楊明翰，黃澤，王超，劉曉華，劉延雷

（杭州市特種設(shè)備檢測研究院， 浙江 杭州 311100）

2010年國家質(zhì)檢總局頒布了TSGD7004-2010《壓力管道定期檢驗規(guī)則-公用管道》，明確規(guī)定GB類公用管道需要進行定期檢驗[1]。燃氣管道一般深埋地下，無法直觀地進行檢驗，且城鎮(zhèn)燃氣管道的管徑相對長輸燃氣管道過于細小，應(yīng)用現(xiàn)行檢測方法對內(nèi)部檢測無法實施。另外城鎮(zhèn)干擾因素相對復(fù)雜，車流量等條件使得深埋地下的城鎮(zhèn)燃氣管道檢驗相對困難，以上原因使大部分檢驗機構(gòu)未對使用壓力≤0.4MPa的埋地城鎮(zhèn)燃氣管道進行定期檢驗。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

2018年，中國天然氣表觀消費量達2803億立方米，其中工業(yè)燃料占比38.6%，城鎮(zhèn)燃氣占比33.9%[2]。中國埋地燃氣管網(wǎng)目前已覆蓋全國31個省市、自治區(qū)。截之2019年底，城鎮(zhèn)燃氣管道總長度已超過70萬公里，隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，尤其是人口密集的城鎮(zhèn)，埋地燃氣管道地下縱橫交錯，不斷擴大、更替，其事故發(fā)生幾率逐漸增加。

圖1 疊前噪聲去除前（上）后（下）疊加剖面

城鎮(zhèn)管網(wǎng)2017年全國共31個省市自治區(qū)發(fā)生過270起燃氣事故，2018年全國31個省市自治區(qū)發(fā)生274起燃氣事故，2019年全國29個省市自治區(qū)發(fā)生259起埋地燃氣管道事故[3]（如圖1）。近三年燃氣管道事故呈現(xiàn)發(fā)生地域廣、頻次高等特點。

2 事故原因分析

2.1 管道材質(zhì)

燃氣管道發(fā)展初期主要采用鑄鐵管道進行輸送，由于鑄鐵管道易泄漏、斷裂、難恢復(fù)等缺點，逐步被鋼質(zhì)管道取代，然而鋼管抗腐蝕能力較弱，易發(fā)生腐蝕穿孔導(dǎo)致事故發(fā)生。為降低建設(shè)成本，更好地應(yīng)對腐蝕環(huán)境，目前部分中壓管道采用聚乙烯材質(zhì)。聚乙烯管道具有價格便宜、耐腐蝕、施工簡單、延展性良好等優(yōu)點，但易因外載荷導(dǎo)致管道斷裂。

2.2 管道防腐

2.2.1 鋼質(zhì)管道外表面防腐

埋入地下的鋼管在潮濕的環(huán)境下腐蝕減薄，造成燃氣泄漏，嚴重時發(fā)生火災(zāi)、爆炸等危險。石油瀝青作為最早防腐材料，由于物理性能差，凝結(jié)的瀝青會因外力成片脫落等缺點被淘汰（如圖2）；添加玻璃絲布瀝青或環(huán)氧煤瀝青能有效解決粘結(jié)力的問題，但隨著時間延長玻璃絲布會老化損壞，起不到加固的效果（如圖3）；此后發(fā)展的環(huán)氧粉末防腐蝕性能好、粘結(jié)力強、強度高，得到了大量應(yīng)用。隨著長輸管道及穿越管道的應(yīng)用，PE防腐技術(shù)不斷發(fā)展，已成為目前主要的防腐措施，但施工回填過程易劃傷、施工質(zhì)量參差不齊，均為燃氣管道留下不同程度的安全隱患（如圖4、圖5）。

圖2 石油瀝青防腐層破損

圖3 石油瀝青三油四布破損

圖4 PE防腐層破損

圖5 PE防腐層補口處防腐層開裂

2.2.2 鋼質(zhì)管道輔助防腐

目前，輔助防腐主要采用犧牲陽極[4]和強制電流[5]兩種方式。犧牲陽極通過在地下埋設(shè)鎂或鋅棒，犧牲自己對管道保護，這種方法所需場地小，施工簡單，應(yīng)用比較廣泛，對于地形無任何要求。犧牲陽極體積一般有限，驅(qū)動電位較低，提供保護的管段距離較短并隨著使用時間的延長犧牲陽極體積也會逐漸減少，因此需經(jīng)常更換陽極包；外加強制電流陰極保護是通過外部電源來改變管道運行環(huán)境的電位，使需要保護的管道電位一直低于周圍環(huán)境的狀態(tài)下，管道不會失去電子而發(fā)生腐蝕，實施這種保護需要很大的電位設(shè)備進行整合電流加持在管道上，維護費用高，設(shè)置失誤會引發(fā)雜散電流干擾，形成過保護進而產(chǎn)生防腐層陰極剝離或者管材的氫脆。

2.2.3 雜散電流

土壤中的雜散電流會通過管道某一部位進入管道，并在管道中移動一段距離后從管道防腐層破損處離開回到土壤中，這些電流離開管道的地方會發(fā)生腐蝕，也因此被稱為雜散電流腐蝕[6]。雜散電流進入管道的部分，管道得到電子為陰極被保護；雜散電流離開會帶走電子，流出管段會發(fā)生腐蝕。根據(jù)電化學(xué)腐蝕的特點，埋地鋼制管線失去電子的陽極區(qū)會因土壤潮濕，而發(fā)生明顯的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。雜散電流會把鋼制管道電解成氧化物、鹽類等，雜散電流的集聚效應(yīng)，會在短時間內(nèi)使管道形成電擊弧坑最終導(dǎo)致管道腐蝕穿孔。雜散電流腐蝕發(fā)生的幾率雖然不高但破壞性巨大。

2.3 第三方破壞引發(fā)事故

隨著軌道交通的大發(fā)展，尤其是地鐵等環(huán)線的建立，挖掘工程增多，對埋地燃氣管道威脅越來越大。近十年第三方破壞燃氣管道設(shè)施的事故呈遞增趨勢。燃氣工程頂管施工、其他埋地管道鋪設(shè)、橋墩建造、地鐵施工都成為第三方破壞的主要方式。

3 檢測監(jiān)測方法

3.1 檢測方法

由于城鎮(zhèn)燃氣管道管徑小、壓力低、缺少必要的輔助設(shè)備（收發(fā)球筒），目前廣泛應(yīng)用于長輸管道的漏磁檢測方法不能得到應(yīng)用。另外輸送介質(zhì)經(jīng)過凈化裝置，不存在硫化物、水氣等雜質(zhì)，通常不考慮介質(zhì)的內(nèi)腐蝕作用，所以外防腐質(zhì)量是城鎮(zhèn)埋地燃氣管道的主要檢測項目。目前通用的檢測技術(shù)主要包括直流電位梯度法[7]、交流電流衰減法[8]、密間隔電位測試法[9]、雜散電流檢測、電火花檢測等。對不同的防腐方式，各檢測手段效果見表1，對不同的覆土層，各檢測手段優(yōu)缺點見表2。

表1 不同防腐方式下各檢測手段效果

表2 不同的檢測手段對不同檢測路面的效果

根據(jù)多年檢測實踐，對于開挖管道需要進行電火花檢測，可有效檢測防腐層針孔（如圖6、圖7）。

圖6 宏觀檢測發(fā)現(xiàn)外防腐層完好

圖7 電火花檢測，發(fā)現(xiàn)防腐層存在針孔

3.2 監(jiān)測方法

對于第三方破壞，燃氣公司應(yīng)加強日常巡檢力度，確保在埋地燃氣管道處施工時能及時會簽管道信息，避免施工過程中對管道的破壞，此外還可建立地理信息系統(tǒng)以方便燃氣公司對本地區(qū)燃氣管道信息的掌握，同時可通過城市數(shù)據(jù)建立完善的企業(yè)GIS系統(tǒng)（圖8），及時更新城市擴張數(shù)據(jù)，減少其對埋地管道的影響，起到更好保護管道安全的作用。

圖8 燃氣管道GIS系統(tǒng)

4 結(jié)論

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)發(fā)展迅速，與人民生活緊密相關(guān)，一旦引發(fā)事故將使人民生命財產(chǎn)受到嚴重威脅。目前國家已出臺相關(guān)的法律法規(guī)，明確要求燃氣管道需進行定期檢驗。本文通過分析燃氣管道的發(fā)展現(xiàn)狀、事故形式及檢驗檢測方法，提出相關(guān)預(yù)防措施，為城鎮(zhèn)燃氣的安全運行提供參考。

◆參考文獻

[1] TSG D7004-2010，壓力容器定期檢驗規(guī)則-公用管道[S].

[2] 王一鳴，李凡榮，李月明. 中國天然氣發(fā)展報告（2019）[M].北京：石油工業(yè)出版社，2019.

[3] 2019年全國燃氣爆炸事故數(shù)據(jù)分析報告[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/365214827 648671.2020-01-07.

[4] GB/T 21447-2018，鋼制管道外腐蝕控制規(guī)范[S].

[5] GB/T 21448-2017，埋地鋼制管道陰極保護技術(shù)規(guī)范[S].

[6] 金醒群. 地鐵雜散電流對埋地鋼質(zhì)燃氣管道的腐蝕[J].煤氣與熱力，2012，32(3)：31-34.

[7] 巢栗蘋.用直流電位梯度法測量埋地管道防護層缺陷位置的模擬試驗[J].腐蝕與防護，2008，29(5)：257-259.

[8] 司永宏，牛衛(wèi)飛，王世來. 交流電流衰減法（PCM）在埋地管道防腐層檢測中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2008，(10)：99-101.

[9] 段曉云，李謙定. 密間隔電位檢測技術(shù)（CIPS）在榆林氣田的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2010，29(10)：88-91.