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管道研究

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城市天然气管道失效原因及诊断方法

来源:《管道保护》杂志 作者:李康春1,2 邓富康1,2 黄福川1,2 时间:2018-7-3 阅读:

李康春1,2 邓富康1,2 黄福川1,2

1.广西大学化学化工学院; 2.广西石化资源加工及过程强化重点实验室

[摘 要]随着我国天然气工业的发展,城市天然气的消费总量不断增加。由于人为和环境等多方面的原因,管道失效导致的事故时有发生。本文对城市天然气管道失效泄露的原因作一浅析,并对常用的泄漏检测技术进行了对比分析,提出了相应的解决措施。

[关键词]城市燃气管道 失效检测 技术措施

由于城市人口和经济相对集中,管线穿越地域广,服役的环境复杂多变,一旦突发失效破坏,就会造成很大经济损失,甚至造成人员伤亡,污染周围环境。

1 城市天然气管道失效的原因

据有关资料显示,通常来说造成城市天然气管道失效的原因分别是腐蚀(占68%)、第三方破坏(占15%)、连接接头失效(占9%)及地面上的活动和管道质量缺陷(占5%) [1]。

1.1 腐蚀

管道的腐蚀有内腐蚀和外腐蚀之分。管外腐蚀是在防腐涂层出现较为严重的破损情况下发生的。防腐层破损的原因,或许是因为使用时间过长而老化脱落,或许是施工过程中受到损伤,还有可能是外界杂散电流的干扰以及外界应力变化引起。铺设在潮湿泥土中防腐涂层易遭受破坏,且存在局部应力集中而失去防腐能力的埋地管道腐蚀情况最为严重。在管道建设、运营过程中,回填质量无保证、管道防腐涂层选择不当、外界杂散电流干扰以及管道使用周期过长等因素,都有可能导致管道的防腐涂层失效。而对防腐涂层最为关键的影响因素是管道建设能否确保按规范施工。

管内腐蚀则是主要发生在输送管道上。由于管道输送的天然气可能会含有一些腐蚀性气体,这些腐蚀性气体及从外界混杂的水气在管道内的凹陷部位聚集,就会腐蚀管道内壁,使管道发生穿孔。一般来说,钢管较铸铁管受到的腐蚀更为严重。同时,城市地下基础设施(包括交通、给排水、动力、供热、通讯等)带来的杂散电流的干扰,会严重削弱燃气管道的阴极保护能力,导致管道容易发生腐蚀。

1.2 第三方破坏

对燃气管道最主要的破坏因素是第三方的不规范施工活动。另外,还有各种机械的碾压或冲撞、违章建构筑物占压及其他人类不正常的行为活动。第三方破坏导致的管道失效事故容易造成重大人员伤亡和财产损失,应当重点加以防范。

1.3 管道质量缺陷

管道质量缺陷主要包括:管材原始质量缺陷(含制造过程中的质量缺陷和运输过程中的损伤)和焊接或连接缺陷。管道材料原始质量相对而言比较好控制,缺陷一般比较少且容易被及时发现,由于这类缺陷的存在而直接导致的管道失效仅仅是偶然事件。焊接质量不合格而产生的各类缺陷也会导致管道失效。其主要原因是,在施工中没有严格执行相应的规范和操作流程,焊工职业素质和技能不过关,无节制地加班赶工期,现场监管工作缺失。铸铁材料的机械连接接头容易发生失效而漏气,其原因可能是管道接头不适用干气,接头处所用的垫圈和填料等出现老化、损坏等问题。

2 城市燃气管道失效诊断

根据统计,我国多数燃气管道失效泄露事故的原因是管道受到腐蚀(包括管道内腐蚀和外腐

蚀)。其中,管道外腐蚀是最主要的原因。

2.1 管道外腐蚀检测

因为管道防腐一般都是采用防腐涂层和阴极保护相结合,所以管道外腐蚀检测的对象主要是涂层和阴极保护。检测的方法有直接检测和间接检测之分,直接检测就是将管道挖出来以后直接对其进行检测,但是这种方法受制于实际情况,局限性较大。一般情况下不会使用直接检测法,而是使用间接检测法,即使用各类仪器工具在地面上进行无损检测。管道外腐蚀检测的检测参数有两个,一个是管/地电位,另一个是管内电流。管/地电位检测技术主要有Person检测法、短间歇电位检查法、组合电位测试法、直流电压梯度法等;而管内电流检测技术主要有电流梯度分布法、分段管内电流比较法等[2]。这类间接检测管道外腐蚀的方法,需要比较专业的人员仔细测量和综合分析,才会得到比较可靠的数据。

2.2 管道内腐蚀检测

由于管道内遭受腐蚀后,管壁就会由厚变薄,局部地方会产生大大小小的凹坑和麻点。内腐蚀检测技术就是利用管壁的厚度发生变化这一点来进行测量和分析。管道内腐蚀检测采用的方法一般有漏磁通法、超声波法、涡流检测法、激光检测法和电视测量法等[3]。漏磁通法使用漏磁通器进行检测,具有良好的检测性能、安全性能和移动性能,应用比较广泛。漏磁通法检测利用了铁磁材料具有高磁导率特性,钢管腐蚀缺陷处的磁导率与正常地方的磁导率不相同,在有外加磁场作用下钢管被磁化。当钢管完好时,大多数磁力线可以通过钢管且不发生扭曲,在这种情况下磁力线的分布是均匀的;而当管材内部有缺陷时,磁力线不能均匀通过钢管且会发生弯曲,这种情况下就会有有一部分磁力线发生泄漏[4]。这时,检测被磁化钢管表面泄露出来的磁力线,即能判断是否有缺陷存在。对于中小型管道,漏磁通法检测具有良好的适应性,对于各种内管壁的缺陷都可以进行检测,并且在检测时不需要使用耦合剂。但是漏磁通法仅限于材料表面以及近表面的检测,而且被检测的钢管管壁还不能过厚,对外界干扰抵抗能力不强,空间的分辨力也不够。

3 城市燃气管道失效应对措施

城市燃气管道失效状况非常复杂,是当前城市燃气管道安全可靠运行面临的一个难题。燃气管道检测的环境条件也相当复杂,主要表现在各种各样的干扰比较多,当燃气管道与排水系统、通讯系统和电力系统等的线缆混合分布时,想要检测出其缺陷难度较大。城市的各种建筑物等基础设施分布相当密集,其中有一些设施甚至违章占用管道;还有地面上的水泥或者沥青等,这些都给管道的检测带来很大不便。此外,燃气管道在交付使用后,由于自然环境中腐蚀性物质的侵害、工作人员操作不规范、日常维护不到位等,也会对管道材料的性能产生不利影响,最后导致失效而引发各类事故。

为了应对上述种种问题,十分有必要加强日常的管理和维护,严格要求工艺操作指标,严格执行燃气管道安全操作规程中的规定,对操作流量、压力、温度、交变载荷和腐蚀性介质等指标进行控制。需要建立巡回检测制度,对工艺指标参数、运行情况、系统平稳情况、管道接头阀门等关键部位密封情况、防腐涂层完好情况等进行巡回检测,重点加强对燃气输配系统流程的要害部位及重点管段的检查,如储罐、调压与压缩机进出口管道、铁路桥梁穿越处和居民点燃气管道等。在加强检测的基础上,还需要重视维护保养,如保持管道表面完整以减少腐蚀,保证阀门开关灵活,保持安全阀压力表的灵活度准确、保证紧固螺栓完好等。在门站、储配站的安全运行及管理中,需注意储气罐的升降幅度,安排定期检修和涂漆防腐。由于燃气本身有一定程度的化学腐蚀性,因此管道不可避免会有腐蚀穿孔现象。在有关规范规定允许的补强范围内,可以采取措施补漏,完毕后还应做探伤、强度和气密性实验验收检查。对于压缩机的安全维护管理,应根据机型和燃气特性来确定。压缩机运行过程中,应按时巡视各机械摩擦部分的注油润滑情况,测试轴承转动部分外壳温度等。

4 结语

随着经济不断发展,我国城市天然气消费总量及用气人口将会继续增加。这对天然气管道的安全性和可靠性提出很高要求。为了保证用气安全,有必要对天然气管道的建设和运行进行深入研究,不断完善法律标准,创新检测技术,强化管理措施,以解决管道失效问题。

参考文献:

[1] 黄小美,彭世尼,杨俊杰,等.国内典型城市燃气管道失效调查与分析[J].2010,30(9),26-27.

[2] 郭明.阴极保护技术的研究与应用[D].大庆石油大学,2006.

[3]池琳.管线钢的应力腐蚀行为与检测技术基础研究[D].北京化工大学,2004.

[4]柳言国,陈蕴衡.油田埋地管线腐蚀检测技术现状及发展方向[J].腐蚀与防护,2003,23(6),260-262.

作者简介:

李康春,男, 1990年生,硕士研究生,主要从事生物质甲烷处理及应用的研究。

《管道保护》2016年第4期(总第29期)

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