上海煤氣第一管線工程有限公司　徐　杰

城鎮(zhèn)燃?xì)怃撝乒艿离[患類型分析與應(yīng)急處置技術(shù)

上海煤氣第一管線工程有限公司徐杰

針對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)怃撝乒艿赖母鞣N隱患類型進(jìn)行了分析，論述了其應(yīng)急處置技術(shù)，并通過(guò)工程案例的列舉，為安全有效處置各種管道隱患提供相關(guān)的技術(shù)建議。

鋼制管道隱患應(yīng)急處置

隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、城市建設(shè)速度的加快，城市天然氣的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，隨之而來(lái)的是城市燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)的數(shù)量、長(zhǎng)度、管道壓力級(jí)別、以及居民和企業(yè)用戶數(shù)量的大量增加。目前城市燃?xì)夤艿酪呀?jīng)形成了低壓—中壓—次高壓—高壓—超高壓的壓力級(jí)制，其中最高壓力級(jí)制已經(jīng)達(dá)到6.0 MPa，材料為燃?xì)夤芫€鋼。就城市燃?xì)饴竦毓艿赖目趶蕉?，最大口徑已?jīng)到達(dá)D1 200 mm。由于輸送壓力升高，距離加長(zhǎng)，隨著時(shí)間的推移，鋼制管道存在的腐蝕、外力破壞、焊接延遲裂紋等隱患，會(huì)逐漸凸顯出來(lái)，對(duì)管道日常的運(yùn)行造成危害。

1　燃?xì)夤艿栏黝愲[患

1.1防腐蝕系統(tǒng)的缺陷

1.1.1防腐層缺失

目前國(guó)內(nèi)城市中的燃?xì)夤艿来蠖嗍遣捎?PE聚乙烯防腐層，補(bǔ)口使用的是熱收縮套、交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶防腐。在燃?xì)夤艿赖臋z測(cè)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)由于某些人為因素、防腐層敷設(shè)質(zhì)量及土壤腐蝕、外力等自然因素的影響，導(dǎo)致管道的外防腐層出現(xiàn)不同程度的破損，對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)怃撝乒艿赖恼＿\(yùn)行產(chǎn)生隱患。

1.1.2陰極保護(hù)失效

陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，讓被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過(guò)一個(gè)陰極保護(hù)電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護(hù)的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負(fù)的金屬或合金，另一種則利用直流電源。

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，有效保護(hù)范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑和分散的管道。

陰極保護(hù)的故障分析存在以下兩種情況：

(1)陽(yáng)極輸出電流減小，達(dá)不到保護(hù)電位。

(2)陽(yáng)極輸出電流增大，但保護(hù)構(gòu)筑物電位極化上不去。其他故障還包括：陽(yáng)極體腐蝕不嚴(yán)重，陽(yáng)極體不能工作。陽(yáng)極體局部腐蝕，造成陽(yáng)極體斷裂。交流電干擾下，陽(yáng)極發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)分析，陰極保護(hù)失效是造成城市燃?xì)怃撝乒艿离[患的原因之一

1.2腐蝕造成管體壁厚變薄強(qiáng)度降低的缺陷

在天然氣開采過(guò)程中, 常常會(huì)有一些伴生氣體，如二氧化碳、硫化氫等，這些氣體的存在，不但降低了天然氣的熱值，還會(huì)對(duì)管道、設(shè)備等產(chǎn)生腐蝕作用，造成天然氣管道壁厚變薄斷裂、集輸管線爆破等，嚴(yán)重影響正常平穩(wěn)供氣。腐蝕帶來(lái)的危害不僅給國(guó)家造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，也威脅工作人員的生命安全。

根據(jù)大量實(shí)例可以看出，管道內(nèi)腐蝕主要受到管材質(zhì)量、輸送介質(zhì)以及管道防腐水平的影響，管道內(nèi)發(fā)生腐蝕的類型主要有均勻腐蝕、坑蝕、應(yīng)力腐蝕和沖刷腐蝕等幾類。

此外，管道外腐蝕也是造成管體壁厚變薄、強(qiáng)度降低的原因。外壁腐蝕可以在架空或埋地管道上發(fā)生，架空鋼管的外壁用油漆覆蓋層防腐，埋地鋼管的化學(xué)腐蝕是全面性的腐蝕，在化學(xué)腐蝕作用下，管壁厚度減薄是均勻的，所以通常埋地鋼管的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主。

1.3泄漏

1.3.1生產(chǎn)制造方面的缺陷

燃?xì)夤艿涝谏a(chǎn)制造過(guò)程中，可能產(chǎn)生各種各樣的缺陷：

(1)氣孔。氣孔的存在會(huì)引起管道局部的應(yīng)力集中，誘發(fā)裂紋，為今后的燃?xì)庑孤┦鹿事裣码[患；

(2)裂紋。按生產(chǎn)裂紋的溫度不同，可分為熱裂和冷裂，熱裂是在高溫下產(chǎn)生的，其裂開處的表面被嚴(yán)重氧化，裂紋沿晶界通過(guò)，呈彎曲型；冷裂是在較低的溫度下形成的，其裂紋表面未被氧化，裂紋穿過(guò)晶粒呈直線狀。裂紋產(chǎn)生的基本原因是由于鋼管在冷卻時(shí)收縮大，且不均，使鋼管產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這種內(nèi)應(yīng)力超過(guò)鋼管本事的強(qiáng)度極限時(shí)便會(huì)產(chǎn)生裂紋。

1.3.2安裝缺陷

在燃?xì)夤艿赖陌惭b施工過(guò)程中，可能產(chǎn)生一些缺陷，如工人的安裝技術(shù)水平、焊接質(zhì)量等等。管道焊接缺陷主要有以下幾種：

1.3.2.1焊縫的外部缺陷

外部缺陷位于焊接接頭的表面，用肉眼或放大鏡就可以看到。

(1)焊縫尺寸不符合要求。這類缺陷主要體現(xiàn)有以下幾種：焊縫表面粗糙，魚鱗紋不整齊；焊縫寬度太寬或太窄：焊縫余高過(guò)高及焊縫上熔焊金屬堆得過(guò)高或焊縫未被熔焊金屬填滿；

(2)咬邊。咬邊是由于電弧將焊縫邊緣熔化后沒(méi)有得到熔敷金屬的補(bǔ)充而在焊縫和母材之間留下的缺口。過(guò)深的咬邊不但會(huì)減弱焊接接頭的強(qiáng)度，更重要的是，咬邊造成的應(yīng)力集中有可能成為疲勞破壞的發(fā)源地。

1.3.2.2焊縫的內(nèi)部缺陷

(1)未焊透。母材與熔敷金屬之間或母材之間局部未熔合的現(xiàn)象稱為未焊透，邊緣未焊透和層間未焊透等。未焊透不僅使焊縫強(qiáng)度削弱，更重要的是，它有一個(gè)如矩形的缺口，會(huì)引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，容易誘發(fā)裂紋使構(gòu)件破壞。因此在構(gòu)件發(fā)現(xiàn)未焊透缺陷必須鏟除，重新補(bǔ)焊。

(2)氣孔。在焊接過(guò)程中，由于焊縫金屬中的氣體未充分溢出，而在焊縫金屬內(nèi)部或表面形成孔穴稱為氣孔。

(3)夾渣。在焊縫金屬內(nèi)部或熔合線上的非金屬雜物稱為夾渣，氣孔和夾渣的存在減少了焊縫的截面，削弱了焊縫的凈拉伸強(qiáng)度。

2　城鎮(zhèn)燃?xì)怃撝乒艿栏黝愲[患的修復(fù)技術(shù)

為了降低管道運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)管道的使用壽命，城鎮(zhèn)燃?xì)怃撝乒艿栏黝愲[患的處置技術(shù)分類按圖1所示：

圖1　各類修復(fù)技術(shù)

2.1臨時(shí)應(yīng)急搶修技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外的臨時(shí)應(yīng)急搶修技術(shù)主要有管道堵漏卡具、復(fù)合修復(fù)和注塑技術(shù)等等。

2.1.1管道堵漏卡具

管道堵漏卡具根據(jù)其應(yīng)用搶修管道的壓力級(jí)制的不同又可分為中低壓管道堵漏卡具和高壓管道堵漏卡具。其工作原理是通過(guò)螺栓卡緊，使卡具環(huán)形密封與管線緊密連接，上下水平密封緊密連接，達(dá)到承壓堵漏的目的。

2.1.2管道復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)

目前應(yīng)用于各類鋼制燃?xì)夤艿缿?yīng)急修復(fù)技術(shù)中，管道復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用日趨增多，如合成材料套管修復(fù)技術(shù)和合成材料纏繞修復(fù)技術(shù)等。今天被廣泛應(yīng)用的管道復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)如預(yù)成型法復(fù)合修復(fù)材料是美國(guó)ClockSpring公司的專利技術(shù)，由復(fù)合套筒、粘膠、高強(qiáng)度填料三部分構(gòu)成。其技術(shù)特點(diǎn)在于復(fù)合套筒在工廠根據(jù)管徑預(yù)制成型，成型過(guò)程中嚴(yán)格控制纖維的排布、材料配比、經(jīng)高溫高壓后制成復(fù)合套筒。預(yù)成型的復(fù)合套筒最大的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)單方便，受環(huán)境、人員操作影響小，直接使用粘膠粘接于管道修復(fù)部位，待粘膠2～3小時(shí)固化后即可。

該技術(shù)采用多層復(fù)合材料帶纏繞在管道缺陷或破損泄漏處，是一種快速經(jīng)濟(jì)的臨時(shí)性或者永久性的燃?xì)夤艿佬迯?fù)技術(shù)。其應(yīng)用范圍包括：

(1)腐蝕或損傷程度小于等于80%的管道補(bǔ)強(qiáng)(可用于運(yùn)行壓力高達(dá)25 MPa的管道)；

(2)堵漏(管道壓力最高可達(dá)7 MPa,泄漏孔直徑最大可達(dá)25 mm)；

(3)環(huán)逢焊接部位加固；

(4)抑制正在孕育的管道裂紋；

(5)淺?；蚝Ｑ笃脚_(tái)管道修復(fù)(可用于垂直豎立的管道修復(fù))；

(6)管道支撐或懸掛部位加固；

(7)彎曲部位的損傷或腐蝕修復(fù)。

2.1.3管道注塑劑密封修復(fù)技術(shù)

其原理是利用堵漏卡具、卡帶等工具，將泄漏部位原來(lái)的封閉空腔，或者在泄漏部位上建立一個(gè)封閉空腔，通過(guò)增壓工藝，采用大于介質(zhì)系統(tǒng)壓力的外部推力(高壓注劑泵)，將具有塑性、固化性的密封劑如環(huán)氧樹脂、高強(qiáng)玻璃纖維等材料注入模管與管線的夾層內(nèi)并充滿封閉空間，堵塞泄漏空洞和通道，密封劑在一定的條件下，迅速固化(或密封)，在泄漏部位上建立起一個(gè)固定的新的密封結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到不停產(chǎn)，帶壓修復(fù)消除介質(zhì)的泄漏。

其技術(shù)特點(diǎn)固化材料的強(qiáng)度適用于高壓天然氣管道的堵漏；固化的密封劑不會(huì)粘連在金屬管道表面，很容易拆除。

2.2永久修復(fù)技術(shù)

燃?xì)怃撝乒艿栏黝愲[患的永久修復(fù)技術(shù)如上所述可有管道停氣修復(fù)和不停氣之分，由于停氣修復(fù)技術(shù)為常規(guī)管道的停氣更換或者焊縫修補(bǔ)等等，本文不展開進(jìn)行研究，而燃?xì)夤艿啦煌］斒┕ぜ夹g(shù)是指在燃?xì)夤艿涝谶M(jìn)行急搶修以及開支管或其他類型的施工時(shí)能夠保證原管道持續(xù)供氣的一種新型管道施工技術(shù)。燃?xì)夤艿啦煌］敿夹g(shù)主要應(yīng)用于在役運(yùn)營(yíng)的燃?xì)夤艿乐校ㄟ^(guò)采用開孔、接旁通、封堵等專用技術(shù)，對(duì)管道進(jìn)行工藝性改造與維修。該技術(shù)能減少殘余燃?xì)鈱?duì)大氣環(huán)境的污染，有效節(jié)約燃?xì)饽茉?，并且能減少放散余氣對(duì)周圍人員造成的安全隱患，尤其是其能在不停輸狀態(tài)下進(jìn)行管道施工更是避免的停氣對(duì)城市生產(chǎn)、企業(yè)運(yùn)作、居民生活的影響，從而保障人民正常生產(chǎn)和生活的用氣。因此在人口密集的城市地區(qū)具有突出的環(huán)保性、節(jié)能性和安全性，充分符合了目前國(guó)家節(jié)能降耗的能源利用政策。不停輸技術(shù)應(yīng)用范圍：

2.2.1管道不停輸修復(fù)、更新、更換閥門

管道不停輸修復(fù)、更新、更換閥門是指原有燃?xì)夤艿莱霈F(xiàn)了泄漏、損壞、嚴(yán)重腐蝕或需更換管道原有閥門時(shí)，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)、更換閥門、更新等一系列施工。

2.2.2管道不停輸改線

管道不停輸改線是指原有燃?xì)夤艿拦芪灰蚺浜鲜姓こ淌┕ば枰?如配合高鐵樁位施工)等原因需進(jìn)行管位搬遷，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對(duì)管道進(jìn)行搬遷。

2.2.3管道不停輸接支管

管道不停輸接支管是指因下游用戶或管網(wǎng)輸配要求，需在原管道上接一根支管出來(lái)，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對(duì)管道開T施工。

2.2.4管道不停輸末端連接

管道不停輸接末端連接是指因用戶或管網(wǎng)輸配要求，原管道末端需進(jìn)行延伸、與新管連接，在確保管道下游用戶的正常用氣，管道不停輸?shù)那闆r下，對(duì)管道開T施工。

不停輸技術(shù)按封堵形式的不同可劃分為以下幾種形式：

(1)盤式封堵：利用盤式封堵頭實(shí)現(xiàn)管道封堵。(2)管道帶壓阻斷器：利用阻斷模塊實(shí)現(xiàn)封堵。

(3)筒式封堵：利用筒式封堵頭將管道封堵。

(4)囊式封堵：利用送擋板裝置和送囊封堵器分別將擋板和封堵囊送入管道，并向封堵囊內(nèi)充入氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)封堵。

3　應(yīng)用案例：莊胡公路管道泄漏及修復(fù)

由于莊胡公路沙積村原化工區(qū)高壓天然氣專線管道存在泄漏，同時(shí)由于MVA23閥門和MVA24閥門內(nèi)泄漏的影響，在管道注塑劑密封修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果不理想的情況下，采用了高壓高壓盤式封堵以確保下游更換維修管段鑲接施工的正常順利地完成。

4　結(jié)語(yǔ)

由于燃?xì)饩哂幸兹?、易爆的特性，隨著輸送管線埋地時(shí)間的增長(zhǎng)，由于管道材質(zhì)問(wèn)題或施工期間造成的損傷，以及管道運(yùn)行期間第三方破壞、腐蝕穿孔、自然災(zāi)害、誤操作等因素造成的管道泄露、穿孔、爆炸等事故時(shí)有發(fā)生，直接威脅人身安全，破壞生態(tài)環(huán)境，并給管道工業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有干線輸氣管道事故中，按管道事故的嚴(yán)重程度，泄漏占40%～80%，穿孔占10%～40%，破裂占1%～5%，各國(guó)燃?xì)夤艿赖幕馂?zāi)、爆炸事故曾給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失。

對(duì)于燃?xì)夤艿拦芾碚叨裕罾щy的問(wèn)題不在于事故后如何采取補(bǔ)救措施，而在于事故之前將隱患管道檢測(cè)出來(lái)并修復(fù)完好，預(yù)防事故的發(fā)生。如何針對(duì)各種隱患采取有效的修復(fù)措施，避免燃?xì)夤艿朗鹿?，有效地?duì)管道缺陷進(jìn)行預(yù)防性處理，做到事前預(yù)控，這是燃?xì)夤艿拦芾碚呙媾R的重要問(wèn)題。

Analysis on the Hidden Danger Types of Urban Gas Steel Pipeline and Emergency Disposal

Shanghai Municipal Gas No.1 Pipelines Engineering Co., Ltd.Xu Jie

This paper analyzes the various hazards of urban gas steel pipeline, discusses its emergency disposal methods, and provides some suggestions.

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