)氧煤瀝青，管線總長(zhǎng)度為2 500m，均未施加陰極保護(hù)。隨著管道運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，管道事故時(shí)有發(fā)生。輸氣管道，尤其是高壓輸氣管道，一旦破裂，壓縮氣體迅速膨脹，釋放大量的能量，引起爆炸、火災(zāi)，會(huì)造成巨大的損失 。同時(shí)，由于管道所輸送的物質(zhì)為有害物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會(huì)對(duì)其周圍的環(huán)境和人員產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。為全面了解管線的腐蝕狀況，確保燃?xì)夤艿赖?a href=http://m.cltuan.cn target=_blank class=infotextkey>安全運(yùn)行，延長(zhǎng)管道的使用壽命，防止燃?xì)夤芫W(wǎng)因腐蝕穿孔而引起泄漏、爆炸等事故，對(duì)管線防腐層、土壤環(huán)境腐蝕性、管體等方面進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)管線的腐蝕程度和安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 2 檢測(cè)方法 2．1 防腐層檢測(cè) 防腐層的檢測(cè)包括地面檢測(cè)和挖探坑檢測(cè)兩部分。利用SL一2088檢測(cè)儀探測(cè)管道的位置、走向、深度，通過發(fā)射機(jī)向地下管道發(fā)射一特定的交變電流信號(hào)，在防腐層破損處將有漏電信號(hào)向地面輻射，并在漏點(diǎn)上方形成以漏點(diǎn)正上方為中心的球面電位梯度，相對(duì)于完好管段和無管道地面具有一定的電位差，通過人體電容法收到此信號(hào)，由此確定破損點(diǎn)的位置，經(jīng)過比較泄漏電位確定破損點(diǎn)的大小。確定防腐層破損點(diǎn)的位置后，開挖驗(yàn)證，并觀察防腐層的老化程度及粘接力；用電火花儀測(cè)量了防腐層的耐電電壓?？觾?nèi)取上、側(cè)、下3處測(cè)量防腐層的厚度，每處各測(cè)3點(diǎn)。利用SL—AY508變頻選頻絕緣電阻測(cè)試儀測(cè)試管道外防腐層絕緣面電阻。 2．2 土壤參數(shù)的測(cè)量 為了解該地段土壤環(huán)境的腐蝕性，開挖5個(gè)探坑，對(duì)每個(gè)探坑分別測(cè)量土壤的電阻率、pH值、含水率、含鹽量、氧化還原電位、直流雜散電流等與管道腐蝕有關(guān)的參數(shù)，評(píng)價(jià)土壤的腐蝕性。 2．3 管體腐蝕狀況的測(cè)量 開挖深坑后，去除管體的防腐層，觀察腐蝕形態(tài)和腐蝕產(chǎn)物分布，判斷腐蝕成分，測(cè)量腐蝕坑的面積和深度，并對(duì)管道的剩余壁厚進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)坑檢測(cè)3組數(shù)據(jù)，每組對(duì)管頂、管底及“4”、“8”點(diǎn)鐘的位置測(cè)量管線的剩余壁厚；對(duì)管線的剩余強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。 3 檢測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià) 3．1 防腐層的防護(hù)性能 表1～表3為防腐層的破損情況，面電阻和防腐效果的測(cè)量結(jié)果。所檢測(cè)的2．5 km距離內(nèi)共出現(xiàn)了2個(gè)破損點(diǎn)，破損率為0．8個(gè)／km，腐蝕層的完整性和粘結(jié)性能比較差。防腐層存在變形、老化、局部剝離甚至嚴(yán)重的損壞，面且厚度較薄。其中，4個(gè)探坑內(nèi)防腐層厚度均小于2．5／n／ll，另一個(gè)探坑內(nèi)防腐層厚度存在不均勻狀態(tài)(最厚處為8．3 lnln，最薄處為4．0 mln)。防腐層的面電阻測(cè)量結(jié)果表明管段平均絕緣面電阻為3 420 Q·m2，面電火花儀測(cè)量了防腐層的耐電電壓均大于5 000 V，均為合格。

綜合以上檢測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY／T0087-95和絕緣面電阻對(duì)防腐層性能起決定性作用可以得出以下綜合評(píng)價(jià).此管段防腐層存在一定老化、變形現(xiàn)象，防腐層較薄且有破損點(diǎn)，但尚可使用。

　 3．2 土壤環(huán)境的腐蝕性 表4為對(duì)二高壓線開挖5個(gè)探坑后測(cè)量土壤電阻率、土壤pH值、土壤含水率、土壤含鹽量、氧化還原電位、直流雜散電流等參數(shù)的結(jié)果，并依據(jù)cJJ95—2003(J273-2003)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià) 5(受城市的客觀原因限制不能得到某些數(shù)據(jù)及其評(píng)價(jià)結(jié)果)。從表4可以看出，土壤電阻率的評(píng)價(jià)等級(jí)為較弱或中等，pH值的評(píng)價(jià)等級(jí)為較弱，含水率的差異比較大，分別為弱或強(qiáng)，含鹽量為弱或較弱等級(jí)，氧化還原電位為較弱或較強(qiáng)等級(jí)，直流雜散電流的評(píng)價(jià)等級(jí)為較弱。一般來說，在相同的條件下，土壤電阻率、直流雜散電流、氧化還原電位、土壤含水率對(duì)土壤的腐蝕性起主導(dǎo)作用，面土壤的含鹽量、pH值對(duì)土壤的腐蝕性相對(duì)影響較小。在評(píng)價(jià)過程中，優(yōu)先考慮決定性因素。綜合表4的評(píng)價(jià)結(jié)果，圖1示出了二高壓線中所開挖5個(gè)坑土壤腐蝕性的評(píng)價(jià)結(jié)果。此地區(qū)土壤基本屬于中等腐蝕性土壤，但應(yīng)考慮土壤含水率和微生物腐蝕對(duì)管道的影響。 3．3 管體的腐蝕狀況與評(píng)價(jià) 3．3．1 按照管道壁厚的安全評(píng)價(jià) 開挖探抗后，去除管體的防腐層，管體表面并沒觀察到明顯的腐蝕坑。表5給出了001和003號(hào)坑對(duì)應(yīng)管頂、管底及“4”、“8”點(diǎn)鐘的位置測(cè)量管線的剩余壁厚的結(jié)果。從表5可以看出，管線的壁厚存在一定的不均勻性，其中003號(hào)坑最大壁厚與最小壁厚的差值接近平均壁厚的20％。然面管體外表面沒有觀察到明顯的點(diǎn)蝕存在，這表明管道內(nèi)壁可能存在腐蝕。這是由于管道服役時(shí)間長(zhǎng)，有運(yùn)行腐蝕性較強(qiáng)的煤氣的服役記錄。管體腐蝕相對(duì)深度可以由式(1)來計(jì)算： A= d/t*100％(1) 式中：A為管體腐蝕相對(duì)深度；d為管體腐蝕深度(最大壁厚一最小壁厚)；t為管體原始壁厚。

表6為5個(gè)坑的管體腐蝕相對(duì)深度，其數(shù)值在6％ ～16％范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Y／T6151—1995可知。幾處管道發(fā)生腐蝕的程度并不嚴(yán)重。能夠維持正常運(yùn)行 6。但從管壁的厚度來看，根據(jù)GB50251-2003部分輸氣管道最小壁厚的規(guī)定值，如表7所示，把表5中測(cè)量數(shù)據(jù)與表7數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，003號(hào)探坑管道剩余的最小壁厚小于國(guó)標(biāo)規(guī)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國(guó)標(biāo)要求，可以安全運(yùn)行。

3．3．2 按照管道承壓能力計(jì)算安全評(píng)價(jià)結(jié)果 由于檢測(cè)過程中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的蝕坑、腐蝕裂紋的存在，管道的設(shè)計(jì)壓力計(jì)算公式可以根據(jù)式(2)來計(jì)算，在評(píng)價(jià)中可以將其計(jì)算結(jié)果看作管道的最大安全操作壓力。其計(jì)算公式為 P=σsFt／D (2) 式中：P為設(shè)計(jì)壓力，MPa；F為安全運(yùn)行系數(shù)，具體數(shù)值見表8； 為管道材料的最小屈服強(qiáng)度，MPa；D為管道外徑，mm；t為管道設(shè)計(jì)壁厚，mm．

表9列出了城市管道系統(tǒng)常用輸氣管道材料的最小屈服強(qiáng)度。在不清楚管道所用鋼號(hào)的情況下，為保守起見，取最小的屈服強(qiáng)度計(jì)算，此處將管道的設(shè)計(jì)壁厚也取為測(cè)量最小壁厚值。另外考慮到城市人口密集，取地區(qū)類型為四類，則安全系數(shù)F取0.4。

對(duì)于二高壓線的DN500管道，為了計(jì)算管道所能承受的最大安全操作壓力，取最小壁厚計(jì)算(003坑)，其參數(shù)取值為t=5．4 mm；F=0．4：D =500 mm；σs=206 MPa，根據(jù)式(2)計(jì)算出該管道可用的最大安全操作壓力為1．78 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高壓管線目前的最高運(yùn)行壓力0．8 MPa，可以得出管道承受內(nèi)壓是安全的。 綜合以上的安全評(píng)價(jià)可以得出以下結(jié)果：二高壓地區(qū)的高壓管道，部分管體已遭到破壞，003號(hào)探坑處已經(jīng)不符合強(qiáng)度安全要求，建議盡快更換。其他探坑處的管道在現(xiàn)在的服役條件下，剩余壁厚仍然可以提供足夠的強(qiáng)度，但是管體已經(jīng)發(fā)生腐蝕，建議加強(qiáng)檢測(cè)或施加陰極保護(hù)。 4 結(jié)束語 (1)二高壓線所處地段未加陰極保護(hù)，直流雜散電流干擾程度中等；大部分地方土壤含水量偏高。土壤呈弱堿性，存在細(xì)菌腐蝕，土壤腐蝕綜合評(píng)價(jià)腐蝕性中等。 (2)管線防腐層老化嚴(yán)重，厚度較薄且有破損點(diǎn)，保護(hù)性能比較差，但尚可使用。 (3)管體中可能發(fā)生內(nèi)腐蝕，尤其是003號(hào)探坑處的管道腐蝕較為嚴(yán)重，剩余壁厚低于國(guó)標(biāo)要求；剩余壁厚不足，建議在該坑附近加密探坑，確定腐蝕嚴(yán)重管段長(zhǎng)度后，進(jìn)行更換管道或加固維修。其他管道的管體強(qiáng)度和剩余壁厚兩個(gè)方面都符合國(guó)標(biāo)要求，可以繼續(xù)使用?？紤]到防腐層整體性能不好，且土壤含水率偏高，存在微生物腐蝕，建議施加陰極保護(hù)，或加強(qiáng)對(duì)管道的定期檢查和打孔檢測(cè)。