油气管道与城市管网交叉风险识别及解决措施.pdf

油气管道与城市管网交叉风险识别及解决措施 木 姚 小静 ， 朱元 东 ，孙向莱 1 ．山东省特种设备检验研究院， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 ； 2 ．山东省油区工作办公室， 山东 济南 ， 2 5 0 0 1 2 摘要 随着城市扩张和人口聚集， 管道老龄化趋势， 油气管道与城市管网交叉 并行 安全是亟 需解决的关键 问题。从风险检验的角度， 结合实际检验案例， 介绍了肯特管道风险评分法， 认为交 叉 并行 油气管道的风险因素为杂散 电流腐蚀和其他腐蚀、 弯曲应力和应力集中及第三方破坏 等。提 出了相应的风险解决措施， 同时就管道缺陷的精确定位及缺陷处腐蚀状态进行 了探讨。 关键词 油气管道城市管网 交叉 并行 风险因素检测技术 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 ” f 1 J 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 R B I 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 ] 。实施 R B I 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i 7 不得不遭受某种损失的可能性。它有可能会 向土 的方向发展， 也有可能向好 的方向发展 ， 即使发 了 ， 其影响程度也可能不同 ， 因而影响其损失发 的概率和后果； 而危险则不一样， 它的发生只会 生不利结果 ， 如果不及时解决 ， 会导致毁灭。人f f 能够化解风险， 却无法改变危险， 主要是看风险 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彳 降低或消除 。 1 ． 2 管道风险评估 管道风险评估 管道完整性管理 是 目前车 为流行的一种管理方 式 ， 分为定量 、 定性 、 半定 和半定 性 ， 被 大 家广 泛 采 用 的 是 美 国 W． K e r M u h lb a u e r 编写的 管道风险管理手册 肯特 道风险评分法 j 。从影响管道安全运行的 4／ 1 方面半定量地进行了风险评估， 同时结合泄漏 数计算出相对风险 比率 ， 进而确定管道所处 的 险状态 ， 其相对风险 比率为 0～2 0 0 0 ， 数值越高 说明其越安全 。该风险评估有利于检验机构和 道使用单位进行管道的完整性管理 ， 避免出现 目检修 ， 造成“ 开挖易腐 ， 越挖越腐” 现象 ， 提高 收稿 日期 2 0 1 5 0 4一 O 1 ； 修改稿收到日期 2 0 1 5 0 8 0 6 。 作者简介 姚小静 1 9 8 0一 ， 硕士研究生， 高级工程师， 主 从事压力容器及压力管道检验研究及失效分析鉴定工作 E m a i l x i a o j i n g y a o 1 2 3 4 1 6 3 ． 13 0 11 1_ 基金项 目 山东省质量技术监督局风险基金项 目 基于l 险的长输油气管道检验评价技术研究 6】 ￡ 的检验效率 ， 降低企业管理成本。 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 } 道和通讯等电力电缆管道等管道， 长输油气管道 i 城市管网管道并行或交叉， 互相影响。通过风险 j ． 析 ， 认为交叉并行的主要风险因素有杂散电流腐 担 、 交直流干扰和施工维护产生的次生危害。 ．1 交流杂散 电流腐蚀 ．1 ． 1 腐蚀危害 高压交流输 电线路发生故障时 ， 在故障位置 有很大的瞬时电流 ， 根据交流输 电线路 的等级 同， 瞬时 电流大小不等 ， 电流大时能达到几十到 L 千安培。故障电流入地会使地 电位抬升 ， 击穿 时 近埋地管道防腐蚀层或管体， 击伤管道上正在 隹 护维修的工作人员 ， 对维修人员造成伤害 ； 同时 疗 腐层蚀漏点处 ， 感应的交流 电流泄漏到大地中， 成管道 的交流杂散电流腐蚀。通常管道上 的交 芤 腐蚀速率 比直流腐蚀速率大很多 ， 如 1 A直流 散电流在一根钢管上流进流出， 1 a内将导致大 勺1 0 k g金属 的蚀失 J ， 即在很短 的时间 内便 会 更 管道穿孑 L 泄漏 ， 造成财产损失及人员伤亡 ； 其次 防腐蚀层有漏点 ， 电流流入管道可能损害管道 殳 施， 如绝缘法兰、 绝缘接头或恒电位仪等 J ， 腐 虫 形貌见图 1 。 图 1 杂散电流腐蚀凹坑 ．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 壬 何杂散干扰 电流的大小和方 向。杂散 电流检测 义 检测图上能表明什么地方是 电流流人点 、 什么 也 方是流出点 ， 利用这种信息在适 当的地点或 区 或 采取措施可 以减缓管道上杂散电流的干扰 。当 施了缓解措施后， 杂散电流检测仪还可评估缓 锌 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 蓬 化 ， 从电位的分布上判断是否存在杂散 电流干 62 扰 ， 2 0 0 7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 ， G B ／ T 5 0 6 9 8 --2 0 1 1 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⋯ 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 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 R D 4 0 0 0管道定位仪或雷 达进行管 道定位后 ， 采 用 P C M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 D C V G 和 S C M 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 D C V G即可。破损点具 体位置与电位 的关 系顾 宝珊等认 为 电位梯度 小于 5 0 m V， 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 ， 1 和 3处均有 电位 ， 且相等 。 1 2 3 7 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。 图 4 弯 曲应力 3结论与建议 1 从风险分析 的角度 ， 结合肯特管道风5 评分法说明了油气管道风险管理的重要性。 2 油气管道交叉 并行 风险影响因素主 为杂散电流腐蚀和其他腐蚀 、 弯 曲应力和应力 4 中及第三方破坏等。 3 管道运行 单位 均应 建立 长输 油气管 i S C A D A系统 计算机为基础的生产过程控制与i 程调度相结合的监控与数据采集 自动化系统 加强 日常巡视保护 ， 避免 因第三方施工或周 围 境变化引发管道事故 。 4 严格按照法规标准开展定期检验和风5 评估， 及时有效地发现管体缺陷； 确定管道的剩 寿命和剩余强度， 提高隐患管段的风险预测能力 延长管道的总体使用寿命。 5 按照法规标准要求 ， 加强管道施工质量 避免野蛮施工造成管体及防腐层破损， 从源头一 确保管道安全运行 。 参考文献 [ 1 ] 何 骁 ．高 压 输 电线 路对埋 地金 属管 道 的腐 蚀 影 响研 [ D ] ． 大庆 华中科技大学， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 徐胜， 艾志斌 ． 湿硫化氢应力腐蚀开裂风险检验技术[ J 石油化工设计 ， 2 0 0 8 ， 2 5 3 4 7 -4 9 ． [ 3 ] 刘博文 ． 城市地下管网探测的风险管理[ J ] ．中国勘察 计 ， 2 0 0 6 1 1 9 - 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