國內(nèi)典型城市燃?xì)夤艿朗д{(diào)查與分析

摘 要

摘要：調(diào)查了國內(nèi)6個典型城市燃?xì)夤艿赖氖в涗?，進(jìn)行了對比分析。我國燃?xì)夤艿朗ьl率高，不同城市間失效頻率差別很大。腐蝕是燃?xì)夤艿朗У闹饕?，其中防腐層的完整性、?/p>

摘要：調(diào)查了國內(nèi)6個典型城市燃?xì)夤艿赖氖в涗?，進(jìn)行了對比分析。我國燃?xì)夤艿朗ьl率高，不同城市間失效頻率差別很大。腐蝕是燃?xì)夤艿朗У闹饕?，其中防腐層的完整性、燃?xì)鈿赓|(zhì)對腐蝕的影響最大。第三方破壞是燃?xì)夤艿朗У牡诙笤?，大城市的燃?xì)夤艿栏菀自馐艿谌狡茐?。引入管是燃?xì)夤艿老到y(tǒng)最易失效的部件，管道附屬設(shè)備閥門和凝水缸是管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。
關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿?；失效調(diào)查；失效分析；失效頻率；腐蝕失效；第三方破壞
Investigation and Analysis on Failure of Gas Pipeline in Typical Domestic Cities
HUANG Xiao-mei，PENG Shi-ni，YANG Jun-jie，WANG Shu-miao
Abstract：The failure records of gas pipeline in six typical domestic cities are investigated，and a comparative analysis is conducted. The failure frequency of gas pipeline is high in China，the difference of failure frequency among different cities is large. The corrosion is the main reason for gas pipeline failure，and the integrity of anticorrosion coating and the gas purity have the greatest impact on corrosion. The third party damage is the second reason for gas pipeline failure，and the gas pipeline in large cities is more vulnerable to the third party damage. The service pipe is most likely to fail in the gas pipeline system. Pipeline ancillary equipments such as valves and condensate tank are weak links in pipeline system.
Key words：gas pipeline；failure investigation；failure analysis；failure frequency；    corrosion failure；third party damage
    燃?xì)夤艿赖陌踩珕栴}是燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)、城市居民和政府部門最為關(guān)注的問題之一。我國城市燃?xì)鈿庠捶N類多，有的城市還經(jīng)過了幾種不同燃?xì)獾霓D(zhuǎn)換，不同城市、不同時(shí)期燃?xì)夤艿肋x材、防腐方法等有所不同，各城市的土壤腐蝕性差異很大，再加上燃?xì)馄髽I(yè)的經(jīng)營管理水平差異較大，這些因素導(dǎo)致我國各城市燃?xì)夤艿朗У奶卣?、失效頻率以及失效的后果都有很大差別。我國缺乏專門針對燃?xì)夤艿朗Ш褪鹿实膱?bào)告制度，各城市的燃?xì)饨?jīng)營者大多未保留完整的管道失效資料，關(guān)于此類資料不同城市之間缺乏交流。業(yè)內(nèi)學(xué)者一般僅針對個別城市的燃?xì)夤艿朗нM(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[1～4]，而沒有進(jìn)行多城市的對比分析，因而很難全面了解我國燃?xì)夤艿朗У奶卣鳌?/span>
1 燃?xì)夤艿老到y(tǒng)失效調(diào)查
    為全面了解全國范圍內(nèi)的燃?xì)夤艿朗Ш褪鹿?/span>的特點(diǎn)，本文根據(jù)城市規(guī)模、地理位置、地形地貌、燃?xì)夥N類、主要管材及附屬設(shè)備、管道系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、壓力級制、防腐方式等因素，選擇了6個城市采用實(shí)地調(diào)研、訪談、調(diào)查問卷、收集故障資料等形式進(jìn)行了管道失效和事故調(diào)查，這6個城市的管網(wǎng)基本情況見表1。
表1 6個城市管網(wǎng)的基本情況
城市
城市規(guī)模
地理位置
地形地貌
燃?xì)夥N類
主要管材及附屬設(shè)備
運(yùn)行時(shí)間
壓力級制
防腐方式
A
特大城市
西南地區(qū)
山地
天然氣
絕大部分為鋼管，少量PE管；附屬設(shè)備主要為閥門。
逾30年
次高-中-低壓三級管
網(wǎng)，中壓進(jìn)小區(qū)，樓棟調(diào)壓，低壓入戶。
早期主要采用石油瀝青，近期主要采用聚乙烯黏膠帶和3層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)。
B
大城市
華中地區(qū)
丘陵
原為人工煤氣，現(xiàn)轉(zhuǎn)換為天然氣。
多數(shù)為鑄鐵管，少數(shù)為鋼管；附屬設(shè)備有閥門和凝水缸。
逾20年
中-低壓二級管網(wǎng)，區(qū)
域調(diào)壓。
主要為環(huán)氧煤瀝青。
C
中等城市
華北地區(qū)
平原
天然氣
基本上為鋼管；附屬設(shè)備有閥門和凝水缸。
15年
中-低壓二級管網(wǎng)，區(qū)域調(diào)壓。
最早采用玻璃鋼，后采用環(huán)氧煤瀝青，近期主要采用2層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)。
D
中等城市
東北地區(qū)
海濱
天然氣
基本上為鋼管；附屬設(shè)備有閥門和凝水缸。
10年
中-低壓二級管網(wǎng)，區(qū)域調(diào)壓。
早期采用環(huán)氧煤瀝青，近期主要采用2層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)。
E
中等城市
華東地區(qū)
平原
人工煤氣、天然氣
多數(shù)為鑄鐵管，少數(shù)為鋼管；附屬設(shè)備有閥門和凝水缸。
逾20年
中-低壓二級管網(wǎng)，區(qū)域調(diào)壓。
早期采用石油瀝青，近期主要為3層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)。
F
中等城市
華南地區(qū)
平原
液化石油氣
多數(shù)為鋼管，少數(shù)為PE管；附屬設(shè)備有閥門和凝水缸。
近20年
中-低壓二級管網(wǎng)，區(qū)域調(diào)壓。
主要采用3層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)。
這幾個城市覆蓋了我國的主要地形地貌、燃?xì)忸愋汀⒐懿念愋?、防腐方法、壓力級制等，因此對這幾個城市的管道失效進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對全國范圍內(nèi)的燃?xì)夤艿朗卣鞯墓烙?jì)有很好的參考意義。各城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)失效記錄統(tǒng)計(jì)見表2。
2 燃?xì)夤芫W(wǎng)各組成部分的失效分析
2.1 城市配氣管道
① 失效原因分析
城市配氣管道幾乎都是埋地管道，將表2中6個城市的管道失效情況用單位長度管道失效頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可知城市配氣管道失效的最主要原因是腐蝕，約占總失效原因的68%；其次是第三方破壞，約占18%；第三是連接接頭失效，約占9%，連接接頭失效主要發(fā)生在鑄鐵管機(jī)械連接接頭上；管道質(zhì)量缺陷和地面運(yùn)動共占約5%。
a. 外腐蝕
外腐蝕主要發(fā)生在埋地鋼管上，腐蝕之處的外防腐層一般都嚴(yán)重破損，有些是因年久整體老化，有些則是施工活動破壞了防腐層，但防腐層破損處或整體老化處未必發(fā)生嚴(yán)重的外腐蝕，防腐層破損且管道埋設(shè)于腐殖土中時(shí)外腐蝕才最為嚴(yán)重。防腐層失效與管道回填質(zhì)量、防腐層類型和服役時(shí)間有密切關(guān)系，其中施工質(zhì)量對防腐層有決定性影響；一般服役時(shí)間越長，防腐層失效概率增加，但從防腐層種類來看，環(huán)氧煤瀝青比石油瀝青更容易整體失效。此外，施工損壞防腐層也是常見的防腐層失效原因。鑄鐵管外表面也可見銹跡或較淺的均勻蝕坑，但很少遭受嚴(yán)重的外腐蝕。
    b. 內(nèi)腐蝕
    調(diào)查發(fā)現(xiàn)輸送天然氣的管道幾乎都不曾發(fā)生內(nèi)腐蝕，內(nèi)腐蝕主要發(fā)生在輸送人工煤氣的管道上。內(nèi)腐蝕失效的情況取決于燃?xì)鈿赓|(zhì)，如E市由于燥氣氣質(zhì)較好，管道內(nèi)腐蝕頻率很低，而B市由于長期使用凈化不合格的人工煤氣，燃?xì)庵泻写罅康乃?、硫化氫、萘、灰塵等雜質(zhì)，使得管道內(nèi)腐蝕失效頻率很高。輸送氣質(zhì)不合格的燃?xì)?，無論是鋼管還是鑄鐵管都會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕穿孔現(xiàn)象，且鋼管腐蝕程度更高。
表2 被調(diào)查城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)失效記錄統(tǒng)計(jì)
城市
A
B
C
D
E
F
統(tǒng)計(jì)時(shí)間/a
2
3
3
6
1
2
統(tǒng)計(jì)的城市配氣管道長度/km
2000
600
520
480
800
400
失效數(shù)量/次
城市配氣管道
腐蝕
292
308
114
16
7
2
第三方破壞
施工破壞車輛沖擊
128
45
1
4
8
6
0
0
0
6
1
管道質(zhì)量缺陷
管材質(zhì)量缺陷
36
0
4
0
0
0
焊縫缺陷
2
3
0
0
地面運(yùn)動
地基下沉
0
0
0
1
1
滑坡
5
0
0
0
0
連接接頭失效
車輛沖擊
0
76
0
0
1
0
地基下沉
7
墊圈老化
5
干氣不適應(yīng)
12
城市配氣管道合計(jì)
456
436
119
23
47
10
用戶引入管
腐蝕
345
251
0
0
44
0
地基下沉
0
0
0
0
4
0
活接頭泄漏
7
67
干氣不適應(yīng)
0
13
車輛沖擊
1
0
閥門
腐蝕
20
86
0
0
0
0
第三方破壞
0
0
 
閥體結(jié)構(gòu)破壞
2
1
連接失效
0
1
凝水缸
腐蝕
0
122
0
13
8
0
施工破壞
0
2
0
0
9
0
其他
0
6
0
0
0
0
城市配氣管道平均失效頻率(次·km-1·a-1)
0.114
0.242
0.076
0.008
0.059
0.013
   c. 第三方破壞
   第三方破壞的主要形式有施工破壞、車輛沖擊和違章占壓。其中，第三方施工對管道的破壞是最常見的破壞形式，在管道失效總原因中所占比例僅次于腐蝕，各調(diào)查城市的平均比例為18%。對于腐蝕控制較好的燃?xì)夤?，施工破壞則成為最主要的失效原因，這是由于施工破壞大多是偶然發(fā)生的，控制難度較大。從表1和表2可以看出，大城市和特大城市的燃?xì)夤艿栏菀资艿绞┕て茐牡耐{。車輛對地面管道及用戶引入管的破壞也偶有發(fā)生，車輛碾壓和違章占壓給管道增加了較大的負(fù)荷，但因此直接導(dǎo)致失效的情況很少發(fā)生。
   d. 管道質(zhì)量缺陷
   管道質(zhì)量缺陷主要包括管材原始質(zhì)量缺陷(包括制造缺陷和運(yùn)輸過程中的損傷)和焊接或熔接缺陷。管材原始質(zhì)量缺陷偶有發(fā)現(xiàn)，但直接導(dǎo)致管道失效的情況非常少；焊接質(zhì)量缺陷導(dǎo)致失效在部分早期施工的管道上常有發(fā)生，主要原因是施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，焊工無證上崗和盲目趕工期所致。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，焊縫處的失效大多是腐蝕，這是因?yàn)楹缚p處的防腐層補(bǔ)口質(zhì)量遠(yuǎn)不如管體的防腐層。
    e. 地面運(yùn)動
    地面運(yùn)動主要包括地質(zhì)性沉降、地基沉降、滑坡、水災(zāi)沖刷等。此類失效原因發(fā)生頻率也是較低的，僅對特定位置有影響，常見的情況是地基沉降導(dǎo)致管道系統(tǒng)機(jī)械連接開裂。
   f. 連接接頭失效
   連接接頭失效主要發(fā)生在鑄鐵管的機(jī)械連接接頭以及管道與附屬設(shè)備之間的連接件上。其中，已經(jīng)由人工煤氣轉(zhuǎn)換為天然氣的城市，管道接頭由于不適應(yīng)于氣而導(dǎo)致漏氣的情況最為普遍；其次由于接頭處的墊圈、填料老化漏氣的情況也較多。
   ② 城市配氣管道系統(tǒng)失效頻率分析
   6個城市中，配氣管道失效頻率最高的達(dá)到0.242次/(km·a)，而最低僅為0.008次/(km·a)，相差約30倍，6個城市配氣管道失效頻率的平均值約為0.085次/(km·a)。
    由表1和表2可見，運(yùn)行時(shí)間越長的燃?xì)夤艿?，失效頻率也越高，這說明運(yùn)行了三四十年的管道已經(jīng)進(jìn)入老化階段。但失效頻率并不與運(yùn)行時(shí)間成正比，它還與管道類型、工程質(zhì)量、氣質(zhì)質(zhì)量等多種因素有關(guān)，例如B市輸送的燃?xì)饩哂袕?qiáng)腐蝕性，使得其失效頻率最高；F市與C市的燃?xì)夤艿捞卣鲄?shù)類似，且都輸送氣質(zhì)條件較好的干氣，可認(rèn)為燃?xì)鈱κьl率無影響，但由于F市工程質(zhì)量控制得較好(如采用了優(yōu)良的防腐材料，開挖回填、焊接均嚴(yán)格遵守了有關(guān)規(guī)范的要求)，而C市早期施工質(zhì)量較差，因而F市的失效頻率遠(yuǎn)低于C市。
2.2 用戶引入管
   調(diào)查發(fā)現(xiàn)用戶引入管失效頻率很高，例如A市用戶引入管失效次數(shù)占管道系統(tǒng)總次數(shù)的42%。用戶引入管易失效有以下原因：用戶引入管的特點(diǎn)是穿越土壤、空氣的交界面，受干濕交替影響頻繁，土壤應(yīng)力作用明顯；用戶引入管地面部分暴露在大氣環(huán)境中，遭受日曬雨淋，防腐層易老化；用戶引入管受到建筑物沉降等作用力的影響；用戶引入管常常不經(jīng)意地成為建筑物的“接地體”，電流干擾嚴(yán)重；用戶引入管的防腐層一般是現(xiàn)場手工施工，質(zhì)量較差；用戶引入管上管件較多，部分管件易失效，如活接頭；用戶引入管暴露在地面上的部分容易受到第三方干擾，如車輛撞擊。
2.3 閥門和凝水缸
   閥門和凝水缸等管道附屬設(shè)備是重要的泄漏源，尤其是埋地的附屬設(shè)備，如凝水缸。由于其外表面積較大且多為自制，不容易做防腐處理，因此其腐蝕頻率比普通鋼管高，再加上凝水缸的排水管等部件也較容易失效，使得凝水缸成為管網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。
    閥門的失效多為填料、密封失效或閥芯、閥桿損壞，閥門與管道間的法蘭連接滲漏也偶有發(fā)生。但由于閥門一般都安裝在閥井中，失效比較容易被巡線人員發(fā)現(xiàn)，維修也很方便。
3 結(jié)論與建議
    從對國內(nèi)6個典型城市的燃?xì)夤艿朗д{(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國燃?xì)夤艿朗ьl率總體較高，且不同城市之間的失效頻率差別很大。為降低燃?xì)夤艿朗ьl率，建議應(yīng)采取以下幾點(diǎn)措施。
    ① 工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對管道線路的土壤腐蝕性進(jìn)行調(diào)查，在高腐蝕性區(qū)域選擇高等級防腐層，在符合規(guī)范的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用PE管道。
    ② 加強(qiáng)燃?xì)夤艿拦こ藤|(zhì)量的控制，尤其應(yīng)注意在施工過程中保證防腐層的完整性。
    ③ 運(yùn)行時(shí)間較長的管道應(yīng)定期評估防腐層的質(zhì)量狀況，檢測防腐層破損點(diǎn)，并及時(shí)修復(fù)；應(yīng)為在役埋地鋼管追加陰極保護(hù)系統(tǒng)。
    ④ 用戶引入管應(yīng)做高等級防腐，可采用中間帶有一段PE管的預(yù)制用戶引入管。
   ⑤ 應(yīng)對燃?xì)鈿赓|(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，尤其應(yīng)控制燃?xì)庵械乃值确弦?guī)定。
    ⑥ 閥門和凝水缸是重要的泄漏源，工程設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置閥門和凝水缸應(yīng)謹(jǐn)慎，對于輸送干氣的管道系統(tǒng)，可不設(shè)置凝水缸。
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(本文作者：黃小美1 彭世尼1 楊俊杰2 王書淼2 1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院 重慶 400045；2.新奧(廊坊)燃?xì)饧夹g(shù)研究發(fā)展有限公司 河北廊坊 065001)