城镇燃气钢制管道隐患类型分析与应急处置技术

上海煤气第一管线工程有限公司　徐　杰

城镇燃气钢制管道隐患类型分析与应急处置技术

上海煤气第一管线工程有限公司徐杰

针对城镇燃气钢制管道的各种隐患类型进行了分析，论述了其应急处置技术，并通过工程案例的列举，为安全有效处置各种管道隐患提供相关的技术建议。

钢制管道隐患应急处置

随着国家产业能源结构的调整、城市建设速度的加快，城市天然气的应用也越来越广泛，随之而来的是城市燃气管道建设的数量、长度、管道压力级别、以及居民和企业用户数量的大量增加。目前城市燃气管道已经形成了低压—中压—次高压—高压—超高压的压力级制，其中最高压力级制已经达到6.0 MPa，材料为燃气管线钢。就城市燃气埋地管道的口径而言，最大口径已经到达D1 200 mm。由于输送压力升高，距离加长，随着时间的推移，钢制管道存在的腐蚀、外力破坏、焊接延迟裂纹等隐患，会逐渐凸显出来，对管道日常的运行造成危害。

1　燃气管道各类隐患

1.1防腐蚀系统的缺陷

1.1.1防腐层缺失

目前国内城市中的燃气管道大多是采用3PE聚乙烯防腐层，补口使用的是热收缩套、交联聚乙烯热收缩带防腐。在燃气管道的检测过程中，我们发现由于某些人为因素、防腐层敷设质量及土壤腐蚀、外力等自然因素的影响，导致管道的外防腐层出现不同程度的破损，对城镇燃气钢制管道的正常运行产生隐患。

1.1.2阴极保护失效

阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，让被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。

强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济、简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径和分散的管道。

阴极保护的故障分析存在以下两种情况：

(1)阳极输出电流减小，达不到保护电位。

(2)阳极输出电流增大，但保护构筑物电位极化上不去。其他故障还包括：阳极体腐蚀不严重，阳极体不能工作。阳极体局部腐蚀，造成阳极体断裂。交流电干扰下，阳极发生极性逆转。

根据监测分析，阴极保护失效是造成城市燃气钢制管道隐患的原因之一

1.2腐蚀造成管体壁厚变薄强度降低的缺陷

在天然气开采过程中, 常常会有一些伴生气体，如二氧化碳、硫化氢等，这些气体的存在，不但降低了天然气的热值，还会对管道、设备等产生腐蚀作用，造成天然气管道壁厚变薄断裂、集输管线爆破等，严重影响正常平稳供气。腐蚀带来的危害不仅给国家造成很大的经济损失，也威胁工作人员的生命安全。

根据大量实例可以看出，管道内腐蚀主要受到管材质量、输送介质以及管道防腐水平的影响，管道内发生腐蚀的类型主要有均匀腐蚀、坑蚀、应力腐蚀和冲刷腐蚀等几类。

此外，管道外腐蚀也是造成管体壁厚变薄、强度降低的原因。外壁腐蚀可以在架空或埋地管道上发生，架空钢管的外壁用油漆覆盖层防腐，埋地钢管的化学腐蚀是全面性的腐蚀，在化学腐蚀作用下，管壁厚度减薄是均匀的，所以通常埋地钢管的腐蚀以电化学腐蚀为主。

1.3泄漏

1.3.1生产制造方面的缺陷

燃气管道在生产制造过程中，可能产生各种各样的缺陷：

(1)气孔。气孔的存在会引起管道局部的应力集中，诱发裂纹，为今后的燃气泄漏事故埋下隐患；

(2)裂纹。按生产裂纹的温度不同，可分为热裂和冷裂，热裂是在高温下产生的，其裂开处的表面被严重氧化，裂纹沿晶界通过，呈弯曲型；冷裂是在较低的温度下形成的，其裂纹表面未被氧化，裂纹穿过晶粒呈直线状。裂纹产生的基本原因是由于钢管在冷却时收缩大，且不均，使钢管产生很大的内应力，当这种内应力超过钢管本事的强度极限时便会产生裂纹。

1.3.2安装缺陷

在燃气管道的安装施工过程中，可能产生一些缺陷，如工人的安装技术水平、焊接质量等等。管道焊接缺陷主要有以下几种：

1.3.2.1焊缝的外部缺陷

外部缺陷位于焊接接头的表面，用肉眼或放大镜就可以看到。

(1)焊缝尺寸不符合要求。这类缺陷主要体现有以下几种：焊缝表面粗糙，鱼鳞纹不整齐；焊缝宽度太宽或太窄：焊缝余高过高及焊缝上熔焊金属堆得过高或焊缝未被熔焊金属填满；

(2)咬边。咬边是由于电弧将焊缝边缘熔化后没有得到熔敷金属的补充而在焊缝和母材之间留下的缺口。过深的咬边不但会减弱焊接接头的强度，更重要的是，咬边造成的应力集中有可能成为疲劳破坏的发源地。

1.3.2.2焊缝的内部缺陷

(1)未焊透。母材与熔敷金属之间或母材之间局部未熔合的现象称为未焊透，边缘未焊透和层间未焊透等。未焊透不仅使焊缝强度削弱，更重要的是，它有一个如矩形的缺口，会引起严重的应力集中，容易诱发裂纹使构件破坏。因此在构件发现未焊透缺陷必须铲除，重新补焊。

(2)气孔。在焊接过程中，由于焊缝金属中的气体未充分溢出，而在焊缝金属内部或表面形成孔穴称为气孔。

(3)夹渣。在焊缝金属内部或熔合线上的非金属杂物称为夹渣，气孔和夹渣的存在减少了焊缝的截面，削弱了焊缝的净拉伸强度。

2　城镇燃气钢制管道各类隐患的修复技术

为了降低管道运行的风险，延长管道的使用寿命，城镇燃气钢制管道各类隐患的处置技术分类按图1所示：

图1　各类修复技术

2.1临时应急抢修技术

目前，国内外的临时应急抢修技术主要有管道堵漏卡具、复合修复和注塑技术等等。

2.1.1管道堵漏卡具

管道堵漏卡具根据其应用抢修管道的压力级制的不同又可分为中低压管道堵漏卡具和高压管道堵漏卡具。其工作原理是通过螺栓卡紧，使卡具环形密封与管线紧密连接，上下水平密封紧密连接，达到承压堵漏的目的。

2.1.2管道复合补强修复技术

目前应用于各类钢制燃气管道应急修复技术中，管道复合补强修复技术的应用日趋增多，如合成材料套管修复技术和合成材料缠绕修复技术等。今天被广泛应用的管道复合补强修复技术如预成型法复合修复材料是美国ClockSpring公司的专利技术，由复合套筒、粘胶、高强度填料三部分构成。其技术特点在于复合套筒在工厂根据管径预制成型，成型过程中严格控制纤维的排布、材料配比、经高温高压后制成复合套筒。预成型的复合套筒最大的优点在于现场使用简单方便，受环境、人员操作影响小，直接使用粘胶粘接于管道修复部位，待粘胶2～3小时固化后即可。

该技术采用多层复合材料带缠绕在管道缺陷或破损泄漏处，是一种快速经济的临时性或者永久性的燃气管道修复技术。其应用范围包括：

(1)腐蚀或损伤程度小于等于80%的管道补强(可用于运行压力高达25 MPa的管道)；

(2)堵漏(管道压力最高可达7 MPa,泄漏孔直径最大可达25 mm)；

(3)环逢焊接部位加固；

(4)抑制正在孕育的管道裂纹；

(5)浅海或海洋平台管道修复(可用于垂直竖立的管道修复)；

(6)管道支撑或悬挂部位加固；

(7)弯曲部位的损伤或腐蚀修复。

2.1.3管道注塑剂密封修复技术

其原理是利用堵漏卡具、卡带等工具，将泄漏部位原来的封闭空腔，或者在泄漏部位上建立一个封闭空腔，通过增压工艺，采用大于介质系统压力的外部推力(高压注剂泵)，将具有塑性、固化性的密封剂如环氧树脂、高强玻璃纤维等材料注入模管与管线的夹层内并充满封闭空间，堵塞泄漏空洞和通道，密封剂在一定的条件下，迅速固化(或密封)，在泄漏部位上建立起一个固定的新的密封结构，从而达到不停产，带压修复消除介质的泄漏。

其技术特点固化材料的强度适用于高压天然气管道的堵漏；固化的密封剂不会粘连在金属管道表面，很容易拆除。

2.2永久修复技术

燃气钢制管道各类隐患的永久修复技术如上所述可有管道停气修复和不停气之分，由于停气修复技术为常规管道的停气更换或者焊缝修补等等，本文不展开进行研究，而燃气管道不停输施工技术是指在燃气管道在进行急抢修以及开支管或其他类型的施工时能够保证原管道持续供气的一种新型管道施工技术。燃气管道不停输技术主要应用于在役运营的燃气管道中，通过采用开孔、接旁通、封堵等专用技术，对管道进行工艺性改造与维修。该技术能减少残余燃气对大气环境的污染，有效节约燃气能源，并且能减少放散余气对周围人员造成的安全隐患，尤其是其能在不停输状态下进行管道施工更是避免的停气对城市生产、企业运作、居民生活的影响，从而保障人民正常生产和生活的用气。因此在人口密集的城市地区具有突出的环保性、节能性和安全性，充分符合了目前国家节能降耗的能源利用政策。不停输技术应用范围：

2.2.1管道不停输修复、更新、更换阀门

管道不停输修复、更新、更换阀门是指原有燃气管道出现了泄漏、损坏、严重腐蚀或需更换管道原有阀门时，在确保管道下游用户的正常用气，管道不停输的情况下，对管道进行修复、更换阀门、更新等一系列施工。

2.2.2管道不停输改线

管道不停输改线是指原有燃气管道管位因配合市政工程施工需要(如配合高铁桩位施工)等原因需进行管位搬迁，在确保管道下游用户的正常用气，管道不停输的情况下，对管道进行搬迁。

2.2.3管道不停输接支管

管道不停输接支管是指因下游用户或管网输配要求，需在原管道上接一根支管出来，在确保管道下游用户的正常用气，管道不停输的情况下，对管道开T施工。

2.2.4管道不停输末端连接

管道不停输接末端连接是指因用户或管网输配要求，原管道末端需进行延伸、与新管连接，在确保管道下游用户的正常用气，管道不停输的情况下，对管道开T施工。

不停输技术按封堵形式的不同可划分为以下几种形式：

(1)盘式封堵：利用盘式封堵头实现管道封堵。(2)管道带压阻断器：利用阻断模块实现封堵。

(3)筒式封堵：利用筒式封堵头将管道封堵。

(4)囊式封堵：利用送挡板装置和送囊封堵器分别将挡板和封堵囊送入管道，并向封堵囊内充入氮气，实现封堵。

3　应用案例：庄胡公路管道泄漏及修复

由于庄胡公路沙积村原化工区高压天然气专线管道存在泄漏，同时由于MVA23阀门和MVA24阀门内泄漏的影响，在管道注塑剂密封修复技术应用效果不理想的情况下，采用了高压高压盘式封堵以确保下游更换维修管段镶接施工的正常顺利地完成。

4　结语

由于燃气具有易燃、易爆的特性，随着输送管线埋地时间的增长，由于管道材质问题或施工期间造成的损伤，以及管道运行期间第三方破坏、腐蚀穿孔、自然灾害、误操作等因素造成的管道泄露、穿孔、爆炸等事故时有发生，直接威胁人身安全，破坏生态环境，并给管道工业造成巨大的经济损失。据统计，在所有干线输气管道事故中，按管道事故的严重程度，泄漏占40%～80%，穿孔占10%～40%，破裂占1%～5%，各国燃气管道的火灾、爆炸事故曾给人民生命财产造成了重大损失。

对于燃气管道管理者而言，最困难的问题不在于事故后如何采取补救措施，而在于事故之前将隐患管道检测出来并修复完好，预防事故的发生。如何针对各种隐患采取有效的修复措施，避免燃气管道事故，有效地对管道缺陷进行预防性处理，做到事前预控，这是燃气管道管理者面临的重要问题。

Analysis on the Hidden Danger Types of Urban Gas Steel Pipeline and Emergency Disposal

Shanghai Municipal Gas No.1 Pipelines Engineering Co., Ltd.Xu Jie

This paper analyzes the various hazards of urban gas steel pipeline, discusses its emergency disposal methods, and provides some suggestions.

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