埋地钢质管道全面检验及合于使用评价的工程实践*

2013-08-02左延田汤晓英顾福明

机械制造 2013年2期

□ 左延田 □ 汤晓英 □ 顾福明

上海市特种设备监督检验技术研究院上海 200333

1 概述

目前，我国炼油、化工、电力、石油、供热、供水等行业生产管道和市政在用管线总长度超过50万km，其中，大部分管线使用年限已有10～20年或更长，达到事故发生几率的高峰期，燃气管道泄漏、爆管是直接危害广大居民的恶性事故，需要尽快建立可靠的检验技术。如能定期对在用管道进行全面检验，则可科学地制定防腐、维修规范及更换危险管段，防患于未然，避免严重泄漏爆管事故。

2010年8月国家质量监督检验检疫总局分别颁布TSG D7004-2010《压力管道定期检验规则——长输（油气）管道》［1］、TSG D7003-2010《压力管道定期检验规则——公用管道》［2］两个检验规则。在其中阐述了埋地钢质管道定期检验的一般项目，包括：敷设环境调查、环境腐蚀性检测、管道外防腐层不开挖检测、阴极保护有效性检测、开挖直接检验、合于使用评价等，但是与之配套的标准方法和评价体系有待进一步完善。

2 检验内容

某公司埋地管道的埋地段总长21.45 km，2006年4月竣工投入使用，介质为C3C4，管道规格为φ168.3×6.4 mm，设计压力为2.29 MPa，运行压力为1.52 MPa，设计温度为60℃，运行温度为15℃，材质为L245，采用3PE加阴极（外加电流）联合保护措施。我院根据TSG D7004-2010《压力管道定期检验规则——长输（油气）管道》、TSG D7003-2010《压力管道定期检验规则——公用管道》对该公司的埋地C3C4管道进行了全面检验及合于使用评价工程实践。

2.1 C3C4管道敷设环境调查

2.1.1 沿线环境调查

C3C4与丙烯、C8同沟敷设，水平间距约0.5 m，管道从纬六路西侧下管架，埋地向东穿过纬六路折向北，经板桥路、金山大道，继续向北穿A4高速，沿A4北侧一直向东敷设，穿过松金公路、亭卫公路、亭漕公路、张泾河、龙泉港、金山铁路支线、庄胡公路西侧和A4高速，沿庄胡公路西侧向南，穿过运石河、沪杭公路到达化学工业区。这些区段有荒草地、小树林、农田、苗圃、菜地、绿化带、公路、水塘、生活区和管架区等。管道沿线，特别是新卫公路段和庄胡公路段施工活动频繁，车流、人流大，地下设施较多，属于四类地区，其余为三类地区。

2.1.2 位置、定位及埋深探查

大部分C3C4管道埋深满足GB50253-2003《输油管道工程设计规范》［3］标准要求，但有两处埋深不够，分别是9＃测试桩-410 m处（0.8 m，到管中心距离）、14＃测试桩-100 m 处（0.8 m，到管中心距离）。

2.1.3 占压情况

C3C4管道存在占压现象，直接连续占压的地段见表1。

表1 管道沿线占压统计

2.1.4 大气腐蚀性调查

参照标准GB/T 15957-1995《大气环境腐蚀性分类》［4］对该管道敷设段的大气腐蚀性进行了调查，发现是城市大气、工业大气和海洋大气，其大气腐蚀环境为中腐蚀大气，该管道全程采用3PE防腐层，该防腐层类型能满足大气环境，在跨越段检验中未发现外表面腐蚀。

2.2 环境腐蚀性检测

钢质埋地管道段包括土壤腐蚀性以及杂散电流测试，钢质管道跨越段应进行大气腐蚀性调查。

2.2.1 土壤腐蚀性检测

土壤腐蚀性评价采用了土壤电阻率测试方法，测试了土壤电阻率、氧化还原电位、管地电位、土壤pH值、土壤质地、土壤含水率、土壤含盐量、土壤Cl-含量等8个参数，其中土壤电阻率、管地电位进行了现场测试，其余6个参数送实验室化验分析。管道沿线共测试了土壤电阻率20处，数据见表2，根据SY/T 0087.1-2006《钢制管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》［5］确定其中强级15处，占75%；中级为5处，占25%，结合实验室分析探坑开挖土壤的其它6个数据，可进一步综合分析土壤的腐蚀性。

表2 土壤电阻率测试数据表

2.2.2 杂散电流测试

利用SMART-LOGGER数据记录仪进行了杂散电流测试，共采集数据点13个。依据SY/T0087.1-2006《钢制管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》，可知C3C4管道的沿线杂散电流存在干扰。图1为典型杂散电流测试成果图。

图1 杂散电流测试成果图

2.3 外防腐层不开挖检测

2.3.1 外防腐层整体质量状况检测

根据电流衰减率，采用PCM［6］方法，对所检测的21.45 km的C3C4管道埋地部分防腐层整体质量状况进行了分析评价，分级标准参照《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》（GB/T 19285）的相关规定，表3列出了防腐层质量分级统计情况。

表3 防腐层质量分级表/m

2.3.2 防腐层破损点检测

采用交流电压梯度法（ACVG）［6］对该管道的防腐层破损点进行了检测（见图2），该管道共检测出信号点多处。实际开挖了其中的4处，总体上看，该管道的外防腐层破损点较少。从开挖的情况看，防腐层破损的原因主要是：（1）施工质量控制不好，造成防腐层损伤，如管道下沟时的石块划伤、运输过程中的损伤、管体未经有效打磨直接喷涂防腐层等；（2）第三方破坏造成的损伤。

图2 防腐层破损点现场照片

2.3.3 防腐层厚度测试

利用涂层测厚仪对该管道埋地部分防腐层厚度测试共计4处，24点。防腐层厚度测试值最大为2.84 mm，最小值2.62 mm，大部分厚度在2.70 mm左右，可满足该管道设计的相关标准。

2.4 阴极保护有效性检测

为有效评价整条管线的阴保电位分布情况，根据现行标准与规范的规定，采用管地电位测试及密间隔电位测试（CIPS）两种方法。

2.4.1 测试桩测试管地电位20处

通过测试桩共测量管地电位20处。测试数据见表4，测试桩管地均低于-0.85 V的标准保护电位［7］，其中最大值-0.912 V（13＃测试桩），最小值-1.365 V（1＃测试桩），电位都存在一定的波动，测试处受到明显的外部杂散电流的干扰，严重处建议进行排流设施。

表4 管地电位测量表

2.4.2 3#测试桩～4#测试桩的测试结果

图3是3#测试桩～4#测试桩的CIPS测试结果图，测量间距为1.5～3.0 m，检测距离为800 m。发现检测管道有阴极保护。信号突变处，经开挖验证，防腐层发现有破损点。

图3 某管段CIPS测试结果图

2.5 腐蚀防护系统综合评价

利用GB/T 19285-2003《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》［8］，依据全面检验数据，根据该管道的外防腐层状况、阴极保护有效性、土壤腐蚀性、杂散电流及排流效果进行综合评定，可把C3C4管道分为3段。

（1）C3C4管道从纬六路西侧下管架，埋地向东穿过纬六路折向北，经板桥路、金山大道，继续向北穿A4高速路到4＃测试桩段的管道腐蚀防护系统综合评价为2级。外防腐层整体质量为2、3级的较多，外防腐破损率相对较小，该管段阴极报告达到标准要求，存在一定的杂散电流干扰，土壤腐蚀性为强或中，是造成该段管道腐蚀防护系统综合评价为2级的主要原因。

（2）4＃测试桩至19＃测试桩段的管道腐蚀防护系统综合评价为1级。外防腐除了9＃测试往上海石化方向约1 km段防腐层质量为2、3级外，其余的外防腐层质量为1、2级的居多，存在一定的杂散电流干扰，土壤腐蚀性为强或中，所占权重也较高。但外防腐破损点较小，阴保有效率高，经过开挖检测，验证破损处未发现管体外腐蚀，故管道腐蚀防护系统状况良好，正常检查即可。

（3）19＃测试桩沿庄胡公路西侧，穿过A4高速，沿庄胡公路西侧向南，穿过运石河、沪杭公路到达化学工业区管架段的管道腐蚀防护系统综合评级为2级。外防腐层质量为2、3级较多，存在一定的杂散电流干扰，土壤腐蚀为强或中，外防腐层破损率相对较低，阴保也达到了保护，但是保护电位接近了保护的边缘，故该段管道的腐蚀防护系统综合评价为2级。

3 开挖直接检验

根据外防腐层不开挖检测结果、管道敷设环境调查（如穿越公路、河流）及管道结构（如弯头）、环境腐蚀性检测、阴极保护有效性检测结果和外部开挖协调难度，选择了4处（其中弯头1处，直管段3处）有代表性的管线点开挖进行直接检测。检测结果发现，1、4＃探坑均有防腐层脱落、划伤或鼓包现象，但未发现管体发生外腐蚀，原因可能是破损段阴保有效，具体情况见表5。

表5 直接开挖检验结果

3.1 土壤腐蚀性检测

本次4个开挖点检测点位于农田、荒地、田埂上，土壤以粉性黏土、淤泥质粉质黏土、砂质粉质黏土为主，地下水位较高，开挖处有不同程度的地下水，各检测点环境腐蚀性为强或中等。

3.2 防腐层检查

管道防腐层为3PE，所有开挖探坑检测点的防腐层都存在不同程度的破损失效情况，进行了防腐层检测及涂层电火花检测，检测结果均满足要求。

3.3 管体腐蚀外观直接检查

开挖探坑失效处，由于有阴极保护系统的保护，未发现管体腐蚀，未发现机械损伤等其它类型的管体缺陷。

3.4 超声波测厚

对开挖探坑检测点的管道进行了壁厚测试，该管道未发现管体减薄，开挖探坑处该管道的实测最小壁厚为6.5 mm。

3.5 MsS导波管道腐蚀检测

C3C4管道进行了1处MsS导波检测，在所检测的区域内，未发现管体明显腐蚀减薄信号。图4为导波检测处的信号图。

图4 MsS现场导波信号图

4 合于使用评价

4.1 风险评价

参照GB/T 27512-2011《埋地钢质管道风险评估方法》［9］，根据检测结果、综合人口密度、环境状况等将管道区域段划分22段。

（1）从总体上看，该管道失效可能性得分为17.51～19.91；失效后果得分为106～127，得分相差不大；计算风险值得分为1 887.86～2 320.04，总体为低风险绝对等级。

（2）从总体上看，所评价管道的各种相对风险等级以低风险和中等风险为主，高风险相对等级区段较少。

（3）失效可能性方面，整体得分较低。沿线人口密度、建设活动繁忙、管道占压的严重程度是第三方破坏的主要因素；土壤电阻率和外防腐层状况的不同是腐蚀防护得分差异的主要原因；该管道装置较简单及统一管理使设备及操作得分相同且不高；相同的设计、施工、监理及相关的管理使本体安全得分相同。失效后果方面，管线失效后经济损失较大，失效后果得分主要来源于人员伤亡的财产损失及停产损失。

（4）通过对风险的分析，建议通过拆除占压、对检出的外防腐层破损修复、加强对沿线居民管线安全宣传力度、进行气体泄露检测等措施来减小失效可能性，进一步降低管道风险等级。