摘　要：提出燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估的概念，探討了燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估的必要性、理論、內(nèi)容、使用的儀器和依據(jù)的規(guī)范。

關(guān)鍵詞：燃?xì)夤芫W(wǎng)  潛能評(píng)估  管體  防腐層  陰極保護(hù)  土壤腐蝕性

Discussion on Gas Pipe Network Potential Evaluation Techniques

Abstract：The concept of gas pipe network potential evaluation is put forward．The necessity，theoty and content of gas pipe network potential evaluation，the used instruments and code are discussed．

Key words：gas pipe network；potential evaluation；pipe body；anticorrosive coating；cathodic protection；soil corrosivity

1　燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估概念的提出

中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)燃?xì)獾男枨罅吭絹?lái)越大，多城市即將或已經(jīng)面臨現(xiàn)有燃?xì)庠O(shè)施輸氣能力無(wú)法滿足未來(lái)發(fā)展的問(wèn)題。與此同時(shí)，越來(lái)越多的燃?xì)夤艿酪呀?jīng)或?qū)⒁_(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，形成了日益增長(zhǎng)的燃?xì)庑枨笈c管道將逐步達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的矛盾。

①運(yùn)行壓力對(duì)輸氣能力的限制

根據(jù)《2010年中國(guó)能源發(fā)展報(bào)告》，預(yù)計(jì)未來(lái)10余年，中國(guó)天然氣需求將呈爆炸式增長(zhǎng)，但在地下設(shè)施密布的城市里，通過(guò)尋找新的燃?xì)夤艿牢恢?，敷大管徑、高壓力?jí)制燃?xì)夤艿纴?lái)提高管網(wǎng)輸氣能力是一件很難的事，而且可以預(yù)見(jiàn)會(huì)變得越來(lái)越艱難。因此，很有必要判斷對(duì)于符合一定條件的管道(如路由合理且低于設(shè)計(jì)壓力運(yùn)行的管道)，能否在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)提升運(yùn)行壓力，以及可以提升多少運(yùn)行壓力來(lái)增加管道的輸送能力，即判斷燃?xì)夤芫W(wǎng)輸氣的潛在能力是多大。

②管網(wǎng)逐步達(dá)到了設(shè)計(jì)使用年限

除了少數(shù)幾個(gè)建國(guó)前就存在燃?xì)夤芫W(wǎng)的城市外，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)基本與改革開(kāi)放同步，建設(shè)于20世紀(jì)70年代末和80年代初。根據(jù)GB50494—2009《城鎮(zhèn)燃?xì)饧夹g(shù)規(guī)范》，燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)使用年限一般為30年。由此可以推算，部分燃?xì)夤艿酪呀?jīng)達(dá)到或者即將達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限。對(duì)于燃?xì)馄髽I(yè)來(lái)說(shuō)，如何對(duì)待達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的管道是一個(gè)棘手的問(wèn)題，需要確定這類(lèi)管道能否繼續(xù)使用以及還能繼續(xù)使用多久，即判斷燃?xì)夤芫W(wǎng)使用年限的潛在能力是多大。

筆者將這類(lèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)潛在能力(輸氣潛在能力、使用年限潛在能力)確定的過(guò)程稱(chēng)為燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估(Gas Pipeline Potential Evaluation，GPPE)。

2　燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估的必要性

對(duì)于以上情況的燃?xì)夤芫W(wǎng)，除燃?xì)馄髽I(yè)面臨供氣困難外，政府對(duì)燃?xì)庠O(shè)施的安全運(yùn)行也提出了相應(yīng)的要求。

TSG D7002—2008《公用管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——燃?xì)夤艿馈芬?guī)定，運(yùn)行工況發(fā)生顯著改變從而導(dǎo)致運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)提高的管道，應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行檢驗(yàn)。

GB 50494—2009《城鎮(zhèn)燃?xì)饧夹g(shù)規(guī)范》第3．1．5條規(guī)定，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)施應(yīng)保證在正常使用條件下的可靠運(yùn)行。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限時(shí)或遭遇重大災(zāi)害后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。其目的主要是保障供氣系統(tǒng)的安全性，評(píng)估后再確定是應(yīng)該繼續(xù)使用、改造還是更換，如繼續(xù)使用應(yīng)制定相應(yīng)的安全保證措施。

由此可見(jiàn)，對(duì)燃?xì)夤艿赖妮敋鉂撃堋⑹褂媚晗逎撃苓M(jìn)行評(píng)估，不僅是燃?xì)馄髽I(yè)的需求，也是政府的要求。因此，對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行潛能評(píng)估是十分必要的。

3　燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估

3.1　燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估理論

關(guān)于燃?xì)夤芫W(wǎng)的潛能評(píng)估，目前國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范。筆者根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范、燃?xì)庑袠I(yè)特點(diǎn)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法，以系統(tǒng)安全工程^[1]為基本理論，結(jié)合斷裂力學(xué)分析等理論進(jìn)行研究，得出燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估的內(nèi)容、采用的儀器及依據(jù)的規(guī)范。

3.2　燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估內(nèi)容、儀器及規(guī)范

以鋼質(zhì)燃?xì)夤艿罏槔?，按照系統(tǒng)分析法將燃?xì)夤艿罎撃茉u(píng)估歸納為4部分評(píng)估，即管道本體、管道防腐層和陰極保護(hù)系統(tǒng)、管道附屬設(shè)施、管道與周?chē)h(huán)境。

①管道本體

a．管道化學(xué)組成

鋼這種材質(zhì)是管道腐蝕的內(nèi)因，如鋼的化學(xué)組分中非金屬含量過(guò)高會(huì)影響管道性能。如S、P含量過(guò)高易發(fā)生腐蝕，C、Si含量過(guò)高易造成脆性開(kāi)裂。分析當(dāng)前管道的化學(xué)組成，與原有材質(zhì)單進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判斷管道在敷設(shè)環(huán)境下化學(xué)組成是否發(fā)生了變化。管道的化學(xué)組成可采用真空直讀光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)的規(guī)范為GB／T 4336—2002《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法(常規(guī)法)》、GB／T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》等。

b．管道力學(xué)性能

對(duì)運(yùn)行10年以上的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)管道母材及焊接部位的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)截?cái)嗟墓艿肋M(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，檢測(cè)焊縫抗拉強(qiáng)度是否大于母材抗拉強(qiáng)度，檢測(cè)母材屈服強(qiáng)度是否大于材質(zhì)單上的屈服強(qiáng)度來(lái)判斷管道的力學(xué)性能?？刹捎靡簤涸囼?yàn)機(jī)檢測(cè)，依據(jù)的規(guī)范為GB／T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》、GB／T 232—1999《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》等。

c．管道剩余有效壁厚

管道剩余有效壁厚是影響管道輸氣能力和剩余使用年限的重要參數(shù)。可采用超聲波測(cè)厚儀、金相軟件分析系統(tǒng)檢測(cè)，依據(jù)的規(guī)范為SY／T 6151—2009《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法》、GB／T13298—1991《金屬昆微組織檢驗(yàn)方法》、GB／T13299—1991《鋼的顯微組織評(píng)定方法》、GB／T224—2008{鋼的脫碳層深度測(cè)定法》。

剩余壁厚可首先用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行初步測(cè)量，并觀察管體是否有腐蝕產(chǎn)物。例如對(duì)懷疑有厭氧腐蝕的管道，如果厭氧細(xì)菌出現(xiàn)并且是活性的，管道表面會(huì)附著一層黑色的硫化鐵，這種沉積物只會(huì)附著在防腐層缺陷處。若黑色物質(zhì)是硫化鐵，用稀鹽酸溶液處理就會(huì)釋放硫化氫氣體，可以通過(guò)其特有的臭雞蛋氣味加以鑒別。在初步測(cè)量剩余壁厚后，對(duì)截?cái)嗟墓艿纼?nèi)、外表面進(jìn)行金相顯微分析。管道的剩余有效壁厚為剩余壁厚減去內(nèi)、外表面脫碳層組織發(fā)生變化部分的壁厚。

②管道防腐層和陰極保護(hù)系統(tǒng)

a．防腐層

管道防腐層的檢測(cè)分為無(wú)損檢測(cè)和開(kāi)挖探坑檢測(cè)^[2-3]。

防腐層無(wú)損檢測(cè)是通過(guò)管道上方地面進(jìn)行檢測(cè)。國(guó)內(nèi)外埋地金屬管道外防腐層無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法很多，就其信號(hào)源可歸納為直流法和交流法兩種?？刹捎梅栏瘜訖z測(cè)儀檢測(cè)防腐層，依據(jù)的規(guī)范為CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》。

開(kāi)挖探坑檢測(cè)是NACE RP0502—2002《Pipeline External Corrosion Direct Assessment Methodology》(中文譯名為《管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)方法》)中規(guī)定的直接檢測(cè)方法，較間接檢測(cè)法更加直觀、準(zhǔn)確?？刹捎秒娀鸹z漏儀、防腐層磁性測(cè)厚儀檢測(cè)防腐層，依據(jù)的規(guī)范為SY／T 0063—1999《管道防腐層檢漏試驗(yàn)方法》、SY／T 0447—96《埋地鋼質(zhì)管道環(huán)氧煤瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，以及其他防腐層標(biāo)準(zhǔn)。

防腐層開(kāi)挖探坑檢測(cè)內(nèi)容包括：防腐層是否發(fā)生龜裂、破損、剝離、失去光澤，有無(wú)明顯腐蝕和防腐層老化跡象；用防腐層磁性測(cè)厚儀在管道上、下、左、右4個(gè)點(diǎn)測(cè)量防腐層的厚度，判斷防腐層等級(jí)；防腐涂層連續(xù)完整性用電火花檢漏儀進(jìn)行檢測(cè)，以不打火花為合格。

b．陰極保護(hù)系統(tǒng)

陰極保護(hù)是實(shí)施埋地管道腐蝕控制的常規(guī)方法，它是使金屬表面成為電化學(xué)電池的陰極而達(dá)到減小其腐蝕速率甚至消除腐蝕現(xiàn)象的一項(xiàng)技術(shù)。陰極保護(hù)有兩種方式：強(qiáng)制電流法和犧牲陽(yáng)極法^[4-5]。強(qiáng)制電流法是通過(guò)陰極保護(hù)電源和埋地輔助陽(yáng)極地床將電流施加到被保護(hù)管道上。犧牲陽(yáng)極法是利用比鐵活性更強(qiáng)的金屬(如鋅、鎂)與管道鋼的電偶效應(yīng)提供陰極保護(hù)所需要的電流。

在日常管道運(yùn)行管理中，檢測(cè)陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的常規(guī)方法是用萬(wàn)用表測(cè)量管地電位。由于IR降的影響以及測(cè)試樁位置的局限，在實(shí)際檢測(cè)中需要檢測(cè)整條管道的斷電電位，可使用密間距電位檢測(cè)儀CIPS進(jìn)行檢測(cè)。這種方法不但可以檢測(cè)管道任意位置上的保護(hù)電位，不受測(cè)試樁位置的局限。而且可以有效地消除IR降的影響。

應(yīng)用PCM檢測(cè)儀進(jìn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)的故障查找和定位效果相當(dāng)好。PCM檢測(cè)儀不但可以準(zhǔn)確地找出管道因與其他金屬搭接造成保護(hù)電流流失的位置、連接處絕緣失效等故障，還可以通過(guò)它特有的近直流信號(hào)，模擬管道上直流保護(hù)電流的分布狀態(tài)。

③管道附屬設(shè)施

對(duì)管道附屬設(shè)施(如閥門(mén)、凝水缸等)中的代表、特殊部位的性能狀況進(jìn)行抽查檢測(cè)。應(yīng)檢查閥門(mén)是否存在泄漏、損壞、關(guān)閉不嚴(yán)等問(wèn)題；閥門(mén)井是否存在積水、塌陷、有妨礙閥門(mén)操作的堆積物等；凝水缸的護(hù)罩、排水裝置是否存在泄漏、腐蝕和堵塞，是否存在妨礙排水作業(yè)的堆積物。依據(jù)的規(guī)范為CJJ 51—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)施運(yùn)行、維護(hù)和搶修安全技術(shù)規(guī)程》、CJ／T 3055—95《燃?xì)忾y門(mén)的試驗(yàn)與檢驗(yàn)》等。

④管道與周?chē)h(huán)境

a．土壤腐蝕性

管道運(yùn)行年限較長(zhǎng)，地面環(huán)境等許多因素會(huì)發(fā)生變化，其中土壤的腐蝕性調(diào)查非常必要^[6-7]。土壤腐蝕性的經(jīng)典評(píng)價(jià)方法有失重法和最大孔蝕深度法，這兩種方法科學(xué)準(zhǔn)確，但要通過(guò)埋設(shè)試片等待其自然腐蝕，等待的時(shí)間較長(zhǎng)。受工期和經(jīng)費(fèi)等因素的制約，這兩種方法在實(shí)際工程中不大可能使用。在實(shí)際工程中往往依據(jù)歷史資料結(jié)合當(dāng)前管道狀況，對(duì)土壤腐蝕性的主要影響因素使用儀器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量土壤電阻率、含水率和酸堿度是常規(guī)的土壤腐蝕性檢測(cè)評(píng)價(jià)方法。

土壤電阻率是表征土壤導(dǎo)電性能的指標(biāo)，是判斷土壤腐蝕性的基本參數(shù)?？刹捎盟臉O法的土壤電阻率測(cè)試儀，沿管道布點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。也可采用電磁測(cè)量?jī)x沿整條管道路由進(jìn)行測(cè)量。

土壤含水率是反映土壤腐蝕性的另一指標(biāo)。土壤腐蝕性隨著濕度增加而增強(qiáng)，濕度達(dá)到某一臨界值后，若再進(jìn)一步增加，腐蝕性反而會(huì)減弱。

pH值代表了土壤的酸堿度，可以使用pH值測(cè)量?jī)x或?qū)Ｓ迷嚰堖M(jìn)行測(cè)定。缺乏堿金屬、堿土金屬而大量吸附H⁺的pH值小于5的酸性土壤通常被認(rèn)為是腐蝕性土壤。

b．雜散電流

大地中雜散電流對(duì)管道的干擾會(huì)造成管道局部腐蝕嚴(yán)重。雜散電流干擾可分為直流干擾和交流干擾。直流雜散電流主要是由電氣化鐵路、直流電機(jī)、電解和電鍍等直流電氣設(shè)備接地等引起。盡管交流雜散電流對(duì)金屬陽(yáng)極也有加速溶解的作用，但對(duì)管體的腐蝕危害相對(duì)較小。雜散電流的空間分布和來(lái)源復(fù)雜，流動(dòng)方向和強(qiáng)度變化多樣，又依此可將其分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。第三方管道的外加電流保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置不合理可能形成直流電流干擾，這種干擾形態(tài)穩(wěn)定，屬于靜態(tài)干擾；電力機(jī)車(chē)給管道造成的電流干擾會(huì)隨著機(jī)車(chē)的運(yùn)行而變化，屬于動(dòng)態(tài)干擾。傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)方法較陳舊，不能對(duì)動(dòng)態(tài)雜散電流進(jìn)行有效測(cè)量。

雜散電流測(cè)繪儀能夠準(zhǔn)確測(cè)定影響管道的雜散電流干擾位置、危害程度，還能夠檢測(cè)出雜散電流在管道上的分布狀況，檢測(cè)出受雜散電流影響的管段，還可配合PCM檢測(cè)儀精確確定出雜散電流的流入點(diǎn)和流出點(diǎn)，是檢測(cè)管道上是否存在動(dòng)態(tài)雜散電流的一個(gè)有效方法。

c．占?jí)?span lang="EN-US">

占?jí)喝細(xì)夤艿朗侵冈谌細(xì)夤艿郎戏叫藿ńㄖ锖蜆?gòu)筑物、堆放物品等。其危害性主要有兩方面：一是影響安全檢查。如果建筑物等占?jí)毫巳細(xì)夤艿赖仍O(shè)施，會(huì)給正常的燃?xì)獍踩珯z查帶來(lái)困難，造成安全隱患不易被發(fā)現(xiàn)和排查，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，也不能及時(shí)進(jìn)行搶修，進(jìn)而危及公共安全。二是容易造成地基不規(guī)則沉降而損傷管道。在建筑物等的重壓下，地面不均勻沉降會(huì)對(duì)被占?jí)汗艿喇a(chǎn)生作用力，使燃?xì)夤艿雷冃?、受損、斷裂。如果發(fā)生泄漏，泄漏的燃?xì)夥e聚，很容易形成爆炸，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

d．安全間距

地下燃?xì)夤艿琅c建筑物、構(gòu)筑物或相鄰管道之間的水平凈距、垂直凈距應(yīng)符合GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》中表6．3．3—1、表6．3．3—2的規(guī)定。

4　結(jié)語(yǔ)

燃?xì)夤芫W(wǎng)潛能評(píng)估能使管理者在確保系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性的前提下，充分、有效地利用有限的資源，能更好地實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型社會(huì)。

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本文作者：馬冬蓮  王湘寧  馮俊涵  宋海寧

作者單位：中交煤氣熱力研究設(shè)計(jì)院有限公司

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