郭雪松　宋皓潔

【摘 要】 穿越道路管道的可靠性是保證長輸管道的可靠的重要影響因素，為有效的預(yù)防穿越道路管道的突發(fā)性事故，需要合理的運(yùn)用評(píng)價(jià)方法對管道穿越道路的可靠性進(jìn)行評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文通過對管道穿越道路安全性及相關(guān)因素進(jìn)行分析，運(yùn)用管道穿越道路的應(yīng)力和強(qiáng)度的方法，對管道穿越道路的載荷和穿越道路管道進(jìn)行安全分析及評(píng)估。密切關(guān)注服役多年的穿越道路管道，滿足一定埋深條件下可以取消新建的穿越道路管道的套管。

【關(guān)鍵詞】 管道；穿越道路；可靠度；失效分析；評(píng)估；綜合評(píng)判

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，管道輸送的可靠性越來越受到重視，在施工中要求管道要具備安全、高效的性能以避免因事故導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和危害環(huán)境的后果。目前我國穿越道路的管道從設(shè)計(jì)到施工都存在著很多問題，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，公路鐵路的建設(shè)增多，對管道穿越帶來了巨大的影響，管道受到來自第三方破壞、管道施工缺陷、管材初始缺陷、管道內(nèi)外腐蝕等因素的影響，管道的承受的應(yīng)力在增加的同時(shí)其強(qiáng)度卻在逐漸降低，可靠性也在隨之出現(xiàn)下滑趨勢。因此加強(qiáng)對管道穿越道路的研究是迫在眉睫的。

一、管道穿越道路的可靠性概述

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力?？煽慷仁怯酶怕蕘韺煽啃赃M(jìn)行度量的概率。管道穿越道路系統(tǒng)可靠性是指穿越道路管道系統(tǒng)在一定的壓力、溫度等條件作用下，在其設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，完成規(guī)定輸送任務(wù)的能力。通過計(jì)算管道穿越道路的設(shè)計(jì)、施工、試壓、投產(chǎn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、事故數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對管道穿越道路的可靠性進(jìn)行有效評(píng)估。管道穿越道路系統(tǒng)可靠性主要通過穿越道路管道平均無故障運(yùn)行時(shí)間、穿越道路管道平均維修時(shí)間、穿越道路管道故障率入、穿越道路管道可靠度、穿越道路管道的失效概率廠陽、穿越道路管道可用度等評(píng)價(jià)指標(biāo)來計(jì)算得出。穿越道路管道系統(tǒng)的可靠性是一種綜合屬性。

二、管道穿越道路的浴盆效應(yīng)

長輸管道穿越道路的管段事故率在試壓投產(chǎn)運(yùn)行后會(huì)經(jīng)歷“浴盆曲線”的三個(gè)階段，一是管道投產(chǎn)初期事故多發(fā)階段，它主要會(huì)出現(xiàn)因管材質(zhì)量和設(shè)計(jì)缺陷等而導(dǎo)致的管道內(nèi)在質(zhì)量隱患。二是管道進(jìn)入穩(wěn)定工作期的事故率穩(wěn)定階段，這時(shí)因管道穿越道路結(jié)構(gòu)自身問題導(dǎo)致的事故數(shù)減少，腐蝕、外力等外在運(yùn)行行環(huán)境因素對穿越道路管道造成的危害比較多。三是因管子結(jié)構(gòu)和管子設(shè)備老化而事故率上升階段，因管材質(zhì)量、施工質(zhì)量、輸送的介質(zhì)及與防腐涂層等因素使得在穿越道路管道壽命后期管道腐蝕及磨損造成的事故增多。管道進(jìn)入穩(wěn)定工作期內(nèi)的穿越道路管道的事故率是工程中要特別注重的，在對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和可靠性分析時(shí)，主要研究穩(wěn)定階段的管道系統(tǒng)。

三、穿越道路管道的埋地方式

管道穿越道路有兩種埋地方式，一種是埋地式，另一種是涵洞式。埋地式主要包括無套管穿越和有套管穿越兩種，對于無套管管道穿越道路時(shí)，要埋深大于1米，并強(qiáng)化管道的絕緣及防腐等級(jí)，避免管線的對接焊縫。對于有套管管道穿越道路時(shí)，一般采用裸鋼管或水泥涵管做為套管，通過不固定或固定的結(jié)構(gòu)形式對套管與內(nèi)管進(jìn)行連接，并能過絕緣材料進(jìn)行支撐，且保護(hù)套管的管頂至路面的埋深同樣要大于1米、加強(qiáng)絕緣防腐等級(jí)。管線在出現(xiàn)平面轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)點(diǎn)與公路路肩邊緣的距離要大于2米。管道穿越鐵路時(shí)必須要用鋼筋混泥土套管來對管道進(jìn)行有效保護(hù)。鋼筋混泥土套管內(nèi)直徑一般要比管道外徑大200毫米，并需要加強(qiáng)管道的絕緣防腐，杜絕對接焊縫的產(chǎn)生。有套管的管道結(jié)構(gòu)在受力上具有合理性， 在腐蝕控制、安裝成本等方面卻存在一定的缺陷。涵洞式管道穿越道路時(shí)，管道系統(tǒng)的外在環(huán)境較好，具有在結(jié)構(gòu)上可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但是在造價(jià)成本上卻比較高。

四、管道穿越道路的失效分析

造成管道失效的因素是多方面的，包括腐蝕、第三方破壞、設(shè)計(jì)因素、操作因素、和材料缺陷等等。其中腐蝕和第三方破壞是造成穿越道路管道失效最重要原因。穿越道路管道設(shè)計(jì)安全系數(shù)選取太低會(huì)造成管道設(shè)計(jì)階段的失效。通常采用確定性的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)穿越道路管道的強(qiáng)度，管線的強(qiáng)度設(shè)計(jì)可以按照管材的許用強(qiáng)度對管線的壁厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此計(jì)算出穿越道路管道的最大允許操作壓力。如果出現(xiàn)實(shí)際操作壓力超過管線設(shè)計(jì)的最大允許的操作壓力的情況，穿越道路管道就會(huì)破裂從而失效。穿越道路的管道如果在錯(cuò)誤的力學(xué)模型下建立會(huì)使得穿越道路管道所受的應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際所受的應(yīng)力差別比較大，為管道運(yùn)行埋下安全隱患。在穿越道路管道的制造環(huán)節(jié)造成管線失效的原因主要來自于二個(gè)方面，一個(gè)是穿越道路管道管材本身質(zhì)量存在缺陷，如圓管橢圓度不合理、圓管的壁厚不均勻、和管線焊接中焊縫的機(jī)械性能不能滿足母材的要求及焊料未能保持干燥以及焊料上有沾污物和銹層等等；另一個(gè)是在施工時(shí)沒有做好管材的檢驗(yàn)，在管材不合格的情況下進(jìn)行施工。在管線施工環(huán)節(jié)造成的管線失效主要包括：管線的運(yùn)輸與儲(chǔ)運(yùn)、管線的鋪設(shè)，管線的焊接、管線的回填等操作過程。在穿越管線的儲(chǔ)運(yùn)、運(yùn)輸中不恰當(dāng)?shù)奶幚頃?huì)使管線遭受機(jī)械損傷或是發(fā)生永久變形。在穿越管線的鋪設(shè)過程中因施工要求不嚴(yán)格，不能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部管道處于卜燥無水的環(huán)境，且管道的焊接質(zhì)量不好等都是造成管線失效的重要原因。在使用環(huán)節(jié)造成穿越道路管道失效的因素主要包括由于重型車輛敲擊路面，造成管道變形等人為原因和土壤、地震、腐蝕等自然原因兩個(gè)方面。第三方破壞造成的失效主要表現(xiàn)在非管道職工所作的、自然原因造成管道系統(tǒng)的破壞。包括：車輛翻越、車輛超重、災(zāi)害性風(fēng)暴、洪水、泥石流、滑坡、塌方等等。

五、穿越道路管道可靠性評(píng)估

對穿越道路管道在腐蝕狀態(tài)下的安全性進(jìn)行分析并綜合各種因素，對穿越道路管道進(jìn)行可靠性評(píng)估是非常有必要的。通過對在各種因素影響下的現(xiàn)役穿越道路管道的狀態(tài)進(jìn)行可靠性分析，來確定穿越道路管道的可靠度和穿越道路管道的最大操作壓力以及穿越道路管道的最大載荷壓力，可以判斷穿越道路管道是否能夠繼續(xù)被使用。穿越道路管道是長輸管線中的重要環(huán)節(jié)，其管線的失效受到眾多因素的影響。如腐蝕、斷裂、失穩(wěn)、疲勞、屈曲等。通過對局部腐蝕穿越道路管道的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析、對穿越道路管道應(yīng)力和外載荷進(jìn)行分析可以對具有腐蝕缺陷的穿越道路管道進(jìn)行安全評(píng)估。對于無套管穿越道路管道其因環(huán)向腐蝕造成的管道環(huán)向應(yīng)力大于穿越道路管道的環(huán)向剩余強(qiáng)度就會(huì)使管道的安全性降低；因軸向腐蝕使得管道的軸向應(yīng)力大于軸向剩余強(qiáng)度也會(huì)降低管道的安全性。對于有套管的穿越公路的管道，安全性則來自于套管的最大允許運(yùn)行壓力，在壓力承受范圍內(nèi)剛穿越道路管道安全性高反之則會(huì)出現(xiàn)安全隱患。在對穿越道路管道進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)還需要采用蒙特卡洛方法進(jìn)行穿越道路管道的定性評(píng)估，來得出穿越道路管道的可靠度。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧道明、孫建剛等：穿越公路及鐵路埋地管道的設(shè)計(jì)計(jì)算，油氣儲(chǔ)運(yùn)，1998，17（9）13一17.

[2] 陳福員張小軍：城市燃?xì)夤芫€穿越各種道路加設(shè)套管問題的探討，管道技術(shù)與設(shè)備1997.

[3] 曲慎揚(yáng)：油氣管道可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其計(jì)算，油氣儲(chǔ)運(yùn)，1996（4）15，1～4.